KR19980018569A - 주사 노광 방법 및 주사형 노광 장치 - Google Patents

주사 노광 방법 및 주사형 노광 장치 Download PDF

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KR19980018569A
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시게루 하기와라
켄 오자와
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요시다 쇼이치로
니콘주식회사
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Abstract

마스크에 형성되는 패턴의 이미지에 기판을 노출시키는 주사 노광 방법에 있어서, 상기 기판상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수를 결정하는 단계; 그 결정된 펄스광의 수에 따라, 상기 마스크와 상기 기판과의 소정의 최대 주사 속도 및, 상기 펄스광의 최대 발진주기의 적어도 한쪽을 유지하도록, 상기 펄스광을 발생하는 광원을 제어하는 단계를 포함하는 주사 노광 방법

Description

주사 노광 방법 및 주사형 노광 장치
도 1은 제1실시 형태와 관계되는 주사형 노광 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 장치의 노광량 제어계의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도.
도 3은 인테그레이터 센서의 처리량과 에너지 모티터의 출력의 상관 데이터의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 제1실시형태에 관계되는 주제어 장치내 CPU의 노광 알고리즘을 나타내는 흐름도.
도 5는 도 4의 흐름도에 따른 노광량 제어 시퀀스에 있어서의 설정 노광량(S0)와 1점당의 노광 시간(T exp.)의 관계를 비교예와 함께 나타내는 도면.
도 6은 표준 조명 조건에 대한 효율을 E(E1)로 한 조명 조건을 취하고, 도4의 노광량 제어 시퀀스가 한 층 커다란 효과를 발휘하는 것의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 7은 제2실시 형태에 관계되는 주사형 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면.
도 8은 제2실시 형태에 관계되는 에너지 미세 변조기 내에 구동 장치에 대한 외부로부터의 제어량과 투과율의 변화량의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 제2실시 형태에 관계되는 주제어 장치내 CPU의 노광량 제어 알고리즘의 일부를 나타내는 흐름도.
도 10은 제2실시 형태에 관계되는 주제어 장치내 CPU의 노광량 제어 알고리즘의 나머지의 일부를 나타내는 흐름도.
도 11은 제3실시 형태의 주사 노광형의 투영 광학 장치를 나타내는 일부 파단한 구성도.
도 12는 도 11의 장치에서 사용되는 광량 조리개의 일례를 나타내는 도면.
도 13(a)는 도 11의 모자이크형 플라이아이 렌즈(제2플라이아이 렌즈)를 나타내는 확대측면도, (b)는 (a)의 BB선을 따라서 본 제 1렌즈속의 정면도, (c)는 (a)의 CC선을 따라서 본 제2렌즈속의 정면도.
도 14는 도 11의 조명계 개구 조리개판의 일례를 나타내는 도면.
도 15(a)는 포커스·캐리브레이션을 행하기 위한 구성을 나타내는 요부의 도면, (b)는 (a)의 기구에 의해 얻어지는 검출 신호의 파형도.
도 16은 도 11의 장치에 있어서 주사 노광을 행하는 경우의 가동 블라인드(35a, 35b)의 동작 설명도.
도 17은 도 11의 장치의 노광량 제어 기구를 나타내는 블럭도.
도 18(a)는 광량 조리개의 제어 맵을 작성하기 위한 계측 소자를 설명하기 위한 선도, (b)는 (a)의 계측 결과가 얻어지는 제어 맵을 나타내는 선도.
도 19는 노광량 제어계를 구성하는 설정부내 CPU의 광량 조정 알고리즘을 나타내는 흐름도.
도 20은 도 19의 흐름도에 따른 노광량 조정으로 불연속 영역이 한 번도 발생하지 않았던 경우의 고감도 영역 부분의 파라미터 r, tL, q1, q2의 설정 모양을 나타내는 설명.
도 21은 스캔 속도로 포함한 노광량 조정의 일례를 나타내는 모식도.
도 22는 n1L0·S0의 영여겡서 불연속이 발생한 경우의 노광량 조정의 일례를 나타내는 모식도.
도 23은 제3실시 형태에 관계되는 노광 시퀀스의 일례를 나타내는 타이밍 챠트.
도 24는 제4실시 형태와 관계되는 노광 시퀀스의 일례를 나타내는 타이밍 챠트.
도 25는 제5실시 형태와 관계되는 노광 시퀀스의 일례를 나타내는 타이밍 챠트.
도 26(a)는 감광판의 삽입에 의한 광량 변화의 일례를 나타내는 선도, (b)는 목표 조도가 일정한 경우의 수은 램프 출력의 상승의 모양을 나타내는 선도, (c)는 목표 조도의 조정의 모양을 나타내는 선도.
도 27은 감광판 대신에 사용되는 셔터의 외관을 나타내는 도면.
도 28(a) 및 (b)는 에너지 미세 변조기의 일례를 각각 나타내는 도면, (c)는 에너지 감쇄기의 일례를 나타내는 도면.
도 29는 레지스터 감도가 노광량 조정 수단에 대응하여 2개의 영역으로 대별되는 것을 설명하기 위한 도면.
도 30은 발명이 해결하고자 하는 과제의 하나를 설명하기 위한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
16 : 엑시머 레이저 광원18 : 빔 정형 광학계
50 : 주제어 장치51 : 메모리
62 : 입, 출력 장치
본 발명은 주사 노광 방법 및 주사형 노광 장치에 관계되는 것으로, 더욱 자세하게는 예를 들면 반도체 소자, 액정 표시 소자, 촬상 소자(CCD 등) 또는 박막 자기 헤드 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정중에서 사용되는 주사 노광 방법 및 주사형 노광 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 등을 제조할 때 마스트로서의 레티클의 패턴을 투영 광학계를 통하여 포토레지스트가 도포된 기판(웨이퍼 또는 글라스 플레이트 등)상의 각 쇼트영역에 전사하는 투영 노광 장치가 사용되고 있다. 이러한 투영 노광 장치에 있어서 1개의 기본적인 기능으로서, 웨이퍼상의 각 점에 대한 적산 노광량(적산 노광에너지)을 적정 범위내에 받아들이기 위한 노광량 제어 기능이 있다.
스테퍼와 같은 일괄 노광형의 투영 노광 장치(웨이퍼상의 쇼트 영역을 레티클 패턴의 상으로 수광할 때, 웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 스테이지를 정지한 상태에서 레티클 패턴을 일괄하여 쇼트 영역에 전사하는 장치)에서는 노광 광원으로서 초고압 수은 램프와 같은 연속 광원, 또는 엑시머 레이저 광원과 같은 펄스 레이저 광원이 사용되고 있다. 어떠한 광원을 사용하는 경우리도, 노광량 제어 방법으로서 기본적으로는 커트 오프 제어가 채용되어 있다. 이 커트 오프 제어에서는, 감광 재료(포토레지스트)가 도포된 웨이퍼로 노광광을 조사하고 있는 동안에, 그 노광광의 일부를 분기하여 인테그레이터 센서라고 불려지는 광전 검출기로 안내되고, 이 인테그레이터 센서를 통하여 간접적으로 웨이퍼상에서의 노광량을 검출하고, 이 검출결과의 적산치가 해당 감광 재료에 필요로 되는 적산 노광량(이하, 「설정 노광량」이라고 칭함)에 대응하는 소정의 레벨(크리티컬 레벨)을 넘을 때가지 레이저 발광을 계속하는(연속광의 경우에는 크리티컬 레벨을 넘으면 셔터를 닫기시작한다)제어가 행해진다.
또한, 노광 광원으로서 펄스 레이저 광원을 사용하는 경우는 각 펄스 레이저광이 에너지의 분산을 가지기 때문에 소정수(이하, 「최소 노광 펄스수」라고 부른다)이상의 복수 펄스 레이저광으로 웨이퍼를 노광함으로써, 원하는 노광량 제어정밀도의 재현성을 얻고 있다. 예를들면, 고정도 레지스트를 노광할 때에는 설정 노광량이 작기 때문에, 펄스 레이저 광원으로부터의 펄스 레이저광을 그대로 사용하였기 때문에 최소 광원 펄스수 이상에서의 노광이 불가능하게 된다. 그래서, 이와 같이 설정 노광량이 작을 때에는, 예를 들면 광로에 설치된 감쇠기에 의해 펄스 레이저광을 감광함으로써, 최소 노광 펄스수 이상 펄스 레이저광으로 웨이퍼를 노광할 수 있도록한다.
또한 근년에는, 보다 대면적인 패턴을 고정밀도로 웨이퍼상에 전사할 수 있도록 하기 위해서, 레티클 및 웨이퍼를 투영광학계에 대하여 동기하여 주사하는 것에 레티클의 패턴을 웨이퍼 상의 쇼트 영역에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식 등의 주사형 투영 노광 장치도 개발되어 있다. 이러한 주사 노광형 장치에서는, 웨이퍼상의 1점만의 착안한 노광량 제어를 적용할 수 없기 때문에 상술한 커트 오프 제어를 적용할 수 없다.
그래서, 제1제어 방식으로서, 단순히 각 펄스 조명광의 광량을 적산하여 노광량 제어를 행하는 방식(오픈 노광량 제어 방식)이 있다.
또한, 제2제어방식으로서, 예를 들면, 일본 특허 공개평6-252022호 공보에 개시되는 바와 같이, 웨이퍼상에서의 슬릿상의 노광 영역(레티클상의 슬릿상 조명영역에 공역인 웨이퍼상에서의 조명 영역)에 포함되는 복수의 부분 영역에 대한 적산 노광량을 각각 리얼타임으로 계측하고, 그 적산 노광량에 의거하여 다음 펄스광의 에너지를 제어하는 방식(펄스마다 노광량 제어 방식)도 생각하고 있지만, 그 알고리즘이 복잡하다.
전자의 제1제어 방식에 있어서는, 원하는 노광량 제어의 직선성을 얻기 위해서 다음의 관계가 성립하도록 한다. 즉, 웨이퍼상의 각 점에 조사되는 레이저 펄스광의 에너지를 미세 조장할 필요가 있다.
[수학식 1]
(설정 노광량)=(펄스수)×(1펄스광의 평균 에너지)………(1)
여기에서, 1펄스광의 평균 에너지는 노광 직전에 인테그레이터 센서로써 계측되는 값을 이용한다. 이 때문에, 광로중에 에너지 변조기가 설치되어 있다.
도 28(a), (b)에는 종래의 에너지 변조기의 일례가 도시되어 있다. 도 28(a)에 도시하는 더블·그레이팅 방식의 변조기에서는 펄스 발광되는 레이버 빔(LB)의 광로상에, 소정 피치로 투과부와 차광부가 형성된 고정 격자판(2)과 격자의 피치방향으로 이동 가능한 가동 격자판(74)이 겹쳐서 배치되고, 2매의 격자판(72, 74)이 상대적인 위치로 물려 놓는 것에 따라, 레이저 빔(LB)에 대한 투과율이 변조할 수 있게 된다. 또한, 도 28(b)에 도시하는 변조기에서는, 레이저 빔(LB)의 광로상에, 각각 양면에 반사 방지 코팅이 행해진 2매의 글라스 플레이트(76, 78)가 경사각(θ)을 가변으로 배치되어 있다. 그리고, 글라스 플레이트(76, 78)의 투과율이 레이저 빔(LB)의 입사각에 다라서 변화하는 특성을 이용하여, 경사각(θ)을 제어함으로써, 레이저 빔(LB)에 대한 전체 투과율을 조정하고 있다. 이 밖에, 광원인 레이저 자체의 설정 에너지를 변조하는 예도 있다.
그런데, 주사 노광의 경우에는, 다음 식도 만족하지 않으면 안된다.
[수학식 2]
V=Ws/N×f……(2)
상기 식에 있어서, V는 웨이퍼(웨이퍼 스테이지)의 주사 노광시의 주사 속도, Ws는 웨이퍼상에서의 슬릿상 노광 영역의 주사 방향의 폭(슬릿폭, N은 웨이퍼 상 거의 각 점에 조사되는 펄스광의 수, f는 레이저 발진 주파수를 나타낸다.
노광 시퀀스의 흐름으로서는, 웨이퍼에 대한 노광량이 설정되어 웨이퍼조에 조사되는 펄스광의 평균 에너지가 계측되고, 웨이퍼상의 각 점에 조사되는 펄스광 수가 산출되며, 슬릿폭(Ws), 펄스 레이저광 발진 주파수(f)를 정수로서, 주사속도(V)가 결정된다.
이 경우, 레이저 발진 주파수(f)는, 노광장치의 스테이지 제어 시스템의 특성 기구적인 성능을 포함한다)에 의해서 규정되는 소정의 최고 주사 속도(스캔 최고 속도)에 근거하여 소정의 최고 발진 주파수(f0)에 고정되어 있었다.
즉, 주사 노광에서는, 슬릿폭(Ws)은 광학 설계상에서 정해지는 고정치이며, 레이저 발진 주파수(f)는 스테이지 제어 시스템의 성능상에서 정해지는 소정의 스캔 최고속도(Vmax.)에 대응하는 최고 발진 주파수(f0)에 고정되어 있었던(f=f0이었다)것에서, 웨이퍼상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수(N)가 최소 노광 펄스수(Nmin.)일 때, 즉 N=Nmin.일 때, (2) 식의 관계로부터 주사 속도(V)가 Vmax.에 정해지도록 되어 있었다.
그런데, 주사 노광 장치의 경우도 노광광으로서 펄스 레이저광을 사용하는 경우에는, 상술한 일괄형 노광 장치와 마찬가지로, 소정의 노광량 재현성을 얻기 위해서, 웨이퍼상의 각 점에, 어떤 소정의 수(최소 노광 펄스수) 이상의 복수 펄스 레이즈 광을 조사할 필요가 있다. 이 경우도, 예를 들면 고감도 레지스트를 노광할 때와 같이 설정 노광량이 작을 때에는 예를 들면 광로상에 설치된 감쇠기(에너지 감쇠기)에 의해 펄스 레이저광을 감광하고, 최소 노광 펄스수의 조건을 만족하도록 하고 있다.
이 경우의 에너지 감쇠기로서는 예를 들면 도 28(c)에 도시하는 바와 같은, 리볼버라고 불리는 회전 가능한 원판(80)을 투과율(=1-감광율)이 다른 복수의 ND필터(84)를 배치하는 것을, 1 또는 복수단 배치하여 이루어지는 것이 사용되고, 각각의 리볼버(80)를 회전하는 것에 의해 입사하는 레이저 빔(LB)에 대한 투과율을 100%에서 복수 단계(도 28(c)의 경우는 6×6=36단계)로 바꾸도록 되어 있다.
즉, 이러한 에너지 감쇠기에 의한 투과율의 설정은 이산적인 것(통상, 등비급수적)으로 되어 있다.
이 때문에 설정 노광량에 따라서는, 그것에 대응한(비례한) 감광율을 설정하는 것이 곤란한 경우가 있다. 이러한 경우에는, 설정 노광량에 대응한 감광율 이하에서의 감광율의 조합내에서 가장 가까운 감광율이 되도록 ND 필터를 선택하는 것외에 웨이퍼상의 각 점에 조사되는 노광 펄스수(N)를 이 ND 필터 투과율의 이산분(이상적인 연속 가변 에너지 변조기에서 설정되는 설정 노광량에 대응한 감광율로부터의 차분)만 최소 노광 펄스수(Nmin.)보다 큰 값에 설정할 필요가 있다. 따라서, (2) 식의 관계에서 명백한 바와 같이, 주사속도(V)를 항상 최고속(Vmax.)에 유지할 수 없으며, 결과적으로 노광시간Texp(=Ws/V)가 ND 필터 투과율의 이산분만 불필요하게 되므로, 어떤 설정 노광량에서는 스루풋이 저하하고 있엇다. 즉, 설정 노광량(S0)과 노광시간(Texp)의 관계는, 도 5에 도시하는 점선과 같이 되어 있었다.
또한, 투영 노광 장치에서는, 일반적으로 웨이퍼상의 각 쇼트 영역으로의 노광량을 각각 적정 범위에 받아들이기 위해서 조도 분포 제어 기구가 설치되어 있다.
일괄 노광 방식에 있어서의 조명광학계내에 설치된 옵티컬·인테그레이터(플라이아이 렌즈 등)을 사용하고, 다수의 광원상으로부터의 광속을 중첩하는 것에 의해 행해지고 있다. 또한, 일괄 노광 방식에서는, 각 쇼트 영역에 정지 상태에서 노광이 행하여지기 때문에 각 쇼트 영역으로의 적산 노광량은 노광용의 조명광을 분기하여 얻어지는 모니터용 광속을 실제 노광 시간중에 연속적으로 수광하고, 그 모니터용의 광속의 광전 변환 신호를 적분하여 얻어지는 신호에 미리 실험적으로 구해지고 있는 소정의 계수를 승산함으로서 산출된다.
따라서, 일괄 노광 방식의 투영 노광 장치용의 노광량 제어 기구는 그 모니터용 광속을 수광하는 광검출기(인테그레이터 센서)와, 이 인테그레이터 센서의 검출 신호를 적분하는 적분기와, 이 적분기에 의한 적분 결과와 목표치와의 차분이 적어지도록 조명광의 조도, 또는 노광 시간을 제어하는 제어 시스템으로써의 용이하게 구성할 수 있다.
또한, 예를 들면 미세한 주기적인 패턴에 대한 해상도, 및 초점 심도를 향상시키기 위해서, 조명계의 개구 조리개의 개구 형상을 광축에 대하여 편심시키는 변형 광원법(예를 들면, 일본 특히 공개평 4-225358호 공보 참조), 또는 조명계 개구 조리개의 형상을 윤대상으로 하는 윤대조명법 등이 제안되어 있다.이와 같이 조명계의 개구 조리개의 개구 형상이 여러가지로 변화한 경우라도, 인테그레이터 센서의 수광면을 웨이퍼의 표면과 실질적으로 공역인 검출면상에 배치함으로서, 웨이퍼의 표면에서의 실제의 조도가 정확하게 모니터할 수 있다. 따라서, 인테그레이터 센서의 검출 신호를 적분하여 얻어지는 값이 소정의 목표치에 수속되도록, 예를 들면 노광 시간을 제어함으로써, 웨이퍼의 각 쇼트 영역에서의 적산 노광량을 용이하게 적정 범위에 받아들일 수 있다.
또한 슬릿 스캔 방식 또는 스텝, 앤드·스캔 방식이라고 불리는 주사 노광 방식의 투영 노광 장치에서는 일괄 노광 방식의 경우와 같이 옵티컬·인티그레이터가 사용되고 있다. 단, 옵티컬·인테그레이터로써 플라이아이 렌즈를 사용할 경우, 최종단의 플라이아이 렌즈의 각 렌즈 엘리멘트의 입사면이 레티클 패턴면과 공역이 된다. 도한, 주사 노광 방식에서는 레티클상의 조명 영역은 가늘고 긴 직사각형 모양, 또는 원호상의 영역(슬릿상의 조명 영역)이므로, 조명 효율을 높이기 위해서는, 최종단의 플라이아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 엘리멘트의 단면 형상을 슬릿상의 조명 영역과 거의 유사한 가늘고 긴 직사각형이 바람직하다.
한편, 주사 노광 방식의 노광 장치에서는, 일괄 노광 방식의 노광 장치에서의 노광량 제어 기구를 그대로 적용하는 것은 곤란하다. 주사 노광 방식에서는, 웨이퍼상에서의 슬릿상의 노광영역(레티클상의 슬릿상의 조명 영역에 공역인 웨이퍼 상에서의 조명 영역)에 대하여 웨이퍼를 상대적으로 주사된다. 그 때문에, 각 쇼트영역에서의 적산 노광량의 제어는 그 슬릿상의 노광 영역을 웨이퍼가 통과하는 동안에, 웨이퍼상의 모든 점에서 적산노광량을 일정하게 할 필요가 있다. 예를 들면, 웨이퍼상의 쇼트 영역내의 각 점에서의 적산 노광량이 다르면, 그 쇼트 영역내에서 노광얼룩이 생기게 되며, 이것은 일괄 노광 방식의 노광 장치에 있어서의 조도얼룩과 같은 오차가 되어버린다.
또한, 일괄 노광 방식에서는 적산 노광량을 제어하기 위한 하나의 방법으로서, 예를 들면, 셔터의 개폐에 의해 노광시간의 제어가 행해지지만, 주사 노광 방식에서는 연속하여 노광이 행해재기 때문에 웨이퍼상의 각 점에서의 적산 노광량을 셔터의 개폐에 의해서 제어하는 것은 불가능하다. 그래서, 주사 노광 방식에서는 예를 들면 레티클과 웨이퍼를 각각 소정 속도로 주사함으로서 적산 노광량을 제어하고 있다.
이와 같이 주사 속도를 제어하는 방법에서는, 주사 노광중에 주사 속도를 변경하여, 웨이퍼에 대한 적산 노광량을 시간적으로 미세 조정하는 것은 곤란하다.
따라서, 주사 노광 방식에서는, 주사 노광중에, 웨이퍼상에 조사되는 조명광의 조도가 시간적 안정성을 유지하도록 조명광을 제어할 필요가 있다. 조명광의 조도를 일정하게 유지하는 제어 방법으로서, 조명광의 조도를 상시 모니터하고, 그 결과를 노광용 광원의 전원에 피드 백하여, 그 전원으로부터 노광용 광원에 공급하는 전력을 제어하는 정조도 제어법이 알려져 있다.
그런데, 주사형 노광 장치 있어서는 레지스트의 감도에 따른 노광량의 조정수단으로서는, 스캔 속도, 조명광의 광량, 슬릿폭 등이 있다. 이 조정 수단을 적당히 조합하여 사용함으로써, 레지스터 감도에 따른 적절한 노광량을 웨이퍼에 주는 것이 가능하게 된다.
예를 들면,램프의 출력 파워를 p, 노광판의 감광율을 q1,로 하면, 조명계의 개구 조리개의 형상에 따라서 변화하는 계수(k)를 이용하여, 웨이퍼상에서의 노광량(e)은 다음과 같이 나타난다.
e=k·p·q1……(101)
또한, 웨이퍼상에서의 슬리상의 노광 영역의 주사 방향의 폭을 D, 웨이퍼의 주사 노광시의 주사속도를 VW로 하면, 웨이퍼(W)상에서의 적산 노광량(ΣE)은 (101)식을 사용하여 다음과 같이 된다.
ΣE=e·(D/VW)=k·p·q1·(D/VW)……(102)
예를 들면, 웨어퍼상에서의 슬릿상의 노광 영역 주사 방향의 폭(이하, 적당히 「슬릿 폭」이라고 한다)이 고정인 경우, 램프의 최대 광량을 pmax.라고하면, 감광율의 파라미터(r)을 사용하여, 적산 노광량(ΣE)은 이하의 관계를 만족한다.
……(103)
이(103)식에 의하면, 레지스트 감도에 따라서, 적산 노광량을 조절하는 수단을 주사 속도(스캔 속도)와 다른 수단(이하 적당히 「감쇠기」라고 칭함)로 분리하여 생각한 경우, 도 29에 도시하는 바와 같이 대응하는 레지스트 감도를 조절수단에 의해서 2개의 영역을 분리할 수 있다.
