JP2000208398A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電灯の不具合により不良露光が行われるの
を防止する。 【解決手段】 放電灯１を露光光源として用いる露光装
置において、放電灯の点灯状態を検出する点灯状態検出
手段１９、２０、２２、７０、７１と、この検出結果に
基づいて放電灯の点灯状態を制御しまたは補正する点灯
状態制御手段７１を設ける。放電灯の点灯状態として、
放電灯の、放射光エネルギの急激な低減または変動、分
光出力異常が検出された場合、あるいはアーク形状が所
定の形状または大きさでない場合は、放電灯の点灯を中
止等する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電灯を光源に用い
た露光装置およびこれを用いることができるデバイス製
造方法に関し、特に、放電灯の点灯状態を制御しまたは
補正するようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置では、その光源の１つと
して放電灯が使用されるが、この放電灯としては、近
年、半導体露光装置のスループット向上を目的として、
大電力のものが多く用いられるようになってきている。
このような大電力の放電灯では、一般に、大電流（１０
０Ａ以上）になる。このような大電流の放電灯における
大きな技術的課題の１つは、いかに電極部において確実
なシールを行ない、維持させるかである。このシールが
不完全なものとなった場合には、大気が放電灯内に混入
し、放射光エネルギの急激な低減、放射光エネルギの急
激な変動、分光出力異常等の問題が生じる。また、ごく
稀にではあるが、ランプバルブ部にわずかな亀裂が発生
し、大気が放電灯内に混入した場合でも、同様の現象が
発生する場合がある。

【０００３】一方、露光光源としての放電灯のうちで、
現在、主に使用されているものはｉ線ランプである。ｉ
線ランプは、近年、同一電力のものであっても、各放電
灯メーカから、各種改良したものが販売されるようにな
ってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体露光装置においては、大電流の放電灯において生
じる上述の現象に対して、全く検出機能を有していな
い。したがって、突然、上述のような現象が発生した場
合には、正常な露光動作が行なわれず、多量の不良露光
を行なう場合がある。

【０００５】また、詳細は後述するが、上述のｉ線ラン
プのアーク形状は、照明系内においてハエノ目に投影さ
れており、アーク形状が所定のサイズより大きい場合に
は、有効利用されなくなる光束があることになり、照明
系の効率が落ちてしまうという不具合がある。また、ア
ーク形状が所定のサイズより小さい場合には、絞りに入
射する光束が小さくなってしまうため、実質的σ値が目
標設定値より小さなものとなってしまうという不具合が
ある。また、このアークサイズは、放電灯に投入する電
力によってもそのサイズが変化するものであり、定照度
制御のように放電灯の経時変化による像面照度低下を投
入電力の増加で一定に保つような制御を行なう場合に
も、上記と同様な問題が発生する。

【０００６】本発明の目的は、露光装置およびデバイス
製造方法において、このような従来技術の問題を解決す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の露光装置は、放電灯を露光光源として用いる露
光装置において、前記放電灯の点灯状態を検出する点灯
状態検出手段と、この検出結果に基づいて前記放電灯の
点灯状態を制御しまたは補正する点灯状態制御手段とを
具備することを特徴とする。

【０００８】また、本発明のデバイス製造方法は、照明
系を用いて放電灯からの光により照明光を形成し、この
照明光で露光を行なうことによりデバイスを製造する方
法において、前記放電灯の点灯状態を検出し、この検出
結果に基づいて前記放電灯の点灯状態を制御しまたは補
正することを特徴とする。

【０００９】これによれば、放電灯の点灯状態に応じて
放電灯の点灯状態を制御しまたは補正することにより、
正常な露光動作が行なわれずに多量の不良露光が行なわ
れる事態が回避される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の露光装置の好ましい実施
形態においては、点灯状態検出手段は、放電灯の放射光
エネルギの急激な低減または変動を検出するものであ
り、点灯状態制御手段は、放射光エネルギの急激な低減
または変動が検出された場合、放電灯の点灯を中止す
る。

【００１１】あるいは、点灯状態検出手段は、放電灯か
らの光束のうち２つ以上の所定の波長の光を検出する検
出器により、放電灯の放射光エネルギの急激な低減、放
射光エネルギの急激な変動、または分光出力異常を検出
するものであり、点灯状態制御手段は、放射光エネルギ
の急激な低減、放射光エネルギの急激な変動、または分
光出力異常が検出された場合、放電灯の点灯を中止す
る。これらの場合において、放電灯の点灯を中止する場
合は、装置全体の運転を中止し、所定の警報または表示
を行なう。

【００１２】あるいは、放電灯からの光により露光のた
めの照明光を形成する照明系を備え、点灯状態検出手段
は、放電灯のアーク形状を計測するアーク形状計測手段
を有し、点灯状態制御手段は、放電灯のアーク像を所定
の範囲内において任意の大きさで照明系の所定の光学部
品に投影するズームレンズを有し、アーク形状の計測結
果に基づき、前記光学部品に投影するアーク像の大きさ
を所定の大きさに補正する機能を有する。

【００１３】あるいは、点灯状態検出手段は、放電灯の
アーク形状を計測するアーク形状計測手段を有し、点灯
状態制御手段は、アーク形状の計測結果に基づき、アー
ク形状が所定の形状または大きさでない場合に、放電灯
の点灯を中止する。

【００１４】また、アーク形状の計測結果に基づき、ア
ーク形状が所定の形状または大きさでない場合に、装置
全体の運転を中止し、所定の警報または表示を行なう。
放電灯としては、たとえば、ｉ線ランプやｇ線ランプが
使用される。

【００１５】また、本発明のデバイス製造方法の好まし
い実施形態においては、放電灯の点灯状態として、放電
灯の、放射光エネルギの急激な低減または変動、分光出
力異常、もしくはアーク形状を検出し、放射光エネルギ
の急