즉, 주사속도(VW)만으로 조정할 수 있는 저감도 영역(도 29중의 우측부분)과 감쇠기의 광량 조정에 따라서 조정하는 고감도 영역(도 29중의 좌측 부)의 2개이다.
주사 속도는 연속 가변이므로, 저감도 영역(도 29중의 우측 부분)에 있어서는 레지스트 감도에 따른 노광량의 조정도 잘 행하는 것이 가능하다.
그러나, 발광광의 광량을 변경하는 경우, 반드시 연속적으로 광량을 변경할 수 있는 것은 아니다. 대부분의 경우의 attenuator은 감광판에 의한 것이며, 이 경우는 이산적으로 된다.
그 때문에, 현실적으로는 도 30에 도시하는 바와 같이, 감광판의 감광율(투과율)에 따라서 주사 속도를 조절함에 따라, 레지스트 감도에 대하여 연속적으로 대응할 필요가 있다. 이것에 의해 스루풋이 저하하게 된다(도 29 및 도 30참조).
가능한한 스루풋을 저하시키지 않기 때문에, 이산적인 감광율을 매우 가늘게 설정 가능하게 하면 된다. 그 때문에, 감광판의 수를 늘리고, 그것을 다단으로 조합시킬 필요가 있다. 그러나, 이렇게 하면, 광학개의 구성이 복잡하게 되는 부적합함이 생긴다.
스루풋의 문제 뿐만 아니라, 고감도 레지스트에서는 저감도 레지스트에 요구되는 조정 정밀도보다도 높은 정밀도로 노광량 조정을 행하지 않으면 양호한 주사노광이 달성할 수 없다고 하는 문제도 있다.
또한, 최근에는 공기중의 불순물 가스가 산소의 사이에서 광화학적인 반응을 일으켜서 조명 광학계의 표면에 흐름 물질로서 석출하여 조도 저하를 일으킨다. 이 광화학 반응에 의한 흐림 물질은 공기 등의 가스 농도, 광량, 조사 시간 등에 비례하여 증대한다고 일컬어지고 있다.
이 흐림은 순순 세정에 의해 제거할 수 있는 것이라면, 제거할 수 없는 것도 있으며, 제거할 수 없는 부품은 교환의 대상이 된다. 또한, 웨이퍼에 대한 노광광의 조도가 저하하기 때문에 광원으로서의 램프의 교환 빈도가 높아지는 좋지 않은 상태도 있다. 그 대문에 스루풋의 저하 뿐만 아니라 메인티넌스 작업이 증가하고, 장치 러닝 코스트가 높아진다.
스텝·앤드·리피트 방식에서는 조명 광학계내의 초재에 노광광이 접촉하는 시간은 노광 시간, 즉 노광용 셔텨가 열려있는 시간뿐이다. 그러나, 스텝·앤드·리피트 방식에서 정조도 노광을 행하는 경우,특히 조도의 모니터를 조도 균일화후의 광로중에서 웨이퍼면과 고역인 위치에서 행하는 구성에서는 노광시간외에 정조도 제어의 조도 조정시의 안정 시간도 또한, 초재에 광이 접촉하게 되고, 더 흐림이 발생하기 쉬운 좋지 않은 상태가 된다. 또한, 흐림 이외에도 광조사에 의한 초재로의 부하에 초재 수명이 단축되는 좋지 않은 상태도 있다.
근년에는 스루풋 향상을 도모하기 위해서 조명계의 고조화가 진행되고 있지만, 이 사실이 상기 문제를 더욱 악화시키고 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
본 발명의 목적은 정확하게 노광량 제어를 행할 수 있는 주사 노광 방법·장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 스루풋을 저하시키지 않고 정확한 노광을 행할 수 있는 주사 노광방법·장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 기판의 노광중에 펄스 에너지가 변경한 경우에도 주사 속도를 유지한 채로, 원하는 적산 노광량을 얻도록 노광을 행하는 것이 가능한 주사 노광 방법·장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 목적은 광학계의 흐림을 억제할 수 있는 주사 노광 방법·장치를 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 목적은 광원의 장수명화를 도모할 수 있는 주사 노광 방법·장치를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 주사 노광 방법은 펄스 레이저 광원으로부터 펄스광에 대하여 마스크와 기판을 동기 이동함으로써, 마스크에 형성된 패턴을 기판상에 전사하는 방법으로서, 주사 노광중에 그 기판상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수를 결정하는 공정과, 해당 결정된 펄스광의 수에 따라서 주사 노광중에 마스크와 기판의 최대 이동 속도와 펄스광의 최대 발진 주기의 적어도 한쪽이 유지되어 있도록. 그 펄스광을 발생하는 광원을 제어하는 공정을 포함하는 것이다.
이것에 의하면, 주사 노광에 앞서서 기판상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수(N)가 결정되고, 주사 노광시에는 그 결정된 펄스광의 수(N)에 따라서 마스크와 기판의 최대 주사 속도와 펄스광의 최대 발진 주기의 적어도 한쪽이 유지되도록 펄스광의 광원이 제어된다.
이 때문에 설정 노광량(기판에 조사되는 적산 노광량)이 작고, 마스크와 기판의 주기 이동 속도를 최대 속도로 설정한 채로, 그 설정 노광량을 달성할 수 있는 영역에서는, 스루풋을 가장 높게 유지하는 것이 가능하다. 이 경우, 펄스 레이저 광원의 발진 주파수는 상술한 (2)식의 관게에 근거하여 제어된다.
한편, 설정 노광량이 크고, 마스크와 기판의 주기 이동 속도를 최고 속도로 유지할 수 없는 영역(본 명세서에서는 이 영역을 「저감도 영역」이라고 부른다)에서는 펄스 광원의 발진 주파수(펄스광의 발진 주기)를 최대로 설정하고, 상술한 (2)식의 관계에 근거하여 마스크와 기판의 동기 이동 속도를 조정하여 노광이 행해지게 된다. 이 경우 (2)식에서 분명한 바와 같이 최대 발진 주파수를 fmax.로 하면, 주사 속도는 종래의 (fmax./f0)배가 되며, 기판상의 1점당 노광 시간이 종래의f0/fmax.으로 억제되므로, fmax.f0이므로,저감도 영역에서도 스루풋은 향상한다. 또한, 가령, 펄스 레이저 광원의 에너지가 연속적으로 변조 가능한 경우르 고려하더라도 fmax.f0이므로, 초고 주사 속도로 노광할 수 있는 설정 노광량의 폭이 종래보다도 넓어진다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 주사형 노광 장치는 펄스광을 발하는 펄스 레이저 광원; 마스크를 보유하여 소정의 주사 방향으로 이동 가능한 기판 스테이지와; 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 소정의 속도비로 상대 주사하는 스테이지 제어계와; 펄스 레이저 광원의 발진 주파수를 변경하는 변경 시스템과; 그 attentator에 의해서 감광된 펄스광으로써 상기 기판을 주사 노광할 때에 상기 기판상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수에 따라서, 그 스테이지 제어계에 의한 양 스테이지의 최대 주사 속도와 펄스 레이져 광원의 최대 발진 주파수의 적어도 한쪽을 유지하도록 변경 시스템을 제어하는 제어 시스템을 갖는다.
이것에 의하면, 설정 노광량이 작고, 펄스 광원으로부터의 펄스광을 그대로 사용하면, 최소 노광 펄스수가 확보될 수 없는 경우에는 감쇠기에 의해 펄스 레이저 광원으로부터의 펄스광이 감광된다. 이 감쇠기에 의해서 감광된 펄스광으로써 상기 기판을 주사 노광할 때의 상기 기판상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수는 항상 최소 노광 펄스수가 되는 것에 한정되지 않고, 최소 노광 펄스수보다 많아지는 경우가 대부분이다. 그래서, 제어 시스템으로서는 기판상의 각 점에 조사되는 펄스수에 따라서, 스테이지 제어계에 의한 양 스테이지의 최대 주사 속도와 펄스 레이저 광원의 최대 발진 주파수의 적어도 한쪽을 유지하도록 변경 시스템을 제어한다.
즉, 본 발명에 의하면, 펄스 레이저 광원의 발진 주파수(f)가 제어 시스템에 의해서, 노광 펄스수(N)에 따라서, 스테이지 제어계에 의한 양 스테이지의 최대 주사 속도(스캔 최고속) 또는 펄스 레이저 광원의 최대 발진 주파수의 적어도 한쪽을 유지하도록, 변경 시스템을 통하여 제어된다. 이 때문에 설정 노광량이 작고, 레이저 주파수도 그 만큼 높게 할 필요가 없는 고감고 영역에서는 주사 노광시에 스테이지 제어계에 의해 양 스테이지가 스캔 최고속으로 주사되게 되며, 스루풋을 가장 높게 유지하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 펄스 레이저 광원의 발진 주파수 광원의 발진 주파수는 상술한 (2)식의 관계에 의거하여 제어된다.
한편, 기판에 대한 목표 노광량이 크고, 스캔 최고속을 유지할 수 없는 저감도 영역(이 영역에서는 감쇠기에 의한 펄스광의 감광율을 0%(투과율 100%)에 설정한다)에서는 레이저 발진 주파수를 최대 발진 주파수에 설정하고, 상술한(2)식의 관계에 근거하여 마스크와 기판의 동기 이동 속도를 조정하여 노광이 행해지게 된다. 이 경우, (2)식에서는 명백한 바와 같이 최대 발진 주파수를 fmax.로 하면, 주사속도는 종래의 (fmax./f0)배가 되며, 기판상의 1점당 노광 시간이 종래의 f0/fmax.로 억제되며, fmax.f0이므로, 저감도 영역에 있어서도 스루풋은 향상된다. 또한, 가령, 펄스 레이져 광원의 에너지가 연속적으로 변경 가능한 경우를 고려하더라도, fmax.f0이므로 최고 주사 속도로 노광할 수 있는 설정 노광량의 폭이 넓어진다.
상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 주사 노광 방법은 펄스 레이저 광원으로부터의 펄스광에 대하여 마스크와 기판을 동기 이동하는 것에 의해, 마스크에 형성된 패턴을 기판상의 복수의 쇼트 영역 각각에 전사하는 방법으로서, 그 기판상의 어떤 1개의 쇼트 영역의 노광중에 그 1개의 쇼트 영역 내의 복수점에 대응하는 적산 노광량을 각각 검출하고, 해당 검출 결과에 의거하여, 다음에 노광되는 쇼트 영역에 대하여 적정한 노광이 행해지도록, 상기 펄스광의 발진 주기를 제어하는 것이다.
본 발명에 의하면, 기판상의 어떤 1개의 쇼트 영역을 노광중에 허용할 수 없는 정도의 적산 노광량 오차를 발생한 경우에 있어서, 그 1개의 쇼트 영역의 노강중에 검출된 적산 노광량에 의거하여, 다음에 노광되는 쇼트 영역에 적정한 노광이 행해지도록 펄스광의 발진 주파수가 제어된다. 이 결과, 상술한 (2)식에서 명백한 바와 같이 주사 속도를 변경하지 않고, 노광 펄스수를 변경하는 것에 의해 다음 쇼트에 대해서는 예를 들면 스캔 최고속을 유지한 채로 원하는 적산 노광량을 얻을 수 있는 노광이 가능하다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 주사 노광 방법은 마스크와 기판의 주사 속도가 소정 최고 속도인 채로 목표 적산 노광량이 얻어지도록, 노광 광원을 필요 최저한의 출력으로 하는 조건하에서, 광원 및 그 광원으로부터의 노광광의 적어도 한쪽을 조정한다.
이것에 의하면, 마스크와 기판을 소정의 최고 속도로 동기 이동하면서, 광원을 필요 최저한의 출력으로 한 상태에서 주사 노광이 행해지는 것으로부터, 조명계내의 부재(초재)의 열화가 방지되며, 광원의 수명을 길게 할 수 있으며, 또한 스루풋을 높게 유지하는 것도 가능하다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 주사형 노광 장치는 광원을 정조도 제어하는 것에 앞서서, 광원의 정조도 제어의 조조정으로서 오픈 루푸의 정전력 제어를 실행하는 것이다.
이것에 의하면, 광원, 예를 들면 수은 램프를 정도도 제어하기에 앞서서, 오픈 루프의 정전력 제어에 의해 정도도 목표치로의 조조정이 행해지는 사실로부터 목표 광량에 도달하기까지의 시간이 단축되며, 이것에 의해 스루풋의 향상이 도모된다.
도한 상기 목표를 달성하기 위해서 본 발명의 주사형 노광 장치는 마스크 패턴의 상으로써 기판을 주사 노광하기 위한 노광 시스템의 비노광 동작중에는 노광광원을 오픈 루프에서 정전력 제어한다.
이것에 의하면, 노광 시스템의 다음 노광 동작의 개시를 원활하게 행할 수 있는 동시에, 광원의 열화가 방지된다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 주사형 노광 장치는 마스크의 패턴의 상으로써 기판을 주사 노광하기 위한 노광 시스템의 비노광 동작중에 노광 광원의 정조도 제어를 유지하면서, 마스크측으로의 노광광의 차광을 블라인드 부재로써 행하는 것이다.
이것에 의하면, 노광 시스템의 다음 노광 동작을 개시할 때, 노광광의 광량 조정에 요하는 조정 시간이 더욱 단축되는 효과가 있다.
[발명의 구성 및 작용]
[제1실시 형태]
이하, 본 발명의 제1실시 형태를 도 1 내지 도 6에 근거하여 설명한다.
도 1에 제1실시 형태의 주사형 노광 장치(10)의 개략 구성이 도시되어 있다. 이 주사형 노광 장치(10)는 노광용 광원에 펄스 레이저 광원으로서의 엑시머 레이저 광원을 사용한 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광 방식이다.
이 주사형 노광장치(10)는 엑시머 레이저 광원(16)을 포함하는 조명계(12), 이 조명계(12)에 의해 조명되는 레티클(R, 마스크)을 보유하여 소정의 주사 방향으로 이동하는 마스크 스테이지르소의 레티클 스테이지(RST), 레티클(R)의 패턴을 웨이퍼(W) (기판)상에 투영하는 투영광학계(PL), 웨이퍼(W)를 보유하여 수평면(XY평면내)을 이동하는 XY 스테이지(4) 및 이 제어계 등을 구비하고 있다.
조명계(12)는, 엑시머 레이저 광원(16), 빔 정형 광학계(1B), 에너지 감쇠기(20), 플라이아이 렌즈(22), 개구 조리개판(24), 빔 분할기(26), 제1릴레이렌즈(28A), 제2릴레이렌즈(28B), 고정된 레티클 블라인더(30A), 가동 레티클 블라인드(30B), 광로 절곡용의 미러(M) 및 콘덴서 렌즈(32) 등을 구비하고 있다.
여기에서, 조명계(12)의 상기 구성 각 부에 대하여 설명한다. 엑시머 레이저광원(16)으로서는, KrF 엑시머 레이저 광원(발광 파장 248nm), 또는 ArF 엑시머 레이저 광원(발진 파장 193nm) 등이 사용된다. 또 이 엑시머 레이저 광원이나 YAG 레이저의 고조파 발생 장치 등의 펄스 광원을 노광 광원으로서 사용해도 된다.
빔 정형 광자계(18)는 엑시머 레이저 광원(16)으로부터 펄스 발광된 레이저 빔(LB)의 단면 형상을, 해당 레이저 빔(LB)의 후방에 설치된 플라이아이 렌즈(22)에 효율성 높게 입사도록 정형하는 것으로, 예를 들면 실린더 렌즈라든지 빔 엑스 팬더(모드 도시생략) 등으로 구성된다.
에너지 감쇠기(20)는 빔 정형 광학계(18)의 후방의 레이저 빔(LB)5의 광로상에 배치되어 있다. 여기에서는 회전판(34)의 주위에 투과율(=1-감광율)이 다른 복수개(예를 들면, 6개)의 ND 필터(도 1에서는 그 안의 2개의 ND필터(36A, 36D)가 도시되어 있다)를 배치하고, 그 회전판(34)을 구동모터(38)로 회전함에 의해, 입사하는 레이저 빔(LB)에 대한 투과율을 100%부터 등비 급수적으로 복수 단계에서 전환될 수 있게 되어 있다. 구동 모터(38)는 후술하는 주제어 장치(50)에 의해서 제어된다. 또, 그 회전판(34)과 동일한 회전판을 2단 배치하고, 2세트의 ND 필터의 조합에 의해서보다 세밀하게 투과율을 조정할 수 있도록 해도 된다(도 26(c) 참조).
상기 플라이아이 렌즈(22)는, 에너지 감쇠기(20)의 후방의 레이저 빔(LB)의 광로상에 배치되고, 레티클(R)을 균일한 조도분포로 조명하기 위해서 다수의 2타 광원을 형성한다. 이 2차광원으로부터 사출되는 레이저 빔을 이하에서는, 「펄스 조명광(IL)」이라고 부르기로 한다.
플라이아이 렌즈(22)의 사출면의 부근에, 원판상 부재로 이루어지는 개구 조리개판(24)이 배치되어 있다. 이 조명계 개구 조리개판(24)에는, 등각도 간격으로, 예를 들면 통상의 원형 개구로 구성되는 개구 조리개, 작은 원형 개구로 구성되며, 코히어런스팩터인 a값을 작게하기 위한 개구 조리개, 윤대 조명용의 윤대상의 개구 조리개, 및 변형 조명용에 복수의 개구를 광축에 대하여 편심 배치하여 이루어지는 변형 개구 조리대(도 1에서는 이 중 2종류의 개구 조리개만이 도시되어 있다)등이 배치되어 있다. 이 개구 조리개판(24)은 후술하는 주제어 장치(50)에 의해 제어되는 모터 등의 구동 장치(40)에 의해 회전되며, 이것에 의해 모든 개구 조리개가 펄스 조명광(IL)의 광로상에 선택적으로 설정된다.
개구 조리개판(24)의 후방의 펄스용 조명광(IL)의 광로상에, 반사율이 작가 투과율이 큰 빔 분할기(26)가 배치되어 있다. 또한 이 후방의 광로상에, 고정된 레티클 블라인드(30A) 및 가동 레티클 블라인드(30B)를 통해, 제1릴레이 렌즈(28A) 및 제2릴레이렌즈(28B)로 이루어지는 릴레이 광학계가 배치되어 있다.
고정 레티클 블라인드(30A)는 레티클(R)의 패턴면에 대한 공역면으로부터 야간 디포커스한 면에 배치되고, 레티클(R)의 조명 영역(42R)을 규정하는 직사각형 개구가 형성되어 있다. 또한, 이 고정 레티클 블라인드(30A) 부근에 주사방향의 위치 및 폭이 가변의 개구부를 갖는 가동 레티틀 블라인드(30B)가 배치되며, 주사 노광의 개시시 및 종료시에 그 가동 레티클 블라인드(30B)를 통하여 조명 영역(42R)을 더욱 제한함으로써, 불필요한 노광이 방지된다.
릴레이 광학계를 구성하는 제2릴레이 렌즈(2B) 뒤의 광로상에는, 제2릴레이 렌즈(28B)를 통과한 펄스 조명광(IL)을 레티클(R)을 향하여 반사하는 절곡 미러(M)가 배치되어 이 미러(M)의 후방의 광노상에 콘덴서 렌즈(32)가 배치되어 있다.
이렇게 하여 구성된 조명계(12)의 작용을 간단하게 설명하면, 엑시머 레이저광(16)으로부터 펄스 발광된 레이저 빔(LB)은 빔 정형 광학계(18)에 입사하고, 여기에서 후방의 플라이아이 렌즈(22)에 효율성 높게 입사하도록 그 단면 형상이 정형된 후, 에너지 감쇠기(20)에 입사한다. 그리고, 이 에너지 감쇠기(20)중의 어느 하나의 ND 필터를 통과한 레이저 빔(LB)은 플라이아이렌즈(22)에 입사한다. 이것에 의해, 플라이아이 렌즈(22)의 사출면에 다수의 2차 광원이 형성된다. 다수의 2차 광원으로부터 사출된 펄스 조명광(IL)은 개구 조리개판(24)상의 어느 하나의 개구조리개를 통과한 후, 투과율이 크가 반사율이 작은 빔 분할기(26)에 이른다. 이 빔분할기(26)를 투과한 노광광으로서의 펄스 조명광(IL)은 제1릴레이 렌즈(28A)를 거쳐서 고정 레티클 블라인드(30A)의 직사각형의 개구부 및 가동 레티클 블라인트(30B)를 통과한 후, 제2릴레이 렌즈(28B)를 통과하여 미러(M)에 의해서 광로가 수직 하방으로 굴곡된 후, 콘덴서 렌즈(32)를 거쳐서, 레티클 스테이지(RST)상에 보유된 레티클(R)상에 조도 분포가 균일한 직사각형의 조명 영역(42R)을 형성한다.
한편, 빔 분할기(26)에서 반사된 펄스 조명광(IL)은 집광렌즈(44)를 통해 광전 변환 소자로 구성되는 인테그레이터 센서(46)에서 수광하고, 인테그레이터 센서(46)의 광전 변환 신호가 도시하지 않는 피크 호울드 회로 및 A/D 변환기를 통해 출력DS(digit/pulse)로서 주제어 장치(50)에 공급된다. 인테그레이터 센서(46)로서는 예를 들면 원적외 영역에서 감도가 있으면 감도가 있으며, 동시에 엑시머 레이저 광원(16)의 펄스 발광을 검출하기 위해서 높은 응답 주파수를 가지는 PIN형의 포토다이오드 등을 사용할 수 있다. 이 인테그레이터 센서(46)의 출력DS(인테그레이터 센서에 입사하는 조명광(IL)의 조도)과 웨이퍼(W)의 표면상에서의 펄스조염광(IL)의 조도와의 상관 계수는 미리 구해지며, 주제어 장치(50)에 설치된 메모리(51)내에 기억되어 있다.
레티클(R)운 레티클 스테이지(RST)상에 설치되며, 도시하지 않는 흡입 체크 등을 통하여 흡착 보유되어 있다. 레티클 스테이지(RST)는, 수평면(XY 평면)내에서 미소 구동 가능한 동시에, 레티클 스테이지 구동부(48)에 의해서 주사 방향(여기에서는 도 1의 지면 좌우 방향인 Y방향으로 한다)으로 소정 범위에서 이동할 수 있도록 되어 있다. 레티클 스테이지(RST)의 위치는 레티클 스에티지(RST)상에 고정된 이동거울(52R)을 통해 외부의 레이저 간섭계(54R)에 의해서 계측되며, 이 레이저 간섭계(54R)의 계측치가 주제어 장치(50)에 공급된다.
투영광학계(PL)는 공통의 Z축 방향의 광축(AX)을 가지는 복수매의 렌즈 엘리멘트소써 구성되어 있다. 또한 투영광자계(PL)는 양측 텔레선트릭이 되도록 각 렌즈 엘리멘트가 배치되어 있다. 또한 이 투영 광학계(PL)로서는, 투영배율(α)(α는 예를 들면 1/4 또는 1/5)의 것이 사용되어 있다. 이 때문에, 상기와 같이, 펄스 조명광(IL)에 의해 레티클(R)상의 조명 영역(42R)이 조명도면, 그 레티클(R)에 형성된 패턴이 투영광자계(PL)에 의하여 투영 배율(α)로 축소된 상이, 표면에 레지스트(감광제)가 도포된 웨이퍼(W)상의 슬릿상의 노광 영역(42W)(레티클(R) 상의 조명 영역(42R)과 공역인 웨이퍼상의 조명 영역)에 투영된다.
웨이퍼(W)는 XY 스테이지(14)상에 설치되어 있다. XY 스테이지(14)는 웨이퍼 스테이지 구동부(56)에 의해서 XY 면내에서 주사방향인 Y방향 및 이것과 직교하는 X방향(도 1에서 지면 직교 방향)으로 2차원 이동할 수 있도록 되어 있다. 이 XY 스테이지(14)상에, Z틸트 스테이지(58)상 도시하지 않은 웨이퍼 홀울더를 통하여 웨이퍼(W)가 진공 흡착 등 의해 보유되고 있다. Z 틸트스테이지(58)는 웨이퍼(W)의 Z방향의 위치(포커스 위치)를 조정하는 동시에, XY 평면에 대한 웨이퍼(W)의 경사각을 조정하는 기능을 가진다. 또한, XY 스테이지(14)의 위치, Z 틸트스테이지(58)상에 고정된 이동거울(52W)을 통해 외부의 레이저 간섭계(54W)에 의해 계측되고, 이 레이저 간섭계(54W)의 계측기가 주제어 장치(50)로 공급되도록 되어 있다.
주제어 장치(50)는 CPU(중앙 연산 처리 장치), ROM(리드·온리·메모리), RAM(랜덤·액세스·메모리) 등으로 이루어지는 이른자 마이크로컴퓨터(또는 미니 컴퓨터)를 포함하여 구성되며, 노광 동작이 정확하게 행하여지도록, 예를 들면 레티클(R)과 웨이퍼(W)의 동기 주사 웨이퍼(W)의 스텝, 노광 타이밍 등을 총괄하여 제어한다.
구체적으로는, 주제어 장치(50)는 예를 들면 주사 노광시에는, 레티클(R)이 조명 영역(42R)에 대하여 +Y방향(또는 -Y방향)으로 속도(VR)로 이동하는 것에 동기하여, 웨이퍼(W)가 노광 영역(42W)에 대하여 -Y방향(또는 +Y방향)으로 속도 α·VR(α는 레티클(R)에서 웨이퍼(W)에 대한 투영 배율)로 이동하도록, 레이저 간섭계(54R, 54W)의 계측치에 근거하여 레티클 스테이지 구동부(48), 웨이퍼 스테이지 구동부(56)를 각각 통해 레티클 스테이지(RST), XY 스테이지(14)의 위치 및 속도를 각각 제거한다. 또한, 스테핑시에는, 주제어장치(50)에서는 레이저 간섭계(54W)의 계측치에 의거하여 웨이퍼 스테이지 구동부(56)를 통해 XY 스테이지(14)의 위치를 제어한다. 이와같이, 제1실시 형태에서는 주제어장치(50), 레이저 간섭계(54R, 54W), 레티클 스테이지 구동부(48), 웨이퍼 스테이지 구동부(56)에 의해서, 스테이지 제어가 구성되어 있다.
또한, 주제어장치(50)에서는 제어정보(TS)를 엑시머 레이저광원(16)으로 공급함에 의하여, 엑시머 레이저 광원(16)의 발광 타이밍, 및 발광 광량 등을 제어한다. 또한, 주제어 장치(50)는, 에너지 감쇠기(20), 개구 조리개판(24)을 모터(38), 소동장치(40)를 각각 통해 제어하고, 스테이지계의 동작에 동기하여 가동 레티클 블라인드(30B)의 개폐 동작을 제어한다. 이렇게 본 실시 형태에서는 주제어장치(50)가, 노광 컨트롤러 및 스테이지 컨트롤러의 역할도 가지고 있다. 이 컨트롤러를 주제어 장치(50)는 별도로 설치해도 되는 것은 물론이다.
다음에, 본 실시 형태 주사형 노광 장치(10)의노광량 제어계의 구성에 대하여 도 2에 근거하여 설명한다.
도 2에는 도 1의 주사형 노광 장치(10)의 노광량 제어에 관련된 구성 요소가 나와서 도시되어 있다. 이 도 2에 도시하는 바와 같이 엑시머 레이저 광원(16)은 레이저 공진기(16a), 빔분할기(6b), 에너지 모니터(16c), 에너지 컨트롤러(16d) 및 고압전원(16e) 등을 구비하고 있다.
도 2에서, 레이저 공진기(16a)로부터 펄스적으로 레이저 빔은 투과율이 높은 약간의 반사율을 갖는 빔 분할기(16b)에 입사하고, 빔 분할기(16b)를 투과한 레이저 빔(LB)이 외부에 사출된다. 또, 빔 분할기(16b)에서 반사된 레이저 빔이 광전변환 소자로 구성되는 에너지 모니터(16c)에 입사되고, 에너지 모니터(16c)에서의 광전 변환 신호가 도시하지 않는 피크 호울드를 통해 출력(ES)으로서 에너지 컨트롤러(16d)로 공급된다. 에너지 모니터(16c)의 출력(ES)에 대응하는 에너지의 제어량의 단위는 (mJ/pulse)이다. 통상의 발광시에는, 에너지 컨트롤러(16d)는, 에너지 모니터(16c)의 출력(ES)이 주재제어 장치(50)로부터 공급된 제어정보(TS)중의 1펄스당 에너지의 목표치에 대응한 값이 되도록, 고압 전원(16e)에서의 전원 전압을 피드백 제어한다. 또한, 에너지 컨트롤러(16d)는, 레이저 공진기(16a)로 공급되는 에너지를 고압 전원(16e)을 통해 제어함으로써, 주파수도 변경한다. 즉, 에너지 컨트롤러(16d)는 주제어 장치(50)로부터의 제어 정보(TS)에 따라서 엑시머 레이저 광원(16)의 발진 주파수를 주제어 장치(50)에서 암시된 주파수로 설정하는 동시에, 엑시머 레이저 광원(16)에서의 1펄스당 에너지가 주제어 장치(50)에서 지시된 값이 되도록 고압전원(16e)의 전원 전압을 피드백 제어한다.
또한 엑시머 레이저 광원(16)내의 빔 분할기(16b)의 외측에는, 주제어장치(50)로부터의 제어 정보에 따라서 레이저 빔(LB)을 차광하기 위한 셔터(16f)도 배치되어 있다.
또한, 후술하는 제어 테이블의 작성시에는, 에너지 모니터(16c)의 출력(ES)이 에너지 컨트롤러(16d)를 통해 주제어 장치(50)에 공급된다. 주제어장치(50)에서는 에너지 컨트롤러(16c)의 출력(ES)와 인테그레이터 센서(46)의 출력(DS)의 상관 관계를 구한다. 그리고, 주사 노광시에 주제어 장치(50)는 소정의 제어 정보(TS)를 에너지 컨트롤러(16c)에 보내며, 엑시머 레이저 광원(16)에 펄스 발광을 행하게 하고, 각 펄스 조명광마다 인테그레이터 센서(46)로부터의 출력(DS)을 적산하고, 순차 웨이퍼(W)상의 각 점에서의 적산 노광량을 구한다. 이 각 점의 적산 노광량이 웨이퍼(W)상의 포트레지스트에 대한 설정 노광량이 되도록, 주제어 장치(50)는 에너지 감쇠기(20)에 있어서의 투과율의 조정, 및 엑시머 레이저 광원(16)에 있어서의 1펄스당의 에너지의 미세 조정을 웨이퍼의 노광전에 행한다.
다음에, 상기와 같이 하여 구성된 주사형 노광 장치(10)에 있어서의 노광량제어 동작의 일례에 대하여 설명한다.
처음에, 노광량 제어의 전제가 되는 제어 테이블의 작성순서를 설명한다. 여기에서는, 인테그레이터 센서(46)를 중심으로 하여 제어 테이블을 작성하기 때문에, 엑시머 레이저 광원(16)내의 에너지 모니터(16c)의 출력(ES)의 단위(에너지 제어량 단위)를 (mJ/pulse)로 한다. 상술한 바와 간이 인테그레이터 센서(46)의 출력(DS)의 단위(에너지 제어량의 단위)는 (digit/pulse)이다.
여기에서, 인테그레이터 센서(46)의 출력(DS)은 도 1의 Z 틸트 스테이지(5B)상에서 상면(즉, 웨이퍼의 표면)과 같은 높이로 설치된 도시하지 않은 기준 조도계의 출력에 대하여 미리 교정(캐리브레이션)되어 있는 것으로 한다. 그 기준 조도계의 데이터 단위는 (mJ/(cm2·pulse)가 되는 물리량이며, 인테그레이터 센서(46)의 교정과는 인테그레이터 센서(46)의 출력(DS)(digit/pulse)을 상면상의 노광량(mJ/(cm2·pulse)으로 교환하기 위한 변환 계수, 혹은 교환 계수를 얻는 것이다. 이 변환 계수, 혹은 변환 계수를 사용하면, 인테그레이터 센서(46)의 출력(DS)보다도 간접적으로 상면상에 주어지는 노광량을 계측할 수 있게 되는 것이다. 그래서, 이하의 설명에서는 인테그레니터 센서(46)의 출력(DS)으로부터 간접적으로 구해지는 상면상에서의 노광량을 인테그레이터 센서(46)에 의한 처리량 P(mJ/(cm2·pulse))과, 엑시머레이저 광원(16)내의 에너지 모니터(16c)의 출력ES(mJ/pulse)과의 상관관계이다. 그것을 위한 전제 조건으로서, 도 1의 엑시머 에너지(E)는 소정의 중심에너지(E0)로써 안정화되는 것으로 한다. 또한, 에너지 감소기(20)에서의 투과율을 100%(개방)로 설정하는 것이다.
그리고, 레이저 빔(LB)의 에너지(E)를, 그 중심에너지(E0)의 상하에 다암과 같이 변화시킨다. 단, 상관 데이터를 얻기 위해 사용하는 데이터수를 NDATA로 한다.
[수학식 3]
E=E0{1±(i/NDATA)×ER/E0}……(3)
여기에서, Er은 필요하게 되는 에너지 변조 레인지이며, 전형적으로 ER/E0은 0.02∼0.03이다. 또한, i는 정수이며, i의 값은 예를 들면, 0∼NDATA범위에서 변화시킨다.
그리고, 실제로 i의 값을 변화시키면서 엑시머 레이저 과원(16)에 펄스광 발광을 행하게 하고, 인테그레이터 센서(46)의 처리량(P)의 값(Pi)과, 에너지 모니터(16c)의 출력(ES)의 값(Ei)를 상관데이터(Pi, Ei)로서 기록한다. 1개의 데이터는 1펄스의 결과라도 복수 펄스 평균치라도 동시 계측된 데이터라면 어느 것이라도 상관없다.
도 3에는 이렇게 하여 얻어진 상관 데이터(Pi, Ei)가 도시되어 있다. 도 3에서 횡축은 인테그레이터 센서(46)의 처리량의 값(Pi), 종축은 에너지 모니터(16c)의 출력값(Ei)이다. 그리고, 예를 들면 도 3의 상관 데이터를 보간하고, 인테그레이터 센서(46)의 처리량P(mJ/(cm2·pulse))으로부터 에너지 모니터(16c)의 출력 ES(mJ/pulse)을 산출하기 위한 변환 함수f(P)를 구하든가, 또는 변환계수를 제어테이블로서 도 1의 메모리(51)에 기억한다. 그 후, 주제어 자이(50)에서는 그 제어 테이블, 및 인테그레이터 센서(46)의 처리량(P)에 의거하여 대응하는 에너지 모지터(16c)의 출력(ES)을 정확히 산출할 수 있다.
이하의 설명에서는 간단하게 하기 위해 인테그레이터 센서(46)와 에너지 모니터(16c)와의 상관이 매우 리니어이며, 상관 데이터(Pi, Ei)가 도 3중의 실선의 직선으로 나타나는 바와 같은 1차 함수로 나타나며, 그 오프세트는 0으로 간주될 수 있으며, 그 기울기를 변환게수(β)로서 취급한다. 즉, 인테그레이터 센서(46)의 처리량P(mJ/(cm2·pulse)) 및 변환계수(β)를 사용하여, 다음부터 에너지 모니터(16c)의 출력ES(mJ/pulse)을 산출할 수 있다고 가정한다.
[수학식 4]
ES=β·P……(4)
그래서, 주제어 장리(50)에서는 도 3의 상관 데이터로부터 예를 들면 최소제곱근사에 의해서 그 변환계수(β)를 구하고, 이 변환계수(β)를 제어 테이블로서 메모리(51)내에 기억한다. 이것에 의해서 제어 테이블의 작성이 완료된다.
다음에, 본 실시 형태의 주사형 노광 장치(10)의 기본적인 노광량 제어 시퀀스에 대하여, 주제어 장치(50)내의 CPU의 제어 알고리즘을 도4의 흐름도를 참조하여 설명한다. 또, 엑시머 레이저 광원(16)으로부터의 레이저 빔(LB)에 대한 에너지 감소기(20)에 의한 투과율은 단순히 노광 펄스수가 필요 노광 펄스수 이상이 되도록 설정하면 되므로, 여기에서는 레이저 빔(LB)의 에너지의 미세 변조 동작에 착안하여 설명한다.
우선, 이하의 설명에서 인용되는 양을 다음과 같이 정의한다.
(a) S0=오퍼레이터가 설정하는 웨이퍼(W)상의 포토레지스트에 대하여 주어지는 노광량(설정 노광량).
(b) N : 웨이퍼상의 1점당에 조사되는 펄스 조명광(IL)의 펄스수(노광 펄스수).
(c) p : 노광전에 인테그레이터 센서(46)에서 간접적으로 계측되는 상면상의 평균 펄스 에너지 밀도(mJ/(cm2·pulse)).
(d) At : 설정 노광량에 대한 실제 웨이퍼상의 각 쇼트 영영내에서의 평균 노광량 오차의 목표 오차(노광량 목표 정밀도).
(e) Pt: 인테그레이터 센서(46)를 기준으로 한 설정 펄스 에너지(mJ/(cm2·pulse)).
(f) Et : 액시머 레이저 광원(16)이 주제어 장치(50)로부터 받은 레이저 빔(LB)의 에너지 설정치(mJ/pulse). 즉, (4)식에 대응하여 다음식이 성립한다.
[수학식 5]
Et=β·Pt……(5)
(g) Vmax.: XY 스테이지(14)의 스캔 최고속(mm/s)/
(h) Nmin. : 웨이퍼(W)상의 1점당의 최소 노광 펄스수,
(i) Ws : 웨이퍼면에서의 실효적인 노광 슬릿폭(mm).
(j) fmax. : 엑시머 레이저 광원(16)의 실제의 최고 발진 주파수(Hz).
또한, 전제조건으로서, 레이저 발진 주파수 f의 중립치를 f0로 한다. f0는 이하의 식에서 산출된다. 이것은 종래의 노광량 제어에 있어서, 고정 발진 주파수와 동일하다.
[수학식 6]
f0=Vmax.×Nmin./Ws……(6)
또한, 본 실시 형태에서는 f0fmax.이고, f0ffmax.의 범위에서 발진주가 변조 가능하게 되어 있는 것으로 한다.
또한, 에너지 감쇠기(20)의 투과율은 설정 노광량 전단에서의 노광 시간을 최소로 하기 위해서, 이산 투과율은 등비수열이 되도록 설계되어 있는 것으로 한다. 상기 공비를 r로 할 때, 본 실시 형태에서는 rf0fmax.라고 한다.
그리고, 통상의 노광량 제어 시퀀스는 아래와 같이 된다.
우선, 도 4의 스탭(100)에 있어서,오퍼레이트에 의하여 콘솔등의 입출력 장치(62)(도 1참조)를 통해 설정 노광량(S0)이 설정되는 것을 기다리고, 설정 노광량(S0)이 설정되면, 다음의 스텝(101)으로 진행되고, 설정 노광량(S0)에 따라서 레이저빔(LB)의 1펄스당의 에너지 설정치(Et)를 중심 에너지(E0)로 설정한다.
다음의 스텝(102)에서는 엑시머 레이저 광원(16)에 복수회(예를 들면, 수100회) 펄스 발광을 행하게 하며, 인테그레이트 센서(46)의 출력을 적산함에 의해, 간접적으로 웨이퍼(W)상에서의 평균 펄스 에너지 밀도(p)(mJ/(cm2·pulse))를 계측한다. 상기 계측은 예를 들면, 레티클 가동 블라인더(30B)를 구동하여, 그 개구를 완전히 닫어, 조명관(IL)이 레티클(R)측에 도달하는 것을 저지한 상태로 행하여진다. 물론, XY 스테이지(14)를 구동하여 웨이퍼(W)를 퇴피시킨 상태에서 행하여도 된다.
다음 스텝(103)에서는 차식에 노광 펄스를 산출한다.
[수학식 7]
N=cint(S0/p)……(7)
여기에서, 함수cint는 소수점 이하 첫째 자릿수 값의 반올림을 나타내는 것으로 한다.
다음 스텝(104)에서 그 노광 펄스수(N)가 필요한 노광량 제어의 재현 정밀도를 얻기 위한 최소 노광 펄스수(Nmin.) 이상인지 어떤지를 판단한다. 여기에서, 최소 노광 펄스수(Nmin.)는 예를들면 미리 계측되어 장치 정수로서 설정되어 있는 펄스 에너지의 격차(3σ의 값) δp의 평균 펄스 에너지 밀도(p)에 대한 비(δp/p)에 근거하여 구해지는 값이다.
그리고, 이 스텝(104)에 있어서의 판단이 부정된 경우, 즉 노광 펄스수(N)가 최소 노광 펄스수(Nmin.)보다 작은 경우에는 스텝(105)으로 이행하고, 도 1의 에너지 감쇠기(20)의 ND필터에 의해 설정 가능한 투과율 중에서 S0/(Nmin.×p)에 가장 가깝고, 또한 NNmin.을 만족하도록 투과율을 선택하여 설정한 후, 상기 스텝(102, 103)의 처리를 재차 실행한다. 이렇게 하여 스텝(104)의 판단이 긍정된 경우 또는 당초부터 스텝(104)의 판단이 긍정된 경우(NNmin.인 경우)에는, 스텝(106)으로 이행하여, 차식보다 노광량의 목표치 정밀도의 실측치(Atgt)를 산출한다.
[수학식 8]
Atgt=ABS(1-PN/S0)……(8)
여기에서, 함구 ABS는 절대치를 구하는 함수이다.
다음의 스텝(107)에서는 엑시머 레이저 광원(16)에 있어서는 펄스 에너지의 미세 변조가 필요한지 아닌지, 즉 노광량 목표치 정밀도의 실측치(Atgt)가 상술한 노광량 목표치 정밀도(At)가상인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 상기 판단이 부정된 경우, 즉 실측치(Atgt)가 노광량 목표치 정밀도(A1)보다 작은 때에는, 스텝(109)으로 이행하고, 스캔 속도 V=스캔 최고속(max)으로서 레이저 발진 주파수 f를 차식에 의해 산출한다.
[수학식 9]
f=int(Vmax×N/Ws)……(9)
여기에서, 함수int(a)는 실수(a)를 초과하지 않는 최대의 정수를 나타내는 것으로 한다.
한편, 스텝(107) 판단이 긍정된 경우, 즉 Atgt At인 경우에는, 펄스 에너지의 미세 변조가 필요하기 때문에 스텝(108)으로 이행한다. 상기 스텝(108)에서는 우선, 차식에서 인테그레이트 센서(46)를 기준으로 한 설정 펄스 에너지 Pt(mJ/(cm2·pulse))룰 산출한다.
[수학식 10]
Pt=S0/cint(S0/p)……(10)
계속하여, 메모리(51)내에 제어 테이블로서 유지하고 있는 변환 계수 β를 사용하여, (5)식에서 엑시머 레이저 광원(16)에서의 레이저빔(LB)의 에너지 설정치 Et(mJ/pulse)를 산출하여, 상기 에너지 설청지 E1를 에너지 컨트롤러(16d)로 공급한후, 스텝(109)로 진행하고, 상기와 같은 스캔 속도 V=스캔 최고속(Vmax.)로서 레이저 발진 주파수 f를 산출한다.
다음의 스텝(110)에서는 위에서 산출한 레이저 발진 주파수 f가 레이저를 가지는 최대 발진 주파수(fmax.) 이하인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 상기 판단이 긍전된 경우에는 스텝(111)에 진출하고 에너지 컨트롤러(16d)를 통해 레이저 발진주파수 위에서 산출한 값으로 설정함과 동시에 스캔 목표 속도(스캔 속도)를 스캔 최고속(Vmax.)에 설정한다. 한편, 상기 스텝(110)의 판단이 부정된 경우는, 스텝(112)으로 이행한다. 상기 스텝(112)에서는 위에서 산출한 레이저 발진 주파수의 설정은 불가능하기 때문에, 에너지 컨트롤러(16d)를 통해 발진 주파수 f를 최대 발진 주파수(fmax.)로 설정한 후, 스텝(113)으로 진행하여, 스캔 속도 V를 차식에 근거하여 설정한다.
[수학식 11]
V=Ws×fmax./N……(11)
그리고, 스텝(114)에서는, 그것까지의 스텝으로 정해진 설정 제안(V, f, Pt)로써 노광을 한다.
도 5에는, 위에서 설명한 도 4의 플로우 챠트에 따른 노광량 제어 시퀀스에 있어서의 설정 노광량(S0)과 1점당의 노광시간(Texp)의 관계가 나타나고 있다. 상기 도 5에 있어서, 실선은 본 실시 형태를 나타내고, 점선은 비교를 위해, 종래인 경우를 나타낸 것이다.
상기 도 5로부터 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 고감도 레지스트에 대응한 영역(설정 조광량 S0 PNmin.·(fmax./f0)의 영역)에 있어서, 에너지 감쇠기(20)의 적산적인 감광률의 영향을 받는 일 없이, 항상 (설정 노광량 S0의 값에 관계없이) 스캔 최고속(Vmax.)으로 노광이 가능하게 되어, 노광 시간(Texp).이 최소가 된다. 또한, 저감도, 레지스트에 대응하는 영역(설정 노광량 S0PNmin.·(fmax./f0)의 영역)에서도, 레이저가 가지는 최대 발진 주파수(fx)에서의 노광이 되기 위해서, 종래 예를 나타내는 점선의 경사T/N=1/f0와, 본 실시 형태를 나타내는 실선의 경우T/N=1/fmax를 비교하면 명백한 바와 같이, 노광 시간이 단축한다. 즉, 광범위한 설정 노광 영역 스루풋에서도 최대를 얻을 수 있다. 또한, 그 스캔 고속으로 노광할 수 있는 설정 노광량의 버무이도 S0=PNmin.에서 PNmin.·(fmax/fo)로 확대한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 엑시 머레이 광원(16)의 펄스 에너지를 미세 변조하고 있기 때문에, 고속 또한 고정밀도에 웨이퍼(W)에 대한 레이저빔(LB)의 노광량을 제어할 수 있고, 웨이퍼(W)상의 각점에서 원하는 적산 노광량을 얻을 수 있다.
그런데, 위에서 설명한 노광량 제어 시퀸스는 상면에서의 조도가 낮은 조명조작인 경우에 의해 큰 효과를 발휘한다. 개구 조리개판(24) 등에 의한 조명 조건 변경시의 파워로스에 대하여는 에너지 전송율을 떨어뜨리지 않는 것 같은 조명광학게가 제안되어 있지만, 조면 사건 사이에서 그 차이가 0인 것 같은 완전한 계는 달성 곤란하고, 조도(평균 펄스 에너지)의 조명 조건 사이에서 차이는 피할 수 없다.
여기에서, 일례로서 평균 펄스 에너지가 최대로 되는 표준 조건에 대한 효율을 E(E1)로 한 조명 조건을 예로 들어, 본 실시 형태의 노광량 제어 시퀀스가 보다 큰 효과를 발휘하는 것의 일례를 도 6을 이용하여 설명한다. 상기 도 6에서는 설명의 간략화를 도모하도록 투과율을 연속 가변의 감쇠기(감쇠기)가 사용되어 있는 것으로 한다.
종래 시퀀스에서의 표준 조명 조건에 있어서는, 도 6중 케이스(1)로 나타내는 바와 같이, 그 조명 조건의 1점당의 최소 노광 시간은 (Ws/Vmax.)=(Nmin./f0)이고, 그 최소 노광 시간에는 노광할 수 있는 최대 노광량(PNmax.)으로 나타내다.
그것에 대하여, 효율 E의 조명 조건에서는 최소 노광 시간에서 노광할 수 있는 최대 노광량은 도 6중 케이스(2)에서 나타나는 바와 같이 EPNmin.로 되고, 효율(E)의 작은 조명 조건에서는 설정 노광량 전반에서의 스루풋이 좋지 않았다.
이것에 대하여, 본 실시 형태의 시퀀스를 상기 효율(E)의 조명 조건에 적응하면, 도 6중의 케이스(3)에 나타나는 바와 같이, 최소 노광 시간은 Ws/Vmax.이고, 종래 예의 경우와 변하지 않지만, 그 최소 노광 시간에서 노광할 수 있는 최대의 설정 노광량은 S0은 EPNmin.×(fmax./f0)로 확대되어, 이것은 케이스(1)로 나타나는 종래 시퀀스에서의 표준 주명 조건에 있어서의 최대의 설정 노광량 S0=PNmin.에 의해 커지고 있다. 이것은, 본 실시 형태에서는, 레이저 발진 주파수(반복 주파수)를 올리는 것에 따라 실효적인 조도를 올리고. 조명 조건의 변경에 의한 평균 펄스 에너지의 저하분을 보충하는 것이 가능하기 때문이다. 이와 같이, 상기의 시퀀스의 의하면, 조도가 낮은 조명 조건에 있어서, 발진 주파수 f의 변조 가능한 범위(EPNmin.S0PNmin.(fmax./f0))로 노광 시간이 단축되어, 저감도 영역반에서 스루풋이 개선된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 엑시머 레이저 광원(16)의 펄스 에너지를 미세변조하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되지 않고, 이것을 대신하여 또는 이것과 동시에 에너지 미세 변조기로서, 상술한 도 28(a), (b)에 나타나는 것 같은 에너지 미세 변조기를 사용한 펄스 에너지를 미세 변조하도록 해도 좋은 것은 물론이다. 상기의 경우에는, 해당 미세 변조기가 도 1의 에너지 감쇠기(20)와 플라이아이렌즈(22) 사이의 레이저빔(LB)의 광로상에 배치됨과 동시에, 웨이퍼(W) 상이 각 점에서 원하는 적산노광량이 얻어지도록 주제어 장치(50)에 의해서 이것이 제어되는 것이 된다.
[제2실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2실시 형태를 도 7 내지 도 10에 근거하여 설명한다. 여기에서, 상술한 제1실시 형태와 같이 또는 동등의 구성 부분에 대하여 동일한 부호를 사용함과 동시에, 그 설명을 간략하게 또는 생략하는 것으로 한다.
도 7에는 본 제2실시 형태에 관한 주사형 노광 장치(70)의 구성이 개략적으로 나타나고 있다. 상기 주사형 노광 장치(70)는 에너지 변조기를 사용하여 펄스 에너지의 미세 변조를 행한 점이, 엑시머 레이저 광원(16)의 출력 펄스 에너지 그 자체를 미세 변조하는 상술한 제1실시 형태의 주사형 노광 장치(10)와는 다르다.
이 때문에, 상기 주사형 노광 장치(70)에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 에너지 감쇠기(20)과 플라이아이 렌즈(22) 사이에 레이저빔(LB)의 광로상에 에너지 미세 변조기(21)가 설치되어 있다. 상기 에너지 미세 변조기(21)로서는 예를 들면 상술한 도 28(A)에 나타나는 더블·클레이팅 방식의 미세 변조기라든지, 도 28(B)에 나타나는 2개의 각각 입사각에 따라서 투과율이 미조정된 광학 필터판과 그 2개의 광학 필터판의 교차각을 조정 범위에서 조정하는 구동 장치로부터 이루어지는 에너지 미세 변조기를 사용할 수 있다. 상기 에너지 미세 변조기(21)에 의한 미세조정량(TF)가 주제어 장치(50)에 의해서 제어된다.
또한, 에너지 미세 변조기(21)로서, 예를 들면 라먼너스 회절(디바이·시어스 효과)등을 이용하는 음향광학 변조기를 이용하는 상기 음향광자 변조기에서의 변조 상태를 제어함에 의해 투과 광량을 연속적으로 변화시키도록 해도 된다.
도 8에는, 그 에너지 변조기(21)내의 구동 장치(도시생략)에 대한 외부에서의 제어량 투과율의 변화량과의 관계가 직선Q으로서 나타나고 있다. 상기 도8에 있어서, 사출되는 레이저빔의 광량을 입사하는 레이저빔의 광량에서 제산하여 얻어지는 투과율을 미세 조정량(TF)로 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 미세 조정량(TF)의 조정 범위는 소정의 최소치(Tmin.)에서 최대치(Tmax.)사이에서의 연속하는 범위에 있어, 내부의 구동 장치에 대한 제어량을 중앙치(중립점)에 설정하는 것에 의해, 미세 조정량(TF)는 최소치(Tmin.)와 최대치(Tmax.)와의 중앙치(T0)로 되돋록 조정되어 있다. 또한, 에너지 미세 변조기(21)을 리세트한 경우에는, 제어량이 중립점에 설정되는 미세 조정량(TF)가 중앙치(T0)로 설정되도록 되어 있다.
그 밖의 부분의 구성등은, 주제어 장치(50)내 CPU의 제어알고리즘이 다른 점을 제외하면, 상술한 제1실시 형태의 주사형 노광 장치(10)와 같이 되어 있다.
다음에, 본 실시 형태의 주사형 노광 장치(70)의 기본적인 노광량 제어시퀸스에 대하여, 주제어 장치(50)내의 CPU의 제어 알고리즘을 나타내는 도 9 및 도10의 플로우 챠트를 참조하여 설명한다. 또, 엑시머 레이저 광원(16)으로부터의 레이저빔(LB)에 대한 에너지 감쇠기(20)에 의한 투과율은 단지 노광 펄스구가 필요 노광 펄스수 이상이 되도록 설정하면 되기 때문에, 여기에서는, 레이저빔(LB)의 에너지의 미세 변조 동작에 주목하여 설명한다.
본 실시 형태애 있어서의 노광량은 각 쇼트 영역내에서의 퍼스 카운트 방식으로 행하여지지만, 쇼트 영역사이에서 소정의 에너지 변조가 행하여지는 것이다.
우선, 도 19의 스텝(201)에 있어서, 오퍼레이터에 의해 콘솔 등의 입출력 장치(62)(도 7참조)를 통해, 웨이퍼(W) 상에서 노광 대상으로 하는 다수의 쇼트 영역의 예를 들면 중심 좌표(노광위치), 각 쇼트 영역에서의 노광을 행할때의 웨이퍼(W)의 주사 방향에의 이동 거리(주사길이)( L) 및 웨이퍼(W) 상의 1점당에 조사하는 목표 적산 노광량(설정노광량)(S0)(mJ/cm2) 등이 설정되는 것을 기다린다. 그리고, 설정 노광량(S0)등이 서정되면, 다음 스텝(202)로 진행하여 엑시머 레이저 광원(16)에 복수외(예를 들면 100회)펄스 발광을 행하게 하여, 인테그레이트 센서(46)의 출력을 적산함에 의하여, 간접적으로 웨이퍼(W) 상에서의 평균 펄스 에너지 밀도(p)(mJ/(cm2·pulse)) 를 계측한다. 상기 계는 예를 들면, 레티클 가동 블라인드(30B)을 구동하여, 그 개구를 완전하게 닫아, 조명광(IL)이 레티클(R)측에 도달하는 것을 저지한 상태에서 행하여진다. 물론, XY 스테이지(14)를 구동하여 웨이퍼(W)를 토피시키는 상태에서 행하여도 된다. 또한, 상기의 평균 에너지 밀도를 계측할 때에, 레이저빔(LB)의 펄스 에너지의 표준편차의 3배(3σ)의 값(격차) δP의 평균 펄스 에너지 밀도(p)에 대한 비 δP/p를 구하는 것도 가능하다.
다음 스텝(203)에서는 상술한 스텝(103)과 마찬가지로 노광 펄스수(N)를 산출한다.
상기 노광 펄스수(N)의 산출에 계속하여, 도시는 생략하였지만, 주제어 장치(50)내의 CPU에서는, 예를 들면 미리 계측되는 장치 정수로서 설정되어 있는 펄스 에너지 격차(3σ의 격차) δP의 평균펄스 에너지 밀도(p)에 대한 비 δP/p를에 근거하여, 웨이퍼(W) 상의 각 쇼트 영역내에서의 적산 노광량의 격차를 소정의 허용치이내에 억눌리게 되기 때문에 필요한 최소 노광 펄스수(Nmin.)를 구한다. 또한 상기 스텝(202)에서 구한 δP/p를에 근거하여 최소 노광 펄스수(Nmin.)를 구하도록 해도 된다. 본 실시 형태와 같이, 1개의 엑시머 레이저 광원(16)으로부터의 펄스 광을 순차 노광하는 방식에서는, 웨이퍼 상의 1점당의 적산 노공량 S의 분포는 예를 들면 일본 특허공개 평 8-250402호 공보에 도시되어 있는 바와 같이, 평균치가 Np에서 3σ의 값이 N1/2·δP의 정규 분포로 된다. 또한, 웨이퍼(W) 상의 각 쇼트 영역내에서의 적산 노광량의 재현성을 A0으로 하여, 웨이퍼(W)상의 각점에서 필요로 되는 적산 노광량의 재현성을 Arep으로 하면, 복수 펄스의 적산 노광량의 재현성을 그 Arep내에 받아들이는데 필요한 최소 노광 펄스수(Nmin.)는 다음 조건을 만족시키도록 결정된다.
[수학식 12]
Nmin.[(δP/P) 2/A0]2……(12)
다음 스텝(204)에서 상기 스텝(203)으로 산출한 노광 펄스수(N)가 필요한 노광량의 재현 정밀도를 얻기 위한 최소 노광 펄수(Nmin.)이상인지 어떤지를 판단한다.
그리고, 상기 스텝(204)에 있어서의 판단이 부정된 경우, 즉 노광 펄스수(N)이 최소 노광 펄수수(Nmin.)보다 작은 경우에는, 스텝(205)에 이행하여, 도 7의 에너지 감쇠기(20)의 ND필터에 의해 투과율중에서 S0/(Nmin.×p)에 가장 근처, 또한 NNmin.을 만족하는 투과율을 선택하여 설정한 후, 상기 스텝(202, 203)의 처리를 다시 행하지 않는, 상기와 같이 하여 스텝(204)의 판단이 긍정된 경우 또는 당초부터 스텝(204)의 판단이 긍정된 경우(NNmin.인경우)에는, 스텝(206)에 이행하여, 상술한 스텝(106)과 같이 하여 노광량 목표치 정밀도의 실측치(Atgt)를 산출한다.
다음의 스텝(207)에서는 펄스 에너지의 미세 변조가 필요한지 어떤지, 즉 노광량 목표치 정밀도의 실측치(Atgt)가 상술한 목표치 정밀도(At)이상인지 아닌지를 판단하다. 그리고, 상기 판단이 부정된 경우, 즉 실측치(Atgt)가 노광 목표치 정밀도(At)보다 작은 때에는, 스텝(209)으로 이행하여, 스캔 속도 V=스캔 최고속(Vmax.)으로 하여 레이저 발진 주파수 f를 상술한 스텝(109)과 같이 하여 산출한다. 즉, 스캔 속도 V=스캔 최고속(Vmax.)으로서 레이저 발진 주파수 f를 상술한 (9)식에 의해 산출한다. 이것에 의해, 노광 펄스수(N)이 최소노강 펄스수(Nmin.)보다 큰 것만, 레이저 발진 주파수 f를 늘려 스캔 최고속(Vmax.)를 유지하기 때문이다.
한편, 스텝(207)에 있어서의 판단이 긍정된 경우는, 스텝(208)로 진행하여, 도 7의 에너지 미세 변조기(21)에서의 미세 조정량(TF)를 차식과 같이 설정함에 의해, 평균 펄스 에너지(p)의 값을 조정한 후, 스텝(209)으로 이행한다.
[수학식 13]
TF=S0/(pN)……(13)
에너지 미세 변조기(21)에 있어서의 미세 조정량(투과율)(TF)은, 도 18을 참조하여 이미 설명한 바와 같이 최소치(Tmin.)와 최대치 (Tmax.)사이에서 변호하지만, 상술한 최소 노광 펄스수(Tmin.) 및 노광량 목쵸치 정밀도(At)를 이용하여 최대치(Tmax.) 및 최소치(Tmax.)는 각각 다음과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
Tmax=(Nmin.+1)(1-At)/Nmin……(14A)
Tmin=Nmin.(1+At)/(Nmin.+1)……(14B)
또한, 초기 상태 및 리세트시에서의 미세 조정량(TF)의 값은 (Tmax.+Tmin.)/2, 즉 T0에 설정된다.
다음 스텝(210)에서는, 위에서 산출한 레이저 발진 주파수f가 레이저의 가지는 최대 발진 주파수(fmax.) 이하인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 상기 판단이 긍정된 경우에 스텝(211)로 진행하여, 에너지 컨트롤러(16d)를 통해 레이저 발진 주파수를 위해서 산출한 값으로 설정함과 동시에 스캔 목표 속도(스캔속도)를 스캔 최고속(Vmax.)로 설정한다. 한편, 상기 스텝(210)의 판단이 부정된 경우에은 스텝(212)으로 이행한다. 상기 스텝(212)에서는 위에서 산출한 레이저 발진 주파수의 설정은 불가능하기 때문이고, 에너지 컨트롤러(16d)를 통해 레이저 발진 주파수 f를 최대 발진 주파수(fmax.)에 설정한 후, 스텝(213)에 진행하여, 스캔 속도(V)를 상술한 스텝(113)과 같이 하여 설정한다.
이상에 의해 초기 설정이 행하여지기 때문에, 다음 스탭(214)(도 10의 스텝 214)에서는, 웨이퍼(W) 상의 지정된 쇼트 영역에, 설정된 노광량에서 주사 노광 방식으로 레티클(R)의 패턴상을 노광한다.
상기 주사 노광중에, 주제어 장치(50)내의 CPU에서는 인테그레이트 센서(46)를 통해, 엑시머 레이저 광원(16)으로부터의 레이저빔(LB)에 의한 웨이퍼(W) 상의 해당 쇼트 영역상에서의 적산 노광량을 검출한다. 상기의 경우, 웨이퍼(W) 상의 각점에 대하여 노광 펄스수는 N이기 때문에, 도 7의 노광 영역(42W)에 대하여 웨이퍼(W) 상의 해당 쇼트 영역이 주사되어 있는 기간에, 인테그레이트 센서(46)로부터의 펄스적인 노광 변환 신호를 N펄스분씩 M회(M은 2회이상의 정수) 적산하여 순차 적산 노광량 S를 산출한다. 이것에 의해, 웨이퍼(W) 상의 Y방향으로 거의 등간격으로 배치된 M개의 위치 Yj(j=1∼M)에서의 적산 노광량(Sj)이 산출된다. 또한 상기 적산 노광량의 (Sj)의 구체적인 적산 방법에 대해서는 예를 들면 일본 특허 공개 평8-250402호 공보 등에 개시되어 있기 때문에 여기에서는 상세한 설명에 대하여 생략한다.
다음 스텝(215)에 있어서, 차식에서 M개의 적산 노광량(Sj)의 평균치(Srst)를 산출함과 동시에, 그 노광중에서의 평균 펄수 에너지(p´)를 산출한다.
[수학식 15]
Srst=(S1+S2+…+SM)/M……(15)
[수학식 16]
p´=Srst/N……(16)
다음의 스텝(216)에서는 노광된 쇼트 영역에서의 실제의 적산 노광량의 평균치(Srst)의 목표 적산 노광량(S0)에 대한 오차인 목표치 오차 ABS(Srst/S0-1)가 상술의 노광량 목표 정밀도(At)보다 큰지 아닌지를 판단한다. 그리고, 상기 판단이 긍정되는 경우, 즉, 그의 목표치 오차가 노광량 목표치 정밀도(At)를 초과한 경우에는, 스텝(217)으로 진행하여 필요한 노광량의 보정량을 산출한다. 구체적으로는 레이저빔(LB)의 펄스마다의 보정 후 노광량을 현재의 노광량으로 제산하여 얻은 값인 보정량(Tadd)을 다음과 같이 설정한다.
[수학식 17]
Tadd=S0/Srst……(17)
상기의 경우 노광이 종료한 쇼트 영역에 대한에너지 감쇠기(20)에 있어서의 조광량의 제조랑(투과율)(TR) 및 에너지 미세 변조기(21)에 있어서의 노광량의 미세 조정량(TF)의 값은 전 쇼트 영역의 정보로서 메모리(51)내에 격납되어 있다.
그리하여, 다음 스텝(218)에서는 에너지 미세 변조기(21)의 미세 조정량(TF)에 그의 보정량(Tadd)를 곱하여 얻어지는 값이 에너지 미세 변조기(21)의 조정 가능 범위내에 있는지 어떤지를 차식에 근거하여 판단한다.
[수학식 18]
Tmin.Tadd.·TF Tmax.……(18)
그리고, (18)식이 성립하는 때에는, 스텝(219)으로 진행하여 에너지 미세 변조기(21)의 미세 조정량(TF)를 Tadd.·TF[=TF´로 한다]에 변속한 후, 스텝(230)에 이행한다. 상기 스텝(230)에서는 노광하는 쇼트 영역이 남아 있는지 어떤지를 판단하여, 노광하는 쇼트 영역인 때에는 스텝(214)로 되돌아가, 새롭게 설정된 에너지 미세 변조기(21)의 미세 조정량(TF´)를 기초로, 사노광 방식으로 노광을 행한다. 이때에 노광량은 직전의 쇼트 영역에서의 실제의 저산 노광량에 근거하여 보정되어 있기 때문에, 얻어지는 적산 노광량은 목표 적산노광량(설정노광량)(S0)에 가까운 것으로 된다.
한편, 상기 스텝(216)에 있어서의 판단이 부정된 경우, 즉 목표치 오차 ABS(Srst/S0-1)가 노광량 목표치 정밀도(At)이하인 때에는, 노광 조건을 바꿀 필요가 없기 때문에 직접 스텝(230)으로 이행하여, 다음 쇼트 영역에의 노광이 행하여진다. 그리고, 노광하는 쇼트 영역이 없어진 때에 본 루틴의 일련의 처리가 종료한다.
한편, 상기 스텝(218)에 있어서, 미세 조정량(TF)과 보정량(Tadd)와의 적(곱)이 (18)식의 범위내에 없는 때에는 스텝(210)으로 이행하여, 웨이퍼(W) 상의 1점당 노광 펄스수(N)을 차식의 (N´)에 변경한다. 또, 평균 펄스 에너지(p´)(16)식으로 구해지는 실제의 평균 펄스 에너지이다.
[수학식 19]
N´=cint(S0/p´)……(19)
그리고, 다음 스텝(221)에서는 보정 후의 노광 펄스수(N´)가, 필요 최소노광 펄스수(Nmin.)인지 어떤지를 판정하여, 상기 판단이 부정된 경우, 즉 N´이 Nmin.보다 작은 때에는 스텝(222)에서 에너지 미세 변조기(21)를 리세트하여, 미세 조정량(TF)을 중앙치(T0)로 설정한 후, 도19의 스텝(205)로 되돌아가 N´Nmin.이 되도록 에너지 감쇠기(20)의 제조량을 조정한 후, 스텝(202)로 되돌아간다.
한편, 스텝(221)의 판단이 긍정된 경우, 즉 N´Nmin.이 성립할 때에는, 스텝(223)에 이행하여 보정후의 예상되는 적산 노광량(N´·p´)의 목표 적사 노광량(S0)에 대하여 오차인 목표치 오차가 상술의 노광량 목표치 정밀도(At)보다 큰지 아닌지를 차식에 근거하여 판단한다.
[수학식 20]
ABS(N´·p´/S0-1)At……(20)
그리고, 상기 판단이 긍정된 경우, 즉 목표치 오차가 노광 량 목표치 정밀도(At)를 초과한 때에는, 스텝(224)으로 진행하여 필요한 노광량의 보정량을 산출한다. 구체적으로는 에너지 미세 변조기(21)에 있어서의 소조량(TF)가 다음의 (TF´)로 변한다.
[수학식 21]
TF´=TF·So/(N´·p´)……(21)
그리고, 다음 스텝(225)∼스텝(229)에 있어서, 상술한 스텝(209)∼스텝(213)과 같이 처리를 행한다. 즉, 스캔 속도를 최고속으로 한 상태로 새로운 노광 펄스수(N´)에 대응하는 레이저 발진 주파수 f를 산출하여, 이 산출한 f가 레이저 최대 발진 주파수(fmax.)이하이면 에너지 컨트롤러를 통해 상기 주파수에 레이저 발진 주파수를 변경함과 동시에, 스캔 속도를 최고속(Vmax.)로 설정하여, 산출한 f가 레이저 최대 발진 주파수(fmax.)를 초과하고 있으면, 레이저 발진 주파수를 레이저 최대 발진 주파수(fmax.)로 변경함과 동시에, fmax. 및 N´에 따른 스캔 속도 V를 설정한다. 그 후 동작은 스텝(230)으로 이행하여 다음 쇼트 영역의 노광에 행하여진다.
한편, 스텝(223)에 있어서의 판단이 부정된 경우, 즉 예상되는 목표치 오차 ABS(N´·p´/S0-1)가 노광량 목표치 정밀도 (At)이하인 경우는, 에너지 미세 변조기(21)의 설정은 바꿀 필요가 없기 때문에, 직접 스텝(225)이하로 이행하여, 상기와 같이하여 레이저발진 주파수, 스캔 속도의 설정이 행하여져, 그 후 스텝(230)으로 이행하고 다음의 쇼트 영역의 노광이 행하여진다.
상기와 같이 도 9 및 도 10에 도시되는 플로우 챠트에 따른 노광량 제어 시퀀스에 의하면, 스텝(215∼230)(스텝 222은 제외)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상의 쇼트 사이의 노광량 안정성을 얻기 위해서, 각각의 쇼트 영역에의 노광의 사이에 인테그레이터 센서(46) 출력에 근거하여 적산 노광량이 데이터(러닝 원도우 데이터)를 취득하여, 그 결과 직전에 쇼트의 평균 전산 노광량이 허가치외 일때는 직전의 노광한 쇼트 영역에서 계측된 적산 노광량에 근거하여 에너지 미세 변조기(21)에 있어서의 변조량(TF)를 조정하여 펄스 에너지의 보정이 행하여지는 것으로부터, 각 쇼트에의 적산 노광량을 정확하게 목표 적산 노광량에 근접할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 의하면, 고감도 레지스트가 도포된 1개의 웨이퍼(W)의 노광(이 경우, 스캔 최고속에서 주사 노광이 행하여진다)의 도중에 레이저 광원(16)의 평균 파워가 크게 변동, 즉 1펄스 분에 상당하는 부분의 파워 변동이 발생하여, 미세 변조기(21)의 미세 변조 타이밍외로 된 경우(스텝 218의 판단이 부정되는 경우)에, 전하전과 동일한 노광량을 얻기 위하여, 스텝(220)에서 웨이퍼상의 1점의 노광 펄스수가 변경되고, 예를 들면 펄스수(N)→(N+1)으로 되는 변경이 산출된 때에 있어서도, 스텝(225)에 있어서 레이저 광원(16)의 발진 주파수 f가 전의 쇼트의 (N+1)/N배로 설정되기 때문에, 결과적으로 스캔 속도를 변경하지 않고, 원하는 노광을 얻을 수 있다. 따라서, 이러한 경우라도 노광 시간의 증대가 없고, 스루풋(through put)을 유지할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같은 노광량 제어는, 다음에 실제로 스텝(202)와 같이 엑시머 레이저 광원(16)으로부터의 레이저빔의 평균 펄스 에어니즐 계측하기(이것을 「에너지체크」라고 칭함)까지 반복한다. 단지, 스텝(221)→스텝(222)→스텝(205)의 흘름에 의하여 에너지 감쇠기(20)에 있어서 제조량(TR)을 변경할 때에는, 스텝(202)에서 에너지 체크가 행하여지지만, 이와 같이 쇼트영역에의 노광 사이에 에너지 감쇠기(20)에 있어서의 제조량(TR)을 변경하는 빈도는 상당히 낮은 것이다. 또한 통상의 에너지 체크는 웨이퍼를 교환할 때마다. 또는 웨이퍼의 로트를 교환할 때 마다등의 간격으로 행하여진다. 다라서, 예를 들면 1개의 웨이퍼의 노광 사이에서는 통상 에너지 체크를 행할 필요가 없고, 노광 공정의 스루풋(단위 시간당 웨이퍼의 처리 매수)은 이러한 점에 있어서도 높게 유지되어 있다.
또한, 스텝(215)에서는 (15)식에서 M개의 적산 노광량(Sj)(j=1∼M)의 전체의 평균 Srst를 산출하고 있지만, 이것을 대신하여 종료까지 m개(mM)의 적산 노광량(Sj)의 평균치(Srst´)를 이용해도 된다. 이것에 의해, 에너지 레이저 광원(16)의 의해 단기적인 출력에 대응한 노광 제어를 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 제2실시 형태로서는 ,펄스 에너지 감쇠기(20) 및 에너지 미세 변조기(21)가 사용되어 있지만, 이것에 한정되지 않고 상술한 제1실시 형태와 같이 엑시머 레이저 광원(16)의 전력(인가전력)을 제어하도록 해도 좋은 것은 물론이다. 상기의 경우, 예를 들면 에너지 미세 변조기(21)의 초기 상태에서의 미세 조정량(투과율)(T0)에 근거하는 (1-T0)분의 에너지 손실이 없게 되기 때문에 전체로서 에너지의 이용 효율이 향상한다.
또한, 상기 실시 형태에서는 스텝(216, 217)에 나타나는 바와 같은 적산 노광량의 평균치(Srst)가 허용치를 초관한 때에 노광량을 보정하고 있지만, 평균치(Srst)가 허용치 이내인 경우에도, 각 쇼트 영역에의 노광마다에 연속하여 그 평균치(Srst) 데이터를 축적하여, 평균치(Srst)에 증가 또는 감소 경향이 있는 경우에는, 그 평균치(Srst)가 허용치를 초과하기 전에 미리 노광량을 보정하도록 해도 좋다. 이러한 예측 제어에 의해, 적산 노광량이 허용치외가 되는 쇼트 영역의 개수 감소하는 이점이 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 각 쇼트 영역의 노광 사이에 에너지 미세 변조기(21) 등을 통해 노광량의 변조를 행하고 있지만, 각 펄스 노광 사이에 그것까지가 부분적인 적산 노광량에 근거하여 에너지 미세 변조기(21) 등을 통해 노광량을 변조해도 된다. 이것에 의해, 각 쇼트 영역에서의 적산 노광량을 보다 정확하게 목표 적산 노광량에 근접할 수 있다.
[제3실시 형태]
이하, 본 발명의 제3실시 형태를 도 11 내지 도 23에 근거하여 설명한다.
도 11에는, 본 발명과 관계되는 제어 방법이 적용되는 제 3실시 형태와 관계되는 노광 장치(1110)가 나타나고 있다. 상기노광 장치(1110)는 이른바 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치이다.
도 11에 있어서, 광원으로서의 수은램프((301)로부터의 조명광(노광광) IL은 타원경(302)에 의해서 집광된다. 그 집광점 근접에 셔텨 제어 기구(305)에 의해 개폐되는 셔터(304)가 배치되어, 셔터(304)가 개방 상태인 경우, 그 조명광은 미러(303) 및 인풋 렌즈(306)를 통해 거의 평행광속로 변환된 후, 시야 조리개(307)에 도달한다. 시야 조리개(307) 후에, 출입 가능하게 감광수단으로서의 감광판(323)이 배치되어, 감광판(323)에 의해 시야 조리개(307)을 통과하여 조명광(IL)의 광량을 소정 범위내에서 단계적으로 변화시킬 수 있게 되고 있다. 이와 같이, 감광판(323)에 의하여 조명광(IL)의 광량을 조정 가능 상태로 한 것은, 감광 기판으로의 웨이퍼(W) 표면에 도포되는 레지스터 스트라이크 감도에 합쳐서 조명광(IL)의 광량을 조정하는 것에 의해, 스루풋을 유지할 수 있도록 위해서이다(이것에 관하여는, 후에 상술한다).
감광판(323)은 예를 들면 반사형 하프미러를 복수개 전환 가능하게 배치된 것에 의해 구성된, 각 하프미러의 광축에 대한 경사가 각각 전체로서 투과율을 소정의 투과율로 하도록 설정한다. 그리고, 구동 모터를 포함하는 구동 기구에서, 감광판(323)을 스텝 이동시키는 것에 의해, 조명광(IL)의 광량이 조정된다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)에 대한 조광량의 제어를 행하는 것은 노광량 제어계(320)이고, 노광량 제어계(320)가 구동 기구(324)의 동작을 제어 함과 동시에 샤터 제어 기구(305)의 동작도 제어한다. 또한 노광량 제어계(320)는 수은램프(301)용의 전원계(322)를 통해, 수은램프(301로 공급되는 전력을 제어한다.
시야 조리개(307)의 개구를 통과한 후, 감광판(323)에 의해서 광량이 조정된 조명광(IL)은 제1릴레이 렌즈(308)를 경유하여 2단의 플라이아이 렌즈군 내의 제1플라이아이 렌즈(309)에 입사한다. 제1플라이아이 렌즈(309)에 의한 복수의 광원상에서의 조명광은 제2릴레이 렌즈(312A)를 통해서 제2플라이아이 렌즈(314)에 인도된다. 여기에서, 제1플라이아이 렌즈(309)의 사출면, 즉 광원상의 형성면의 근접에 수단으로서의 광량 조리개(310)이 배치되고 있다. 광량 조리개(310)의 개구의 크기는 구동 기구(311)에 의한 임의의 크기에 조정할 수 있도록 되어 있다. 구동 기구(311)의 동작도 노광량 제어계(320)에 의해 제어된다. 본 실시 형태에서의 광량 조리개(310)의 개구의 크기를 조정하는 것에 의해, 제1플라이아이 렌즈(309)에서 제2플라이아이 렌즈(314)를 향하여 조명광(IL)의 광량을 연속적으로 조정할 수 있다.
도 12(A)에는 광량 조리개(310)의 일례가 도시되어 있다. 상기 도 12(A)에 있어서, 광량 조리개(310)은 홍채(虹彩) 조리개에서 구성되어 있다. 상기의 경우, 예를 들면 그 홍채 조리개주의의 레버(도시 생략)을 움직이게 하는 것에 의해, 도 12(B)에 도시되는 바와 같은, 그 홍채 조리개의 거의 원형의 개구의 크기가 연속적으로 조정될 수 있게 되어 있다.
도 11은 되돌아가, 근년 조명 광학계의 개구수(N.A.)를 조이는, 즉 조명 광학계의 개구수의 투명 광학계의 개구수에 대한 비의 값인 코히어런스 팩터(σ값)을 작게 하는 것에 의해, 소정의 패턴에 대하여 초점 심도를 향상시키는 기술이 개발되고 있다. 이와 같이 σ값을 작게 하는 때에는, 마스크로서의 레티클(R)을 조명하는 조명광(IL)의 조도가 감소한다. 본 실시 형태에서는, 이러한 조명광(IL)의 조도의 감소를 방지하는 수단으로서, 제2플라이아이 렌즈(314)의 입사면에서의 조명 영역의 크기를 조정하는 조정 기구가 설치되어 있다.
이 조정 기구는 제2릴레이 렌즈(312A)와 상기 제2릴레이 렌즈(312A) 보다 굴절력이 큰 별개의 제2릴레이 렌즈(312B)와 그들 2개의 제2릴레이 렌즈(312A, 312B)를 전환하는 교환 기구(313)로부터 구성되어 있다. 투영 노광 장치(1110) 전체의 동작을 통괄 제어하는 주제어계(319)에 의해 그 교환 구성(313)의 동작이 제어된다. 그리고, 통상의 σ값에서 조명을 행할 때에는, 교환 기구(313)을 통하여 제1플라이아이 렌즈(309)와 제2플라이아이 렌즈(314)와의 사이에 한쪽의 제2릴레이 렌즈(312A)가 배치되어, 그것에 의해 제2플라이아이 렌즈(314)의 입사면의 거의 전면이 조명광(IL)에 의해 조명된다. 한편 σ값을 작게하여(조명 광학계의 개구수를 조여)조명을 행할 때에는, 교환 기구(313)을 통하여 제1플라이아이 렌즈(309)와 제2플라이아이 렌즈(314)와의 사이에 다른 쪽의 제2릴레이 렌즈(312B)가 배치된다. 이것에 의해 제2플라이아이 렌즈(314)의 입사면의 중앙부가 부분적으로 조명광(IL)에서 조명된다. 따라서, σ값을 작게한 때에는, 제2플라이아이 렌즈(314)의 단계에서의 조명광의 조도가 높게 되기 때문에, σ값의 상관없이, 레티클(R) 및 웨이퍼(W) 상에서의 조명광으로서는 높은 조도를 얻는 것이 된다.
또, 본 실시 형태의 조정 기구는 변환 방식인지, 그 조정 기구을 제1플라이아이 렌즈(309)와 제2플라이아이 렌즈(314)의 사이에 배치된 줌 렌즈계와, 상기 줌 렌즈계의 변배(變倍)를 행한 변배 기구에서 구성해도 된다. 이와 같이 줌 렌즈계를사용하는 것에 의해, 제2플라이아이 렌즈(314)의 입사면에서의 조명 시야의 크기를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, σ값을 연속적으로 변화시킨 경우에도, 항상 레키클 및 웨이퍼상에서의 유지할 수 있는 이점이 있다.
상기 제2플라이아이 렌즈(314)는 각각 모자이크형에 렌즈 엘리먼트가 밀착하여 배치된 한 면이 평면상의 2개의 렌즈속(314 및 314b)를 가각의 평면부가 대향하도록 근접하여 배치한 것이다. 그리고, 이하에서는 제2플라이아이 렌즈(314)을 「모자이크형 플라이아이 렌즈 314」라고 칭한다.
도 13(a)에는 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 측면도가 도시되어 있다. 그 도 13(a)에 있어서, 조명 광학계의 광축 AX1에 따라서 각각 평면부 FB 및 FC가 간폭 σ으로 대향하도록 배치된 2개의 렌즈속(314a 및 314b)에서 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)가 구성되어 있다. 상기의 경우, 광원측의 제1렌즈속(314a)을 구성하는 각 렌즈 엘리먼트는 각각 입사면 FA 측에서 굴절력을 구비하여, 레티클측의 제2렌즈속(314b)을 구성하는 각 렌즈 엘리멘트는 각각 사출면 FD측에서 굴절력을 가진다.
또한, 제 1렌즈속(314a)에 광원측에서 입사하는 평행광속은 제2렌즈속(314b)의 사출면 FD상에 집광되어, 반대의 제2렌즈속(314b)에 레티클측에서 입사하는 평행광속은, 제1렌즈속(314a)의 입사면 FA상에 집광되도록, 각 렌즈 엘리멘트의 굴절력이 결정되어 있다. 즉, 제2렌즈속(314b)의 사출면 FD는, 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 초점면으로 되어 있고, 그 사출면 FD에 다수의 광원상이 형성된다. 따라서, 렌즈속(314a 및 314b)는 2개가 조합하여 시작하는 1개의 플라이아이 렌즈로 하여 기능한다.
또한, 도 13(a)∼(c)에 도시되는 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 2개의 렌즈속(314a, 314b)을 구성하는 렌즈 엘리멘트의 개수는 일례인 실제에는 필요하게 되어 조명분야의 균일성의 요구 정밀도에 따르는 그 렌즈 엘리멘트의 개수가 결정된다.
도 13(b)에는 동 도(a)의 BB선을 따라서 본 제1렌즈속(314a)의 정면도가 도시되며, 도 13(c)에는 동 도(a)의 CC선을 따라서 본 제2렌즈속(314b)의 정면도가 도시되어 있다. 도 13(b) 및 도 13(c)에서, 투영 노광 장치(1110)의 주사 노광시의 레티클의 주사 방향에 대응하는 방향을 X1 방향으로 하여 그 주사 방향으로 수직인 비주사 방향으로 대응하는 방향을 Y1 방향으로 하고 있다.
이 경우, 도 13(b)에 도시되는 바와 같이, 제1렌즈속(314a)는 X1 방향의 폭이 dx에서 Y1방향의 폭이 dy(dydx)의 가늘고 긴 직사격형의 단면 형상을 가지는 렌즈 엘리멘트(361)을 각각 Y1 방향으로 밀착하여 배열함에 의해 제1행(362A), 제2행(362B), 제3행(362C), …의 각 행의 렌즈군을 구성하여, 또한 기수번째의 제1행(362A), 제3행(362C), …의 렌즈군과 우수번째의 제2행(362B), 제4행(363D), …의 렌즈군과를 Y1방향으로 렌즈 엘리멘트의 폭 dy1/2정도 어긋나서 구성되어 있다.
본 실시 형태에서는 도 13(a)에 도시되는 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 이입사면, 측 제1렌즈 군(314a)의 입사면 FA가 레티클의 패턴면과 공역이고, 그 제1렌즈속(314a)을 구성하는 렌즈 엘리멘트(361)의 단면형상이 레티클사의 슬릿상의 조명 영역과 상이한 때에 가장 조명 효율이 높게 된다. 그곳에서, 렌즈 엘리멘트(361)의 단면형상의 X1 방향의 폭 dx와, Y1방향의 폭 dy와 비의 폭의 값에 거의 같게 설정되어 있다. 상기 때문에, 렌즈 에릴멘ㅌ(361)의 단면은 비주사 방향에 대응하는 Y1 방향에 가늘고 긴 직사각형으로 되어 있다. 예로서는, dx:dy=1:3정도로 설정된다.
또한, 도 13(c)에 도시되는 바와 같이, 제2렌즈속(314b)는 X1 방향의 폭 ex(=2·dx)에서 Y1방향의 폭 ey(=dy/2)의 거의 정방향으로 가까운 단면 형상을 가지는 렌즈 엘리멘트(365)를 각각 X1 방향으로 밀착하여 배열함에 의해, 제1열(366A), 제2열(366B), 제3열(366C), …의 각열의 렌즈군을 구성하여, 또는 기수번째의 제1열(366A), 제3열(366C), …의 렌트군과 우수번제의 제2열(366B), 제4열(366D), …의 렌즈군을 X1방향으로 렌즈 엘리멘트의 폭 ex의 1/2정도 어긋나서 구성되어 있다. 관련시켜, 제1렌즈속(314a)의 렌즈 엘린멘트(361)의 단면형사에 대하여, dx:dy=1:3 정도인 경우, 제2렌즈속(314b) 렌즈 엘리멘트(365)의 단면형상에 대하여, ex:ey=2:1.5=4:3 정도로 되어 렌즈 엘리멘트(365)의 단면형상은 거의 정방형상으로 된다.
이러한 배치에 있어서, 또한 제1렌즈속(314a)의 또는 렌즈 엘리멘트의 중심으로 제2렌즈속(314b)의 또는 렌즈 엘리멘트의 중심을 X1 방향, 및 Y1 방향에 관하여 합쳐서 둔다. 이것에 의해, 제1렌즈속(314a)을 구성하는 전체의 렌즈 엘리멘트(361)의 중심(363)과 제2렌즈속(314b)을 구성하는 전체의 렌즈 엘리멘트(365)의 중심(367)이 X1방향 및 Y1 방향에 관하여 같은 위치로 배치되어 있다.
여기에서, 2개의 렌즈속(314a, 314b)으로 구성되는 모자이크형 플라이아이렌즈(314)의 작용 등에 대하여 설명한다. 상기 모자이크형 플라아이아 렌즈(314)는 2단째의 플라이아이 렌즈이고, 상기 2단째의 플라이아이 렌즈(309)의 사출면상에서 광량 조리개(310)의 개구내의 형성하는 다수의 광원상의 상이다. 즉, 모자이크형 클라이아이 렌트(314)의 사출면의 형성하는 각각의 광원상은 다수의 미소한 광원상을 예를 들면 원형의 영역내에 같이 분포된 것으로 되어 있다.
따라서, 상기 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 사출면으로 형성되는 광원상을 도 13(B)에 도시되는 바와 같이, 제1렌즈속(314a)의 단면에 사영하여 얻어지는 광원상은 각 렌즈 엘리멘트(361)의 중심(363)을 중심으로하는 원형의 영역(364)내의 미소한 광원상을 분포시킨 것으로 한다. 그 원형의 영역(364)는 도 12에 도시되는 광량 조리개(310)의 개구의 형상과 상이하다. 그런데, 제1렌즈속(314a)의 각 렌즈 엘리멘트(361)의 단면형상은 가늘고 긴 직사각형이기 때문에, 특히 그 광량 조리개(310)의 개구를 크게 설정하면, 그 원형의 영역(364)이 각 렌즈 엘리멘트(361)의 단면에서는 추과한다. 따라서, 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)대신으로 그렌즈 엘리멘트(361)와 같은 단면형상의 렌즈 엘리멘트을 묶은 플라이아이 렌즈을 사용하면, 사출면에서 광원상의 이클립스(eclipse)가 발생하여 조명효과가 저하한다.
이것에 대하여, 본 실시 형태에서는 제1렌즈속(314a)의 직후에, 도 13(C)에 나타나는 바와 같이, 각각 거의 정방형의 단면 형성을 가져 렌즈 엘리멘트(365)에서 구성되는 제2렌즈속(314b)가 배치되어, 각 렌즈 엘리멘트(365)의 중심(367)을 중심으로 하는 원형의 영역(364)내에 분포하는 광원상이 형성된다. 이 경우 렌즈 엘리멘트(365)의 단면형상은 정방형에 가깝기 때문에 도 12의 광량 조리개(3100의 개구를 크게 설정한 때에는, 그 원형의 영역(364)은 거의 그 렌즈 엘리멘트(365)의 단면내에 들어가 있다. 따라서, 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 사출면에 형성된 다수의 광원상의 이클립스(ecliplse)가 작게되어, 조명효과가 개선되어 있다.그리고, 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 사출면에 형성되는 다수의 광원상으로부터의 조명광에서 중첩적으로 조명을 행하는 것에 의해, 레티클 및 웨이퍼 상에서의 조도 분포의 균일성은 매우 높게 되어 있다.
도 11로 되돌아가, 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 레티클측의 제2렌즈속(314b)에는 그 렌즈속(314b)을 광축 AX1에 수직인 방향으로 시프트시킴과 동시에, 그 렌즈속(314b)의 위로 돌림각(경사각)을 소정 범위내에서 조정하는 조정 기구(315)가 부착되어 있다. 본 실시 형태에서는, 조정기구(315)을 통하여 렌즈속(314b)의 시프트량, 및 위로 돌림각을 조정함에 의해, 조명광학계에 있어서 테렐센트릭(telecentric)성의 격차량의 보정이 행하여진다. 예를 들면, 수은램프(301)의 교환시, 또는 조명 조건의 전환시(통상 조명과 변형 조명과의 전황등)에 주제어계(319)가 조정기구(315)의 동작을 제어함에 의해, 자동적으로 그 텔레센트릭성의 보정을 행한다.
도 11에 있어서, 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)의 사출면의 근접으로 복수 종류의 개구 조리개가 배치된 개구 조리개판(316)이 설치되어 있다.
도 14에는, 그 개구 조리개판(316)의 일례가 도시되어 있다. 상기 도 14에 있어서, 개구 조리개판(316)상에는 거의 등각도 간폭으로, 통상의 원형 개구에서 이루어지는 개구 조리개(318A), 작은 원형 개구로 구성되어 코히어런스팩터인 σ값을 작게함에 의해 개구 조리개(318B), 윤대 조명용의 윤대형상의 개구 조리개(318C) 및 변형 조명용의 복수개의 개구를 광축에 대하여 편심 배치하여 구성되는 개구 조리개(318D)가 배치되어 있다. 상기 개구 조리개(316)를 회전시키는 것에 의해, 4개의 개구 조리개 내의 원하는 개구 조리개를 선택할 수 있다.
도 11로 되돌아가서, 주제어 시스템(319)이 구동 모터로 이루어진 조명 시스템용 조리개 구동기구(317)를 통해, 개구 조리개판(316)의 회전각(316)을 제어한다. 모자이크형 플라이아이 렌즈(314)로부터 사출된 후, 개구 조리개판(316)중에서 선택된 개구 조리개을 통과한 조면광(IL)은 투과율이 98% 정도의 빔스플리터(331)에 입사한다. 그리고, 빔스플리터(331)를 투과한 조명광(IL)이 제1릴레이렌즈(334)를 거쳐 2장의 가동 플레이트(335A, 335B)를 갖는 가동 블라인드(가변 시야 조리개)에 이르게 된다. 이하, 그 가동 블라인드를 「가동 블라인드(335A, 335B)」라 한다. 가동 블라인드(335A, 335B)의 배치면은 모자이크형 플라이아이렌즈(314)의 사출면의 프리에 변환면으로 되어 있다. 즉, 가동 블라인드(335A, 335B)의 배치면은 후술하는 레티클(R)의 패턴 형성면과 공역이다. 가동 블라인드(335A, 335B) 근처에 개구형상이 고정된 고정 블라인드(337)가 배치되어 있다.
고정 블라인드(337)는 예를 들면, 4개의 나이프엣지에 의해 직사각형의 개구를 둘러산 기구적인 시야 조리개이고, 그 직사각형의 개구에 의해 레티클(R)상에서의 슬릿형상의 조명영역의 형상이 규정된다. 즉, 가동 블라인드(335A, 335B) 및 고정 블라인드(337)에 의해 제어된 조명광(IL)이 제2릴레이 렌즈(338), 콘덴서 렌즈(339) 및미러(340)를 통해 레티클(R)상에 균일한 조도분포의 슬릿형상의 조명영역(341)을 형성한다.
이 경우, 고정 블라인드(337)의 배치면은 레티틀(R)의 패턴 형성면의 공역면에서 약간 디포커스 되어 있기 때문에 슬릿형상의 조명 영역(341)의 엣지부분의 조도문포가 소정의 구배를 갖고 변화된다. 또한, 가동 블라인드(335A, 335B)는 주사노광의 개시시 및 종료시에 슬릿형상의 조명 영역이 레티클(R)상의 노광하지 않는 영역에 걸리는 것을 방지하는 등의 역할을 다한다. 그 때문에 가동 블라인드(335A, 335B)는 각각 슬라이드 기구(336A, 336B)에 의해 개폐되도록 지지되어 있다. 슬라이드 기구(336A, 336B)가 가동 블라인드 구동기구를 구성하고, 가동 블라인드 구동기구의 동작은 스테이지 제어 시스템(346)에 의해 제어된다.
레티클(R)상의 조명 영역(341)내의 패턴상의 투영광학 시스템 PL을 통해 투영배율 β(β는 예를 들면, 1/4 또는 1/5 등)로 웨이퍼(W)상의 슬릿형상의 노광영역(347)(레티클 R상의 조명 영역(341)과 공역인 웨이퍼(W)에 투영된다. 여기서 투영광학 시스템(PL)의 광축에 평행하게 Z축을 취하고, Z축에 수직인 평면내에서 주사노광시의 레티클(R) 및 웨이퍼(W)의 주사방향으로 평행하게 X축을 취하고, Z축에 수직인 평면내에서 Z축에 수직인 방향(비주사 방향)으로 Y축을 취한다.
레니클(R)은 레티클 베이스(343)상을 X방향으로 활주운동 가능한 주사 스테이지(342)상에 유지된다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼(W)를 X방향으로 주사함과 동시에 Y방향에 위치결정하는 웨이퍼 스테이지(348)상에는 웨이퍼(W)를 Z방향에 위치결정하는 도시하지 않은 Z스테이지 등도 내장되어 있다.
주사 스테이지(342)는 도시하지 않은 정압공기 베어링을 통해 레티클 베이스(343)에 지지되어 있고, 도시하지 않은 리니어 모터 등으로 구성된 구동 시스템에 의해 X방향으로 구동되도록 되어 있다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지(348)는 도시하지 않은 베이스상에 정압 공기 베어링을 통해 지지되어 있고, 도시하지 않은 리니어 모터 등으로 구성된 구동 시스템에 의해 XY 2차원 방향으로 구동되도록 되어 있다. 실시예에서는 이들의 구동 시스템을 통해 주사 스테이지(342), 웨이퍼 스테이지(348)의 동작이 스테에지 제어 시스템(346)에 의해 제어되어 있다. 또한 주사 스ㅊ테이지(342), 웨이퍼 스테이지(348)의 구동 시스템을 불나사와 이것을 회전 구동하는 로터리, 모터에 의해 구성하여도 무방하다.
주사 노광시에는 스테이지 제어 시스템(346)은 조명 영역(341)에 대해 +X 방향(또는 -X방향)에 소정속도(Vr)로 레티클(R)을 유지하는 주사 스테이지(342)을 도시하지 않은 구동 시스템을 거쳐 주사하는 것과 동기하여 도시하지 않은 구동 시스템을 통해 웨이퍼 스테이지(348)를 주사함으로써, 웨이퍼(W)상의 소정의 쇼트 영영을 노광영역(347)에 대해 -X방향(또는 +X 방향)으로 속도 VW=(-β·Vr)로 주사한다. 이것에 의해, 그 쇼트 영역상에 레티클(R)의 패턴이 순차 전사 노광된다. 또한, 스테이지 제어 시스템(346)은 주사노광중에 슬라이드 구성(336A, 336B)을 통해, 가동 블라인드(335A, 335B)의 위치를 제어한다. 이 경우의 제어 방법에 관해 도 16을 참조하여 설명한다.
먼저, 주사노광의 개시 직후에는 도 16(A)에 도시된 바와 같이, 레티클(R)의 패턴영역(387)을 둘러싼 차광대(388)에 대해, 도11의 고정 블라인드(337)의 개구의 상(337R)이 외측으로 나와 있다. 그래서, 불필요한 부분으로의 노광을 피하기 위해, 도 11의 가동 블라인드(335B)의 위치를 이동시키어, 가동 블라인드(335A, 335B)의 상(335R)이 한쪽 방향의 엣지(335Ra)를 차광대(388)내에 넣어 둔다. 그후, 도 16B에 도시된 바와 같이 고정 블라인드(337)의 상(337R)이 주사방향으로 패턴영역(387)내에 들어 있을 때에는 가동 블라인드(335A, 335B)의 상(335R)을 그 상(337R)을 둘러쌓도록 설정된다. 그리고, 주사노광 종료시에는 도 16(C)에 도시된 바와 같이, 차광대(388)에 대해, 고정 블라인드(337)의 상(337R)이 외측으로 나왔을 때에는 도11의 가동 블라인드(335A)의 위치를 이동시키어, 가동 블라인드(335A, 335B)의 상(335R)의 다른쪽 엣지(335Rb)를 차광대(388)내에 넣어 둔다. 상기와 같은 동작에 의해 레티클(R)상의 슬릿형상의 조명 영역(241)이 차광대(388)의 외측으로 나오는 것이 방지되고, 웨이퍼(W) 상으로의 불필요한 패턴의 노광이 방지된다. 또, 본 실시예에서는 가동 블라인드(335A, 335B)의 후술하는 바와 같이 셔터(304)의 개방상태에서 레티클(R)측으로의 노광광을 완전히 차광할 필요가 있는 경우에도 상용된다.
도 11로 돌아가서, 웨이퍼 스테이지(348)상의 웨이퍼(W)의 근처에 웨이퍼(W)의 노광면과 같은 높이의 수광면을 갖는 광전 검출기로 구성된 조도 얼룩 센서(349)가 설치되고, 조도 얼룩 센서(349)에서 출력된 검출 신호가 주제어 시스템(319)에 공급되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(348)상에 레티클 얼라이먼트 등을 행할 때에 사용되는 기준마크판(350)이 설치되고, 상기의 기준마크판(350)상에 개구패턴으로 이루어진 기준마트(350a)가 형성되고, 레티클(R) 상에도 대응하도록 얼라이먼트 마크가 형성되어 있다. 예를 들면 레티클(R)을 교환했을 때에는 기준마크(350)를 투영 광학 시스템 PL의 유효노광 필드내로 이동시키고, 기준마크판(350)의 기준마크(350a)를 저면측에서 광원(351)에 조명광(IL)과 같은 파장대의 조명광에 의해 조명한다. 상기의 조명광을 토대로, 레티클(R)의 상방향의 미러(345)를 통해 레티클 얼라이먼트 현미경(344)에 의해, 기준마크(350a) 및 레티클(R)상의 얼라이먼크 마크의 상을 관찰한다. 그리고, 상기의 관찰 결과에 의해, 기준마크판(350)에 대한 레티클(R)의 위치맞춤을 행한다.
또한, 기준마크판(350)상에는 포커스·캘리브레이션용 기준마크도 형성되고, 이 기준마크의 저부에 검출 시스템이 배치되어 있다.
도 15(A)에는 상기 포커스·캘리브레이션용 기준마크 및 검출 시스템이 도시되어 있다. 상기의 도 15(A)에 있어서, 기준마크판(350)상의 차광막중에 예를 들면, 十자형의 개구 패턴으로 이루어진 기준마크(350b)가 형성되고, 상기의 기준마크(350b)의 저부에 검출 시스템(354)이 배치되어 있다. 상기의 기준마크(350b)를 이용하여, 다음과 같이 투영 광학 시스템(PL)의 결상면의 위치가 구해진다. 즉, 그 검출 시스템(354)에 있어서, 광파이버(381)를 통해 웨이퍼 스테이지(348)의 내부에 도 11의 조명광(IL)과 같은 파장대의 조명광을 안내하고, 상기의 조명광에 의해 콜리메이터 렌지(382), 하프미러(383) 및 집광렌즈(383)를 통해 기준마크(350b)를 통과한 조명광이 투영광학 시스템(PL)을 통해 레티클(R)의 패턴 형성면에 기준마크(350b)의 상을 결상하고, 상기의 패턴 형성면에서의 반사광이 투영 광학 시스템(PL)을 통해 기준마크(350b)로 복귀한다. 그리고, 기준마크(250b)를 통과한 조명광이 검출 시스템(354)내에서 집광 렌즈(384), 하프미러(383) 및 집광렌즈(385)를 거쳐 광전검출기(386)에 입사된다.
광전검출기(386)의 검출 신호(광전 변환신호)(S6)는 도 11의 주제어 시스템(319)에 공급된다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지(348)내의 Z스테이지를 구동하여, 기준마크(350b)의 Z방향의 위치를 변화시키면, 도 15(B)에 도시된 바와 같이, 검출 신호(S6)은 기준마크(350b)의 Z좌표가 투영 광학 시스템(PL)의 결상면의 위치에 합치되었을 때에 피크로 되도록 변화된다. 따라서, 검출 신호(S6)의 변화에 의해 투영 광학 시스템(PL)의 결상면의 위치를 구할 수 있고, 그 이후는 그 위치에 웨이퍼(W)의 노광면을 설정함으로써, 양호한 상태로 노광이 행해진다. 따라서, 그 기준마크판(350)의 기준마크(350b)를 이용함으로써, 투영 광학 시스템(PL)의 결상면의 위치의 캘리브레이션(포커스·캘리브레이션)이 행해진다.
도 11로 되돌리어, 투과율이 98%정도의 스플리터(331)에서 반사된 누설광이 집광렌즈(332)를 거쳐 광전 검출기로 이루어진 광량 센서로서의 인테그레이터 센서(333)의 수광면에 집광되어 있다. 인테그레이터 센서(333)의 수광면은 레티클(R)의 패턴 형성면 및 웨이퍼(W)의 노광면과 공역이며, 인테그레이터 센서(333)의 검출 신호(광전 변환시호)가 노광량 제어 시스템(320)에 공급되어 있다. 그 검출 신호는 노광량 제어 시스템(320)을 통해 수은램프(301)용 전원 시스템(322)에도 공급되어 있다.
노광량 제어 시스템(320)에는 메모리(321)가 접속되고, 메모리(321)내에 인테그레이터 센서(333)의 출력신호로부터 웨이퍼(W)상에서의 노광 에너지를 구하기 위한 변환 계수 등이 격납되어 있다. 단, 본 실시예에서는 인테그레이터 센서(333)의 출력신호는 예를 들면, 소정의 기준 조도계를 이용하여 교정되고, 상기의 교정결과에 의거하여, 인테그레이터 센서(333)의 출력신호를 보정하기 위한 보정계수도 메모리(321)내에 기억되어 있다.
인테그레이터 센서(333)의 수광면은 레티클 패턴면과 공역인 위치에 배치되어 있고, 이것에 의해, 개구 조리개판(316)을 회전시키어 개구 조리개의 형상을 바꾼 경우에도, 인테그레이터 센서(333)의 검출 신호에 오차가 생기지 않도록 되어있다. 단, 인테그레이터 센서(333)의 수광면을 투영 광학 시스템(PL)에 있어서의 레티클 패턴의 푸리에 변환면(경면)과 실질적으로 공역인 관찰면에 배치하여, 상기 관찰면을 통과하는 전광속을 수광가능하도록 하여도 관계없다.
또한, 본 실시 형태에서는 투과율이 98%정도의 빔 스플릿터(331)에 관하여 인테그레이터 센서(333)와 반대측에, 집광렌즈(352) 및 광전 검출기로 구성된 반사율 모니터(353)가 설치되고, 집광렌즈(352)에 의해 반사율 모니터(353)의 수광면은 웨이퍼(W)의 표면과 거의 공역으로 되어 있다. 이 경우, 레티클(R)을 투과하여 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W) 상에 조사되는 조명광 내에서, 웨이퍼(W)에서의 반사광이 투영광학계(PL), 레티클(R) 등을 통해 반사율 모니터(353)에서 수광하고, 이 검출 신호(광전 변환 신호)가 주제어계(319)에 공급된다. 주제어계(319)에서는 레티클(R)측에 조사되는 조명광(1L)의 광량 및 반사율 모니터(353)의 검출 신호로부터 산출되는 웨이퍼(W)에서의 반사광의 광량에 의거하여, 투영광학계(PL)를 통과하는 조명광의 광량(파워)를 구한다. 다시, 이렇게 구해진 광량에 노광 시간을 곱해서 얻어지는 열 에너지에 의거하여 주제어계(319)는 투영 광학계(PL)의 열팽창량을 예측하고, 이 예측된 열팽창얄에 의한 투영 광학계(PL)의 디스토션등의 결상 특성의 변화량을 구한다. 그리고, 주제어계(319)는 투영 광학계(PL)에 접속된 도시되지 않은 보정 기구를 통해 투영 광학계의 결상 특성을 보정한다.
이어서 본 실시 형태의 조도 제어 기구내의 노광량 제어기구에 대해 상세히 설명한다.
도 17에는 노광징치(1110)의 노광량 제어 기구의 요부가 도시되어 있다. 이 도 17에서 전치(前置) 증폭기(프리앰프)(371), 디지탈/아날로그(D/A) 변환기(372), 및 설정부(373)로 노광량 제어계(320)가 구성되어 있다. 그리고 인터그래이터 센서(333)에서의 검출 신호가 증폭기(371)를 통해 조명광의 조도에 대응하는 조도 검출 신호(S1)로 되고, 조도 검출 신호(S1)가 소정의 높은 샘플링 주파수로 D/A변환기(372)를 통해 설정부(373)내에 에워싸여 있다. 설정부(373)에는 주제어계(319)로부터 웨이퍼(W)에 대한 목표 적산 노광량의 정보도 공급된다. 다시 설정부(373)에 접속된 메모리(321)에, 이미 서술한 바와 같이 조도 검출 신호(S1)의 값으로부터 웨이퍼(W)상에서의 실제 노광량(단위 시간당 노광 에너지)를 구하기 위한 환산계수 등이 기억되어 있고, 설정부(373)에서는 조도 검출 신호(S1)로부터 웨이퍼(W)상에서의 노광량을 인식할 수 있도록 구성되어 있다.
설정부(373)에서는 주사노광 개시전에 그 목표 적산 노광량을 얻기 위한 조건을 설정한다. 도 11에서 수은램프(301)의 출력파워를 (p), 감광판(323)에서의 투과율을(q1), 광량 조리개(310)에서의 투과율을 (q2)로 하면, 개구 조리개의 형상에 따라 변화하는 계수(k)를 이용하여 웨이퍼(W)상에서의 노광량(e)은 다음과 같이 나타내어진다.
e=k·p·q1·q2……(104)
또한, 웨이퍼(W) 상에서의 슬릿 형상의 노광 영역(47) 주사방향 폭을 (D)로 하고 웨이퍼 스테이지(48)의 주사노광시의 X방향으로의 주사 속도를 (Vw)로 하면 웨이퍼(W) 상에서의 적산 노광량(ΣE)은 (104)식을 이용하여 다음과 같이 된다.
ΣE=e·(D/Vw)=k·p·q1·q2·(D/Vw)……(105)
이 경우, 노광 영역(347)의 주사 방향의 폭(D)이 고정되어 있는 것으로 하면, 적산 노광량(ΣE)을 소정의 목표 적산 노광량(ΣE0)으로 제어하기 위해서는 수은램프(301)의 파워출력(p), 감광판(323)에서의 투과율(q1), 광량 조리개(310)에서의 투과율(q2), 또는 웨이퍼 스테이지(348)의 주사 속도(Vw)의 어느 하나, 또는 이들 내의 복수개를 동시에 조정하며 된다. 그런데 도17에서 적산 노광량(ΣE)을 소정의 목표 적산 노광량(ΣE0)에 수렵시키기 위해 설정부(373)는 전원계(322)에 수은램프(301)의 목표 출력 파워에 대응하는 목표 조도 신호(S2)를 공급하고, 도 11의 구동 기구(324)를 통해 감광판(323)의 투과율(q1)을 설정하고, 구동 기구(311)를 통해 광량 조리개(310)에서의 투과율(q2)을 설정하고, 스테이지 제어계(346)를 통해 웨이퍼 스테이지(348)의 주사 속도(Vw)를 설정한다. 이 경우, 투영 광학계(PL)의 레티클(R)로부터 웨이퍼(W)로의 투영 배율을 (β)로 하면 레티클 스테이지(342)의 주사 속도(Vr)는 - Vw/β가 된다.
또한, 설정부(373)에서는 주사 노광중에, 예를 들면 고속으로 샘플링되는 조도 검출 신호(S1)의 소정 복수개어 계측값의 평균값에 의거하여 웨이퍼(W) 상에서의 실제의 노광량을 산출하고, 이산출 결과가 목표가 되는 노광량이 되도록 목표 조도 신호(S2)의 값을 보정한다. 이와 같이 인테그레이터 센서(333)의 검출 결과에 의거하여 웨이퍼(W) 상에서의 조도가 일정해지도록 수은램프(301)의 발광파워를 피드백 제어하는 모드를 정조도(定照度) 제어 모드라 부른다.
이 밖에 수은래프(301)에 부여하는 전력을 일정값으로 고정하는 정전력 제어모드도 있지만, 이 정전력 제어 모드는 실제이 주사 노광중에는 거의 사용되지 않는다.
도 17에서 전원계(322)에는 각각 목표 조도 신호(S2), 조도 검출 신호(S1)가 공급되고 있다. 이 전원계(322)에서는 조도 검출 신호(S1)가 목표 조도 신호(S2)가 되도록 수은램프(301)를 점등하기 위한 전력(전압)을 조정한다. 그 수은램프(301)의 발광파워에 따른 광전 변환 신호가 인테그레이터 센서(333)로부터 출력된다.
그런데, 감광판(323)의 반사형 미러에 대하여, 이것은 예를 들면 유리기판에 유전체 다층막을 코팅한 것이다. 따라서 노광광이 조사됨으로써 감광판(323)의 막 특성은 경시적으로 변화되는 경우가 있으며 이 변화는 감광율의 변화를 초래하여 노광량 제어상에서 단점이다. 또한 막 특성 변화이외에도 표면이 공기중 가스성분의 석출에 의해 흐려지는 경우가 있으며, 마찬가지로 감광율의 변화를 일으킨다. 그런데 정기적을 복수의 감광판(323)의 감광율을 계측한다. 본 실시 형태에서는 감광판(323)은 출납 가능한 구성으로 되어 있으므로 수은램프(301)를 점등하여 조도가 안정된 후에 감광판(323)을 출납하고, 출납하기 전후에서의 인테그레이터 센서(333)의 출력값을 비교하여 감광율을 계산한다. 본 실시 형태에서는 감광판(323)은 출납 가능한 구성인데, 리볼버 등으로 회전식 전환 방식을 취하는 경우에는 자주 밸런서로서 순순한 유리를 넣는 경우가 있으며 그 때에는 순수한 유리와 감광판에서의 인테그레이터 센서(333) 출력값을 비교하게 된다.
감광율의 계측시에는 수은램프(301)의 조도 흔들림이 문제가 되는데 이것은 적당한 평균화를 행하는 것으로 대처한다.
복수의 감광판(323)의 각각의 감광율(투과율)은 장수를 n장(100% 투과는 제외함)로 하면 광량 조건의 구건을 (n+1)의 구간으로 등비급수적으로 분할할 수 있도록 설정된다.
즉, 투과율을 1∼rmin.로 하면 각 투과율은,
rmin.(1/(n+1)), rmin.(2/(n+1)), rmin.(3/(n+1)), …, rmin.(n/(n+1))
로 되도록 설정되어 있다.
광량 조리개(310)의 개구지름의 조정은 오픈제어로 행한다. 우선, 수은램프(301)를 점등하여 조도가 안정된 후에 개구지름에 대하여 모두 열렸을 때부터의 광량 변화율을 인테그레이터 센서(333)를 이용하여 계측하고(도 18(A)참조), 도 18(B)로 나타내는 제어 맵을 작성한다. 이 제어 맵은 감광율(투과율)에 대한 개구지름을 결정하는데 이용된다. 실제로는 광량 조리개(310)는 엔코더등으로 개구지름의 제어를 행하기 때문에 감광율에 대한 엔코더 읽기 값으로서 제어 맵은 작성된다. 임의의 개구지름에서의 감광율 계측에 대해서는 감광판(323)의 경우와 마찬가지로 계측데이터의 평균화를 행한다. 계측은 이산적인 계측이 되기 때문에 맵 작성에서는 선형보간을 행하는데, 광량 조리개의 구성에 따라서는 충분히 선형성이 보증되지 않는 경우가 있기 때문에 그 경우에는 보다 고차의 보간을 행하여 맵을 작성한다.
이어서, 수은램프(301)의 출력파워의 조정에 대해 설명한다. 수은램프 점등에서 전력값과 조도 사이에는 리니어 관계가 있다. 그 때문에 램프 자체는 열화에 의해 최대 전력값에서의 조도가 저하되어 가는데, 전력값과 조도간의 선형성은 보존되기 때문에, 최대 광량(Pmax.)이 결정되면 램프의 제어 범위내에서 일의적으로 임의의 조도값에 대한 전력값이 결정된다(단, Pmax의 계측은 정전력 점등 상태에서 행해진다.).
구동전력값을(Q), 최대 전력값을(Qmax.), 최소 전력값을 (Qmin.), 기울기를 m으로 하면,
P=m·Q+b……(106)
Pmax.=m·Qmax.+b……(107)
Pmin.=m·Qmin.+b……(108)
이 성립된다. 여기에서 b는 오프 세트량이다. m은 다음의 관계를 만족시킨다.
m=(Pmax.-Pmin.)/(Qmax.-Qmin.)
또한 오프 세트량(b)는 정전력 제어시의 램프의 조도 흔들림 폭과 비교하여 무시할 수 있는 경우에는 전력값이(Qmax.), 조도가(Pmax.)인 경우로부터 기울기(m)를 계산한다.
램프 광량을 최대 광량(Pmax.)을 이용하여 표기하면 다음과 같이 나타내어진다.
P=Pmax.·tL……(109)
여기에서 (tL)는 램프에 공급 가능한 전력값으로 결정할 수 있는 인자이며 전력값과 리니어 관계에 있다.
오프 세트량(b)을 무시할 수 있는 것으로서 식(109)로 전력을 계산하면,
Q=Pmax.·tL/m……(110)
이 된다.
상기와 같이, 수은램프(1)의 전력값에 대해 그 전력값은 리니어 관계에 있기 때문에, 리니어리티를 이용한다. 즉, 램프의 출력파워(p)는 전력치(Q)의 1차관수로 되어 있기 때문에, 최대 전력치(Qmax.)과 최소 전력치(Qmin.)에서의 출력파워를 인테그레이터 센서(333)로 계측하고, 그 기울기(m)와 절편(b)을 구한다. 여기에서도 흔들림 제거의 데이터의 평균화는 행해진다. 계측시에는 광량 조리개(310)는 최대 개구로 되어 있다. 출력파워를 전력치의 1차 함수로 기술할 수 있었던 시점에서, 최대 축력치로 값을 정규화하고, 최대출력에 대한 출력비로 기술한다. 다시 역함수를 구하고 출력비로부터 축력치를 지정할 수 있도록 해둔다.
여기에서 램프의 출력파워를 1차함수로 기술할 수 있는 이유는 1차함수로 부터의 어긋남인 고차 성분의 오차는, 정조도 제어시에 충분히 수정 가능한 양이기 때문이다.
단, 수은램프(301)의 출력은 램프의 전극 열화 등의 요인으로 감쇠하기 때문에 최대 축력치는 일정한 빈도로 반복하여 계측할 필요가 있다.
이어서 본 실시 형태에서의 노광량 조절 방법에 대해 그 원리를 포함하여 상세하게 설명한다.
수은램프(301)의 출력파워를(p), 감광판(323)의 투과율을(q1), 광량 조리개(310)투과율을 (q2)로 하면 조명계의 개구조리개의 형상에 따라 변화하는 계수(k)를 이용하여 웨이퍼(W)상에서의 노광량(e)의 상기와 같은 다음 식과 같이 나타난다.
e=k·p·q1·q2……(111)
또, 웨이퍼(W) 상에서의 슬릿 형상 노광 영역의 주사 방향의 폭을 D, 웨이퍼 스테이지의 주사 노광시의 주사 속도를 (VW)로 하면 웨이퍼(W) 상에서의 적산 노광량(ΣE)은 (111)식을 이용하여 다음과 같다.
ΣE=e·(D/VW)=k·p·q1·q2·(D/VW)……(112)
여기에서 (pL, q2)는 연속적으로 조정 가능하며 보다 파인한 노광량 조정이 가능해진다. 상기 식은 슬릿 노광 영역에서의 조도 분포가 직사각형에 근사할 수 있는 경우에 성립하는 관게이다.
설명을 간단히 하기 위해 웨이퍼(W) 상의 슬릿폭(D)이 고정인 경우 램프의 최대 광량을 (Pmax.)로 하면, 감광율의 파라미터(r)를 이용하여 적산 노광량(ΣE)은 식(112)로부터 다음과 같이 나타낸다.
……(113)
(113)식에 의하면 레지스트 감도에 따라 적산 노광량을 조절하는 수단을 주사속도와 그 밖의 수단으로 분리하여 생각한 경우에, 도 28에 도시하는 바와 같이 대응하는 레지스트 감도를 조절수단에 의해두개의 영역으로 분리할 수 있다. 즉, 주사 속도(Vw)로 조절하는 저감도 영역과, 감광수단에 대해 조정하는 고감도 영역 두개이다.
이 두개의 영역 경계는 레티클(R)패턴을 웨이퍼(W) 상에 전사할 수 있는 주사 속도(Vw)의 상한값 및 최대 광량(pmax.)으로 결정된다.
주사 속도는 연속으로 가변하기 때문에 저감도 영역에서는 레지스트 감도에 따른 노광량 조정을 파인하게 행하는 것이 가능하다. 따라서 저감도 영역에서는 본 실시 형태에서도 주사 속도(Vw)의 조정만으로 노광량 조정을 행한다.
한편, 고감도 영역에서는 감광수단에 의한 노광량 조정을 행하지만, 도 29와 같이 되면 처리량(throughput)의 저하를 초래하기 때문에 이와 같이 되지 않도록, 또한 레지스트 감도에 따라 노광량을 연속적으로 가변 조정할 수 있도록 연구가 행해지고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 투과율을 연속 가변 설정할 수 있는 광량 조리개(310)를 조명 광학계내에 설치하는 동시에, 수은램프(301)의 출력 그 자체를 노광량 제어계(20), 전원계(220에 의해 연속적인 값으로 조정 가능하다.
수은램프(301)의 출력(광량)의 파라미터(tL)룰 최대 광량(pmax.)을 이용하여 정규화하면, 상기한 바와 같이,
p=pmax.·tL……(109)
로 표기할 수 있고(tL는 램프에 공급 가능한 전력치에 의해 결정할 수 있는 인자이며, 전력치과 리니어 관계에 있다), 광량 조리개9310)에 의한 광량율을 (q2)로 하면 식(111), 식(112)은 이하와 같이 고쳐 쓸 수 있다.
e=k·pmax.·tL·q1·q2……(114)
ΣE=e·(D/Vw)=k·pmax.·tL·q1·q2·(D/Vw)……(115)
감광율의 파라미터(r)을 이용하면 식(115)은 간단하게 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
ΣE=e·(D/Vw)=k·pmax.·r·(D/Vw)……(116)
이와 같이 적산 노광량(ΣE)이 부여되면 그것에 대해 파라미터(r)와 웨이퍼 스테이지 스캔 속도(Vw)의 세트가 결정된다.
여기에서 노광량 제어계(320)를 구성하는 설정부(373)내 CPU의 광령조정 알고리즘을 나타내는 도 19의 순서도에 의거하여 본 실시 형태의 장치에서의 노광량 제어의 일례를 구체적으로 설명한다. 여기에서는 설명을 간단히 하기 위해 상기 파라미터(tL)의 조정범위는 1∼L0(L01), 감광판(323)은 2장, 따라서 (q1)이 1, n1및 n2(1n1n2)라는 세 개의 값을 취한다. 또, (q2)의 조정범위는 1∼S0(S01)으로 한다.
광량 조리개(310)의 조정 하한치(S0)는 다음의 이유로 결정된다. 광량 조리개(310)가 제1플라이아이 렌즈(309)의 사출면(射出面)에 배치되어 있기 대문에, 광량 조리개(310)의 개구 지름이 지나치게 작아지면 제2플라이아이 렌즈(314)에 사영(射影)되는 엘리멘트수가 적어지기 때문에 조도 균일화 효과가 적어져 조도의 얼룩이 악화될 우려가 있기 때문에 하한치를 설정할 필요가 있다.
또, 감광판(323)의 투과율은 식(113)에 최소 적산 노광량(ΣE) 및 최고속도(Vwmax.)를 대입 산출하여 얻어지는 파라미터(r)의 최소값(rmin.)으로 결정된다. 즉,
n1=rmin.(1/3)……(117)
n2=rmin.(2/3)……(118)
또, 파라미터(tL, q1, q2)의 조정범위는 다음의 부등식을 만족하도록 결정된다.
rmin.L0·S0·n2……(119)
또, 원하는 조명 조건에서 최대 조도를 계측함으로서 (K·pmax.)가 결정되어 있는 것으로 한다. 또한, 이 조도 계측시에는 셔터(304)를 필요 충분한 문 개폐로 행하고, 불필요하게 셔터(304)가 열려 있지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 조명 조건에 맞추어 최대 조도(k·pmax.)가 측정되었기 때문에 다음 식이 성립한다.
r=tL·q1·q2……(120)
도 19의 순서도가 스타트되는 것은 조작자에 의해 도시되지 않는 콘솔로부터 주제어계(319)에 목표 적산 노광량(ΣE0) 등이 입력되고, 주제어계(319)로부터 목표 적산 노광량(ΣE0)이 설정부 내에 입력되었을 때이다. 우선 스텝(402)에서 목표 적산 노광량(ΣE0)이 한계 적산노광량(ΣEc)보다 큰지(ΣE0≥ΣEc인지)의 여부를 판단한다. 여기에서 한계적산 노광량(ΣEc)이란 다음 식으로 결정되는 양이다.
ΣEc=pmax.×D/Vwmax.……(121)
그리고, 이 스텝(402)의 판단이 긍정된 경우에는 저감도 영역(r 1)이라고 판단하여 스텝(403)으로 진행하고, 주사 속도의 조정에 의한 노광량의 조정을 위한 주사 속도의 목표값(Vw0)을 산출한다. 이 스텝(403)에서의 연산은 다음 식에 의거하여 행해진다.
Vw0=pmax.×D/ΣE0……(122)
주사 속도의 목표값 연산후, 본 루틴의 처리를 종료한다. 이 경우 실제의 노광시에 최대 광량(pmax.)으로 주사 속도(Vw0)로 주사 노광이 행해진다.
한편, 스텝(402)에서의 판단이 부정된 경우는 고감도 영역(r1)이라고 판단하여 스텝(404)로 진행하고, (L0 r1)이 성립하는지의 여부를 판단한다. 여기에서 (r)은 다음 식으로 나타내는 감광율을 파라미터이다.(이하에서 동일)
r=ΣE0×Vwmax./(k·pmax.×D)……(123)
그리고, 스텝(404)에서의 판단이 긍정된 경우에는 스텝(405)으로 진행하고, 파라미터(tL=r, q1=1, q2=1)가 되도록 하여 광량을 조정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급 전력을 파라미터(tL=r)가 성립되도록 조정하고 감광판(323)을 노광광의 광로(光路)상으로부터 퇴피시킨 상태로 하고 광량 조기래의 개구율을 100%로 설정한다. 이 조정후 본 루틴의 처리를 종료한다.
한편, 스텝(404)에서의 판단이 부정된 경우는 스텝(406)으로 진행하고(L0·S0 rL0)이 성립하는지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 판단이 긍정된 경우에는 스텝(407)로 진행하고 파라미터(tL= L0, q1=1, q2=r/L0)가 되도록 하여 광량을 조정한다. 즉, 수은램프(301)의 공급전력을 최소값으로 조정하고, 감광판(323)을 노광광의 광로상으로부터 퇴피시킨 상태로 하며, 광량 조리개의 개구율을 감광율(투과율)이 (r/L0)이 되도록 조정한다. 이 조정후 본 루틴의 처리를 종료한다.
한편, 스텝(406)에서의 판단이 부정된 경우는 스텝(408)로 진행하고 (n1rL0·S0)가 성립하는지의 여부를 판단한다. 그리고 이 스텝(408)에서의 판단이 긍정된 경우에는 불연속 영역이라고 판단하여 스텝(409)로 진행한다.
여기에서 불연속 영역이란 노광광 조사에 의한 감광판(323) 투과율의 경시적인 저하가 진행되고, 고감도 영역내에서 주사 속도를 최고로 유지한 채로의 조건하에서는 파라미터(r)을 목표로 하는 값으로 하는 광량 조정이 불가능해지는 영역을 의미한다. 이 불연속 영역이 발생하는 이유는 본 실시 형태의 경우, 수은 램프(301)의 출력조정과 광량 조리개(310)의 개구 지름 조정에 의해 노강량을 연속적인 값으로 가변 조정하고 있는 것인데, 예를 들면 각각의 하한치의 곱보다 감광판(323)의 투과율이 낮아지면 그 갭 사이는 불연속적으로 광량이 변해버린다. 이 때 노광량 조정이 불가능한 노광량 영역이 존재하게 된다.
그런데, 불연속 영역에 대한 대처로서 스텝(409)에서는 그 불연속 영역에 대응하는 적산 노광량(ΣE0)의 지정에 대해, 수은램프(301)의 파라미터(tL=1), 감광판(323)의 파라미터(q1=n1), 광량 조리개의 파라미터(q2=1)와 같이 설정하는 동시에, 주사 속도의 목표값(Vw0=ΣE0/(pmax.×1×n1×1))이 되도록 설정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급전력을 최대값으로 조정하고, 투과율이 (n1)인 감광판(323)을 노광광의 광로상에 설치하고, 광량 조리개(310)의 개구율을 100%로 조정하는 동시에, 상기 주사 속도의 목표값(Vw0)을 연산하여 메모리(321)에 기억한다. 이와 같은 처리후, 본 루틴의 처리를 종료한다. 이 경우, 주사 속도(Vw0)로 주사 노광이 행해지고 지정된 적산 노광량(ΣE0)이 확보된다.
한편, 스텝(408)에서의 판단이 부정된 경우는 스텝(410)으로 진행하고 (n1·L0 rL0·S0)이 성립하는지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 판단이 긍정된 경우에는 스텝(411)로 진행하고 파라미터(tL= r/n1, q1=n1, q2=1)가 되도록 하여 노광량을 조정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급전력을(tL=r/n1)가 되도록 조정하고, 투과율이 (n1)인 감광판(323)을 노광광의 광로상에 설치하고, 광량 조리개(310)의 개구율을 100%로 설정한다. 이 조종후 본 루틴의 처리를 종료한다.
한편, 스텝(410)에서의 판단이 부정된 경우에는 스텝(412)로 진행하고 (L0·S0·n1 rL0·n1)가 성립하는지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 판단이 긍정된 경우에는 스텝(413)으로 진행하고 파라미터(tL= L0, q1=n1, q2=r/(L0·n1)이 되도록 하여 광량을 조정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급전력을 최소값으로 조정하고, 투과율이 (n1)인 감광판(323)을 노광광의 광로상에 설치하고, 광량 조리개9310)의 개구율을 감광율(투과율)이 (r/L0·n1)가 되도록 조정한다. 이 조정후 본 루틴의 처리를 종료한다.
한편, 스텝(412)에서의 판단이 부정된 경우에는 스텝(414)로 진행하고(n2rL0·S0·n1)가 성립하는지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 스텝(414)에서의 판단이 긍정된 경우에는 불연속 영역이라고 판단하여 스텝(415)로 진행한다. 스탭(415)에서는 불연속 영역에 대한 대처로서 그 불여속 영역에 대응하는 적산 노광량(ΣE0)의 지정에 대해 수은램프(301)의 파라미터(tL=1), 감광판(323)의 파라미터(q1=n2), 광량 조리개(310)의 파라미터(q2=1)가 되도록 설정하는 동시에, 주사 속도의 목표값(Vw0=ΣE0/(pmax.×1×n2×1))이 되도록 설정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급전력을 최대값으로 조정하고, 투과율이 (n2)인 감광판(323)을 노광광의 광로상에 설치하고, 광량 조리개(310)의 개구율을 100%로 조정하는 동시에, 상기 주사 속도의 목표값(Vw0)을 연산하여 메모리(321)에 기억한다. 이와 같은 처리후, 본 루틴의 처리를 종료한다. 이 경우, 주사 속도(Vw0)로 주사 노광이 행해지고, 지정된 적산 노광량(ΣE0)이 확보된다.
한편, 스텝(414)에서의 판단이 부정된 경우에는 스텝(416)으로 진행하고 (L0·n0 rL0·n1·S0)이 성립하는지의 여부를 판단한다. 그리고, 이 판단이 긍정된 경우에는 스텝(417)로 진행하고 파라미터(tL= r/n2, q1=n2, q2=1)이 되도록 하여 광량을 조정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급전력을 (tL=r/n2)이 되도록 조정하고, 투과율이 (n2)인 감광판(323)을 노광광의 광로상에 설치하고, 광량 조리개(310)의 개구율을 100%로 설정한다. 이 조정후, 본 루틴의 처리를 종료한다.
한편, 스텝(416)에서의 판단이 부정된 경우, (rmin.L0·n2·S0)이기 때문에, 이 경우는 (L0·n2·S0 rL0·n2)의 영역에 있기 때문에, 스텝(418)로 진행하고 파라미터(tL= L0, q1=n2, q2=r/(L0·n2))가 되도록 하여 노광량을 조정한다. 즉, 수은램프(301)로의 공급 전력을 최소값으로 조정하고, 투과율이 (n2)인 감광판(323)을 노광광의 광로상에 설치하고, 광량 조리개(310)의 개구율을 감광율(투과율)이 (r/(L0·n2))가 되도록 조정한다. 이 조정후, 본 루틴의 처리를 종료한다.
도 20에서는 상기의 노광량 조정으로 불연속 영역이 한번도 발생하지 않은 경우의 고감도 영역부분의 파라미터(r, tL, q1, q2)의 설정모습이 나타나 있다. 상기 도 20에서 명백한 바와 같이 본 실시 형태의 고감도 영역에서의 노광량 조정에서는 (123)식을 이용하여 적산 노광량(ΣE)에서 산출된 파라미터 (r)의 값에 의해 램프 광량의 조정 및 각 감광수단의 움직임은 다르며 수은램프(301)의 출력이 항상 필요 최저한이 되는 조합을 취한다.
본 실시 형태에서는 광량조정은 우선 오픈제어로 행해지며, 이 오픈제어시에 상기 도 19의 순서도로 나타내는, 광량 조리개(310), 감광판(323)과 수은램프(301)의 정전력제어로 러프한 광량조정이 행해진다. 파인한 조정은 수은램프(301)의 정조도 제어로 행해진다.
이것은, 정조도 제어의 피드백 루프는 인테그레이터 센서(333)를 통해 행해지는데, 제어시에는 목표 조도를 설정하고 인테그레이터 센서(333)의 출력치가 그 값이 되도록 하는 것으로, 오픈에 맞춘 조도의 오차를 여기에서 수정하는 것이 가능해지기 때문이다.
그 때문에 실제의 노광량 제어에서는 정조도 제어인 경우의 제어 마진이 각 조도 조정 기구(수은램프 301로의 공급 전력, 감광판(323)의 투과율, 광량 조리개(310)의 개구율)의 오차를 흡수할 필요가 있기 때문에 수은램프(301)의 조정범위는 100%의 출력이 마진에 의해 없어지고 조정구간이 결정된다. 그들이 조정 마진이 고려되어 상기의 출력범위는 규정된다.
조정 마진을 뺀 수은램프(301)의 출력범위는 LIM∼100%이며 파라미터(tL)의 조정범위는 (L0∼L1)이다. 조정마진을 고려하면 (116)식은 다음의 형태로 변형된다.
ΣE=e·(D/Vw)=k·pmax.·L1·r´·(D/Vw)……(124)
여기에서 파라미터(r´)는 노광량 조정 판단에 이용된다.
(124)식에서 최대 광량(pmax.)은 이미 알려진 것이며 슬릿폭(D)은 고정이다. 그런데, (ΣE)가 지정되었을 때 (124)식에 (Vw=Vwmax.), 즉 최고 속도를 대입한다. 그리고, (r´)에 대해 풀어서 (r´1)이면 노광량 조정은 스캔속도로 행하고, (r´1)이면 노광량 조정을 광량 조정(감광)으로 행하는 것으로 한다. 여기에서, (r´=1)이면 램프의 광량은 최대값이며 스캔 속도도 최고속도(Vwmax.)가 된다.
표 1에 조정 마진을 고려한 경우의 (r´1)인 경우의 불연속 모드를 제외하고, 램프출력 및 각 감광수단의 조정값이 나타나 있다.
[표 1]
또, 도 21에는 스캔 속도도 포함한 노광량 조정의 일례를 나타내는 모식도가 나타나 있다. 또, 도 22에는 (n1L0·S0)의 영역에서 불연속이 발생한 경우의 노광량 조정의 일례를 나타내는 모식도가 나타나 있다. 이들 도 21, 도 22에서 가는 실선은 주사 속도를 나타내고, 굵은 실선은 광량 조리개의 투과율에 대응하는 파라미터(q2)를 나타내며, 점선은 감광판의 투과율에 대응하는 파라미터(q1)를 나타내고, 2점쇄선은 수은램프의 출력에 대응하는 파라미터(tL)를 나타내며, 직석(y=r)은 감효율의 파라미터(r)의 조정값을 나타낸다. 또, 도 22에서는 불연속 영역이 발생되었기 때문에 상기 표 1중 영역(v)가 소실되어 있다.
이상이 보통 모드이다.
이어서, 초재(硝材)의 보호를 중요시한 초재 보호모드에 대해 설명한다.
상기의 보통 모드에서도 램프 출력이 필요 최소한으로 억제되어 있기 때문에 초재의 보호가 충분히 고려되어 있는데 처리량이 최대로 중요시된 경향이 있다.
즉, 수은램프(301)의 출력은 램프간 차이가 크며 이니셜일 때에 최대 광량이 사양값을 초과하는 경우가 있다. 보통 모드에서는 최대 광량이 사양값을 초과한 경우에도 저감도의 레지스트에 대해 최대 광량을 적용하기 때문에 최고속 스캔 노광 영역이 사양값의 경우보다 확대되고, 처리량이 향상되도록 구성되어 있다. 그런데도 초재의 열화는 광량이 높을수록 심해지고, 그 결과 조도 저하를 발생할 가능성이 있다. 그런데, 초재 보호 모드에서는 사양값보다 큰 최대조도의 램프인 경우에는 수은램프(301)의 조도를 최대에서도 사양값까지로 하여 사용한다. 그리고, 이 사양값에 대응하는 수은램프(301)의 출력 파라미터를 (L1S)로 한다.
보통 모드에서는 노광량 조정을 스캔속도로 행할지, 광량조정으로 행할지의 판단을 (124)식에 최고속도를 입력하는 것으로 판단하는데, 이 모드에서는 제어 마진을 고려한 최대 광량이 사양으로 설정된 최대 광량(Pmax)보다 큰 경우에 최대값을 사양값으로 설정한다.
즉, (pmax.·L1Spsmax.)일 때, 다음 식으로 판단하게 된다.
ΣE=k·psmax.·r´·(D/Vwmax.)……(125)
환언하면, (r´1)인 경우에 수은램프(301)의 조도를 사양상의 최대값으로 하여 설정·감속하고, (r´=1)인 경우에 스캔속도를 최고속도로 하며, 광량조정을 행한다. 단, 광량조정은 보통모드와 같이 (116)식을 이용하여 감광율의 파라미터(r)를 결정하여 이용한다.
상기한 불연속 영역에 대처하는 모드를 불연속 모드로 하면, 예를들면 (n1rL0·S0)인 영역에서 불연속이 발생되고, 그 영역에 대응하는 적산 노광량이 지정된 경우에는 수은램프(301)의 파라미터(tL), 감광판(323)의 파라미터(q1), 광량 조리개의 파라미터(q2), 스캔속도(Vw)를 다음 표 2와 같이 설정한다.
[표 2]
이어서, 노광 시퀀스에 대해 서술한다.
① 수은램프(301)의 점등을 행한다.
수은램프(301)의 점등시의 전력치는 최저값이며, 이것에 대응하는 출력치는 상기한(LIM)이다. 이 때의 수은램프(301)의 점등상태는 정전력 제어상태로 되어 있다.
② 수은램프(301)의 조도계측을 행하고 램프의 출력제어 직선을 작성한다. 즉, 앞서 상술한 바와 같이 전력을 최소값과 최대값으로 설정하고 안정한 후에 그 출력치를 인테그레이터 센서(333)로 계측한다. 이때의 광량 조리개(310)의 설정은 100%, 감광판(323)은 100% 투과로 설정되어 있다.
단, 정조도 제어를 행하는 경우에는 목표값 이상으로 출력을 치우치게 하는 오버슈트(overshoot)가 필요해지기 때문에 여기에서 말하는 수은램프(301) 전원의 최대·최소 전력치는 오버슈트분의 마진을 양측에 가지고 있다.
이 계측 빈도는 1일 1회 정도로 좋다.
③ 또한, 감광판(323)이 코팅을 행한 미러등인 경우에는 투과율의 변동이 있을 수 있기 때문에 정기적으로 투과율의 계측을 행할 필요가 있다. 이것은 상기한 그대로 100% 투광인 것에 대한 상대투과율인데, 부등식(n1L0·S0) 및 (n2L0·S0·n1)의 적어도 한쪽을 만족하는 경우에는, 불연속에 대한 몇가지의 대응을 강구해야 한다. 물론 디폴드(default)의 설정에서는 불연속이 발생된 경우에는 경고를 발하여 작업자에게 조사를 재촉하도록 한다. 상기한 불연속 모드의 처리를 실행할지의 여부에 대해서는 작업자가 미리 셋트해 둔다. 이하는 불연속 영역이 발생하지 않는 상태이다. 또, 셔터(304)는 노광시, 노광준비시 및 계측시 이외에는 닫혀 있다.
④ 웨이퍼(W)를 도시하지 않은 카셋트에 설치한 후, 작업자가 적산 노광량(ΣE0)쇼트 사이즈, 쇼트 수, 쇼트 배열 등의 파라미터를, 도시하지 않은 콘솔에서 입력한다. 이것에 의해 도 19에 나타내어진 순서도가 스타트되고, 이하 이 순서도를 따라 노광량 조정을 위한 처리가 행해진다. 이것에 의해 노광량 조정을 스캔속도로 행할지, 광량조정으로 행할지의 판단 및 고감도 영역인 경우는 (120)식에서 구한 광량 파라미터(r)에 따라 광량 조리개(310), 감광판(323), 수은램프(301)의 출력을 조합이 결정한다.
⑤ 웨이퍼(W)가 반송되고 얼라인먼트 등이 행해지고 있는 사이에 설정값으로의 광량 조리개(310)의 조정이 제어 맵에 따라 행해진다. 동시에 감광판(323)의 선택 및 출납이 행해지고 수은램프(301)의 전력설정이 행해진다. 수은램프(301)의 전력설정은 전극보호를 위해 어느 정도의 시간을 들여 행해진다. 예를들면, 최소값으로부터 최대값까지 변화시키는데 약 1초 이상 시간을 들인다. 정전력 제어시의 설정전력치는 램프출력의 파라미터(tL)에 대응한 전력치이며, 그 값의 산출은 수은램프(301)의 조도계측시에 얻어진 출력제어 직선으로 행해진다. 이 때의 값을 (LW)로 한다.
이들 일련의 동작이 처리량을 저하시키지 않도록 처리상의 대기시간을 이용하여 효율적으로 행해진다.
이하의 노광 시퀀스에 대해 도 23에 의거하여 설명한다.
⑥ 조명계의 노광 준비가 정돈된 시점(전력치이 Q=LW)에 도달하여 조금 지난 시점(a점))에서, 레티클 스테이지(R 스테이지)(342)와 웨이퍼 스테이지(W 스테이지)(348) 및 가동 블라인드(335A, 335B)의 동기작업이 개시된다. 이와 동시에 셔터(304)가 열리기 시작한다. 셔텨(304)가 완전히 열린 시점(b점)에서 수은램프(301)의 점등상태는 정조도 제어상태로 절환된다. 이 때의 정조도제어의 목표제어 값은 (112)식으로 규정되는 (e)이다.
한편, 레티클 스테이지(342), 웨이퍼 스테이지(348)는 가속되어 정정작업(整定作業)에 들어가 있다.
정조도 제어에서는 수은램프(301)의 조도는 아크방전 등의 영향으로 흔들리고 있기 때문에 절환된 순간은 조도가 안정되어 있지 않으며, 안정될 때까지 일정 시간을 필요로 하고, 정조도 제어에 의해 저주파 성분이 제거된 후에 주사 노광으로 들어간다. 본 실시 형태에서는 미리 소정의 광량으로 오픈으로 조절되고 있기 때문에 제어 절환의 안정시간이 단시간에 끝나게 되어 셔터개방 시간이 단축된다.
따라서, 도 23에서도 명확한 바와 가이, 조도의 안정화는 스테이지의 정정화(整定化)가 완료될 때까지는 종료한다. 정정이 완료된 시점(c점)에서 1쇼트째의 노광 동작에 들어간다. 노광 동작은 가동 블라인드(335A, 335B)로 제어된다. 1쇼트분의 노광이 종료된 시점(d 점)에서 조도제어가 정전력에저로 절환되고 셔터(304)가 닫히기 시작한다. 이 때 설정되는 전력치은 최초로 설정된 (LW)이다. 레티클 스테이지(342), 웨이퍼 스테이지(348)는 복귀 정정독장에 들어가고, 다음 쇼트 노광에 대비한다. 쇼트 사이 이동이 행해지고 다음의 쇼트 준비를 위한 가속동작으로 레티클 스테이지(342), 웨이퍼 스테이지(348)가 들어가면(c점), 셔터(304)가 열리기 시작하고 다시 같은 동작아 1장의 웨이퍼 노광이 종료될 때까지 반복된다.
단, 상기 내용은 쇼트 사이에 노광량이 같은 값으로 설정된 경우이다. 쇼트 사이에 노광량이 다른 값으로 지정된 경우에는, 연속해서 같은 값이 1장의 웨이퍼내에 복수 존재하는 경우에, 처리량이 최소가 되는 순서, 및 조정수단을 계산하여 실행한다.
마찬가지로, 웨이퍼간에 노광량이 같은 값으로 지정되어 있는 경우에 대해서도 말할 수 있다. 즉, 쇼트 사이에 셔터를 폐쇄하고 전력치를 (LW)로 설정하여 정전력제어를 행하는데, 웨이퍼간에 대해서도 마찬가지로 전력치(Lw)로 정전력제어를 행한다. 물론, 웨이퍼간에 수은램프(301)의 출력치를 최저로 떨어뜨리는 것으로 처리량에 영향이 없으면 그와 같이 해도 상관없다.
또한, 도 23중 레티클 스테이지(342), 웨이퍼 스테이지(348)의 속도 차트는 모식화를 위해 동작방향을 구별하지 않고 동일 방향으로 하여 표기하였다.
이상 설명한 바와 같이, 제3실시 형태에 따르면 노광량 조정시에 정조도 제어에 들어가기 전에 조도를 목표값 근처에서 몰아 넣고, 그 때 수은램프(301)의 출력을 필요 최저한의 값이 되도록 램프(301)로의 공급 전력의 조정과 광량조정수단(감광판(323), 광량 조리개(310))의 조정을 행하고, 비노광시에 불필요하게 (i)선이 조명 광항경로를 조사하지 않는 시퀀스를 채용한 것으로, 셔터(304)의 개방시간을 단축하여 조명경로중 조사량을 낮게 할 수 있다. 이것으로 수은램프(301)로부터 가동 블라인드(335A, 335B)까지의 조명 노광중 초재의 (i)선 조사에 의한 열화를 저감하고, 광하학 반응에 의한 흐려짐 생성을 저감하면서도 고효율로 고정밀도의 노광량 조정을 행할 수 있다.
또한, 본 제3실시 형태에 따르면 금후의 주류가 될 고감도 레지스트의 주사 노광시에 상기와 같이 수은램프(301)의 출력이 필요 최저한이 되도록 설정되고, 게다가 최고주사속도로 주사 노광이 행해지고, 더욱이는 정조도 제어로의 안정시간도 단축할 수 있다. 따라서, 처리량의 향상을 도모할 수 있다.
또, 쇼트 사이의 비노광 시간중 수은래프(301)의 출력치를 최저값까지 내리지 않고 정전력 제어상태로 엉성한 조정값(coarse adjustment)(LW)으로 유지함으로써 다음 쇼트의 노광동작(다음 노광동작)의 개시를 원활히 행할 수 있는 동시에, 수은램프(301)의 전극열화를 방지할 수 있는 잇점이 있다.
[제4실시 형태]
이어서, 본 발명의 제4실시 형태를 도 24에 의거하여 설명한다.
본 제4실시 형태는 상기한 제3실시 형태와 노광 시퀀스의 일부가 다를 뿐 장치구성 등은 동일하기 때문에 여기에서는 이 노광 시퀀스의 변경점에 대해서만 설명한다.
도 24에 나타내는 바와 같이, 제4실시 형태에서는 웨이퍼 노광중에는 계속 수은램프(301)의 점등모드는 정조도 제어모드로 유지되고, 셔터(304)는 노광중에는 계속 열려 있다. 그리고, 웨이퍼상의 각 쇼트의 노광개시와 노광종료의 제어는 가동 블라인드(335A, 335B)로 행해지고 있다.
즉, 1쇼트의 노광 종료시, 가동 블라인드의 폐쇄에 의해 웨이퍼(W)로의 노광광은 차광되어 있는데, 이 때에도 셔터(304)의 폐쇄는 행하지 않고 인테그레이터센서(333)의 출력을 모니터하면서 수은램프(301)의 정조도 제어를 1장의 웨이퍼 노광종료까지 속행하는 것이다. 1장의 웨이퍼 노광종료시에는 셔터(304)는 폐쇄되고, 정전력제어로 이행한다. 또, 이 때의 전력치은 제3실시 형태와 같이 (LW)로 한다. 수은램프(301)의 정조도제어로 절화되어질 때까지의 시퀀스등는 제3실시 형태와 같다.
이상과 같은 제4실시 형태의 노광 시퀀스에 따르면 쇼트 사이의 비노광 시간중 웨이퍼(W)로의 노광광의 차광(레티클에 조사되는 노광광의 차광)을 가동 블라인드(335A, 335B)를 이용하여 행하고, 수은램프(301)의 정조도 제어 점등을 계속하는 것으로부터 수은램프(301)의 출력치의 변동을 발생하지 않고 원래의 값을 유지하고, 다음 쇼트 노광시(다음 노광시)의 광량 조정시간이 단축되어(혹은 불필요 해진다), 그 만큼 처리량의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
또한, 처리량에 영향이 없으면 최저값까지 내려도 상관없다.
[제5실시 형태]
이어서 본 발명의 제5실시 형태를 제25 내지 제27에 의거하여 설명한다.
본 제5실시 형태는 상기한 제4실시 형태의 변형예이며, 노광 시퀀스의 일부가 다른 것 이외에는 장치구성 등은 상기한 제3, 제4실시 형내와 동일하다.
본 제5실시 형태에서 1장의 웨이퍼 노광중에 수은램프(301)의 정조도제어를 계속하는 것은 제4실시 형태와 같지만, 쇼트 사이의 비노광시에는 소정의 감광판(323)을 노광광의 노광중에 삽입하는 점이 상이하다. 이 때 삽입되는 감광판(323)으로서는 예를들면 가장 투과율이 낮은, 이미 알려진 감광판이 이용된다.
이러한 감광판(323)이 노광광의 노광중에 삽입되면 수은램프(301)의 정조도 제어를 위한 피드백계를 구성하는 인테그레이터 센서(333)에 입사하는 광량이, 예를들면, 도 26(A)에 나타내어지도록 감소하는데, 이 때 본 제5실시 형태에서는 피드백 제어의 목표 조도값에, 감광판(323)의 투과율을 곱해서 정조도제어의 조도를 낮은 값으로 절환한다.
이에 대해 다시 상술하면, 감광판의 삽입은 고속으로 행해지는데 삽입중에 감광판의 지지 쇠장식(金具)으로 광량 이클립스(eclipse)가 발생하고, 그 이클립스 분을 보충하도록 일시적으로 조도가 상승하는 현상이 발생한다(도 25의 원 (B)내 참조). 여기에서 목표조도를 변경하지 않는 경우에는 수은램프(301)의 출력은 도26(B)로 나타내는 바와 같이 상승한다. 그러나, 이클립스쪽은 결정되어 있기 때문에 이클립스의 시간변화를 미리 측정해 두고, 광량의 감소에 따라 목표값을 어굿나게 하도록 한다. 즉, 도 26(A)에 나타나는 바와 같이 이클립스가 발생하면 목표조도값을 도 26(C)중 실선으로 나타내는 바와 같이 줄여서 조정하면 도 26(C)에 점선으로 나타내는 바와 같이 수은램프(301)의 출력을 일정하게 유지할 수 있으며, 정조도제어를 계속할 수 있다.
혹은, 정조도제어의 목표값을 변경하는 대신에 상기 감광판(323)의 삽입중에 일시적으로 피드백 루프의 게인을 작게 하고, 이클립스에 추종하지 않도록 해도된다. 그 경우, 조도는 약간 흔들리는데 곧 감광판(323)의 감광율에 따른 목표값에 대해 추종이 행해지기 때문에 문제는 없다.
이상과 같은 조명계의 제어에 의해 초재에 입사하는 광량을 불필요한 경우만 최저로 하면서돠, 수은램프(301)의 출력을 거의 바꾸는 일 없이, 정조도 제어를 계속하는 것이 가능해진다. 즉, 초재의 손상을 극력 억제한 채로 정조도 제어를 계속하기 때문에 수은램프(301)의 전극 온도가 안정되고, 정조도 제어의 안정화 시간을 단축화할 수 있게 된다.
또, 노광중의 수온램프(301)의 정조도 제어일 때, 투과율이 최저의 감광판(323)으로의 절환이 행해지고 있는 경우에는 상기한 감고아판(323)의 삽입을 다시 행할 필요가 없다는 것은 말할 필요도 없다. 또, 감광판(323)의 절환으로 완전한 차광이 행해지지 않도록 감광판(323)의 유지부재 등의 형상을 연구할 필요가 있다.
또, 감광판(323) 대신에 감광을 셔터(304)로 행해도 된다. 이 경우, 도 27에 나타내는 바와 같이 날개(블레이드)중 1장에 랜덤 워크 필터(이것에 대해서는 후술한다)와 같이 랜덤하게 구멍이 뚫린 구조의 회전식 셔터를 이용한다. 단, 이 구멍이 뚫린 날개는 회전 밸런스가 취해지도록 구멍을 뚫음으로써 감소한 중량을 두께로 보충할 필요가 있다. 이와같이 하면 한층 절환이 빨라진다.
또한, 상기 각 실시 형태에서는 감광판(323)으로서, 예를들면 반사형 하프 미러를 채용하는데, 이것은 예를들면 유전체 다층막 코팅에 의한 것이라 좋으며 유리 대신에 랜덤 워크 필터라 불리우는 금속제 그물판을 이용해도 된다. 여기에서 랜덤 워크 필터란 금속제 박판에, 그 패턴이 규칙적인 격자를 형성하지 않도록 랜덤하게 다각형상 구멍이 에칭등으로 뚫린 것이며, 패턴전사에 영향을 미치지 않도록 고려된 것이다. 이 랜덤 워크 필터를 이용함으로써 감광판(323)에서 화학적 분위기 유래의 흐려짐이 발생하지 않게 되기 때문에 불연속 영역이 없어지고 이것에 대처하는 모드가 불필요해진다.
또, 노광장치(1110)에 있어서, 감광판(323)이 배치되는 장소는 에너지 밀도가 높고 자외광 조사에 의한 오존밀도도 높은 곳이기 때문에 금속재료의 선정에서는 내열성, 내부식성 등의 내구성이 고려될 필요가 있다.
또, 노광장치(1110)에 있어서, 흐려짐 생성의 원인이 된다고 생각되어지는(i)선보다 단파장측 광을 커트하는 연구가 행해지고 있는, 수은램프나 절곡(折曲)미러 등을 이용해도 상관없다. 또, 흐려짐의 원인이 되는 암모니아 가스나 유기가스 등의 여과기구인 케미컬 필터 등을 통과하여 화학적으로 깨끗한 공기를 조명계내에 공급하는 구성을 취해도 된다. 그러한 경우에는 보다 초재의 흐려짐의 발생이 적은 구성이 가능해진다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이, 상기의 실시 형태에 따르면 고감도 영역 및 저감도 영역에 상관없이 항상 최단시간에 노광을 행하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에 따르면 감광판에 의한 단계적인 광량조정과 병행하여 광원의 출력, 광량 조리개의 조정 등 연속적인 광량조정이 실행되고, 게다가 광원의 출력조정을 행하는 제1광량조정영역과, 광량 조리개의 조정을 행하는 제2광량조정영역을 교대로 설정하고, 감광기판에 대한 노광량을 임의 값으로 조정하는 것으로부터 원칙으로 항상 주사 속도를 최고속도로 유지한 채 소망의 값으로 노광량을 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 고감도 영역에 있어서 항상 최단시간에 노광을 행할 수 있는 동시에 저감도 영역에서도 처리량을 향상시킬 수 있다.
또, 상기한 실시 형태에 따르면 특히 고감도 노광 영역에 있어서 노광중 펄스 에너지가 변동했을 때, 주사 속도를 유지한 샹태로 다음 쇼트에 대해 소망의 적산 노광량을 얻는 노광을 행할 수 있다.
또, 상기의 실시 형태에 따르면 주사 노광방식에서 높은 처리량을 유지하면서도 흐려짐에 의한 조도저하를 발생하기 어렵고, 또한 광원(예를들면 수은램프 등)의 수명을 길게 할 수 있는, 종래에 없는 우수한 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 마스크에 형성되는 패턴의 이미지에 기판을 노출시키는 주사 노광 방법에 있어서,
    상기 기판상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수를 결정하는 단계;
    그 결정된 펄스광의 수에 따라, 상기 마스크와 상기 기판과의 소정의 최대 주사 속도 및, 상기 펄스광의 최대 발진주기의 적어도 한쪽을 유지하도록, 상기 펄스광을 발생하는 광원을 제어하는 단계를 포함하는 주사 노광 방법.
  2. 펄스광을 발사하는 펄스광원;
    마스크를 보유하여 소정 방향으로 이동 가능한 기판 스테이지;
    기판을 보유하여 상기 소정 방향으로 이동 가능한 기판 스테이지;
    상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지를 소정의 속도비로 상대 주사하는 스테이지 제어계;
    상기 펄스 레이저 광원을 발진주파수를 변경하는 변경 시스템;
    상기 펄스 레이저 광원으로부터의 펄스광을 감광하는 감쇠기;
    해당 감쇠기에 의해 감광된 펄스광으로 상기 기판을 주사 노광할 때, 상기 기판상의 각 점에 조사되어야 할 펄스광 수에 따라 상기 양 스테이지의 소정 최대 주사 속도와 상기 펄스 레이저 광원의 최대 발진주파수와의 적어도 한쪽을 유지하도록 상기 변경 시스템을 제어하는 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 장치.
  3. 기판상의 각 쇼트영역에 마스크의 패턴이 전사되는 주사 노광 방법에 있어서,
    상기 기판상의 어느 하나의 쇼트영역에 노광중에, 그 하나의 쇼트영역내의 복수점에서의 적산 노광량을 각각 검출하는 단계;
    그 검출결과에 의거하여 다음에 노광되는 쇼트영역에 대해 적정한 노광이 행해지도록 상기 펄스광의 발진주기를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  4. 광원으로부터 노광광으로 마스크를 조사함으로서 그 마스크의 패턴을 기판상에 전사하는 주사 노광방법에 있어서,
    상기 마스크와 상기 기판과의 동기 이동속도를 소정의 최고 속도로 결정하는 단계;
    그 동기이동에 의해 상기 기판에 대한 목표 적산 노광량을 얻을 수 있도록 상기 광원을 필요 최저한의 출력으로 하는 조건하에서, 상기 광원 및 그 광원으로부터 발사된 노광광의 적어도 한 쪽을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노광광의 조정은, 투과율이 다른 복수으 감광 필터와 감광율을 연속적으로 가변가능한 광량 조리개의 적어도 한쪽을 이용하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 방법.
  6. 마스크와 기판을 동기이동함으로써, 상기 마스크의 패턴 상(象)에서 기판을 노광하는 주사 노광장치에 있어서,
    노광광을 발생하는 광원과;
    상기 광원과 관계되고, 상기 마스크의 패턴상에서 상기 기판을 노광하기 위한 조광 시스템;
    상기 광원 및 상기 노광시스템에 관계되고, 상기 광원을 정조도 제어하는 동시에, 그 정조도 제어에 앞서 상기 광원을 오픈 루프로 정정력 제어하는 제어시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 장치.
  7. 마스크와 기판을 동기이동함으로서, 상기 마스크의 패턴 상으로 기판을 노광하는 주사 노광장치에 있어서,
    노광광을 발생하는 광원과;
    상기 광원과 관계되고, 상기 마스크의 패턴 상으로 상기 기판을 노광하기 위한 노광 시스템; 및
    상기 광원 및 상기 노광 시스템에 관계되고, 그 노광시스템의 노광동작중에상기 광원을 정조도 제어하는 동시에, 상기 노광시스템의 비노광 동작중에 상기 광원을 오픈루프로 정전력제어하는 제어시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사노광 장치.
  8. 마스크와 기판을 동기이동함으로써 상기 마스크의 패턴상으로 기판을 노광하는 주사 노광장치에 있어서,
    노광광을 발생는 광원;
    그 광원과 상기 마스크 사이에 배치되고, 상기 노광광의 광량을 검출하는 센서;
    상기 광원 및 상기 노광 시스템에 관계되고, 상기 마스크의 패턴상으로 상기기판을 노광하기 위한 노광 시스템;
    상기 마스크와 상기 센서 사이에 배치되고, 상기 노광광의 광로를 개폐하기 위한 블라인드 부재; 및
    상기 광원, 상기 센서, 상기 노광 시스템 및 상기 블라인드 부재에 관계되고 상기 노광시스템의 비노광 동작중에 상기 센서의 출력을 피드백하여 상기 광원을 정조도 제어하는 동시에, 상기 블라인드 부재를 사용하여 상기 노광광의 광로를 닫는 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 노광 시스템의 비노광 동작중에, 상기 정조도 제어의 목표 정밀도를 상기 노광시스템의 노광 동작중보다도 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 주사 노광 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어 시스템은, 상기 노광시스템의 비노광동장중에, 상기 정조도 제어의 피드백 라인을 상기 노광시스템의 노광동작중보다도 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 주사 노광장치.
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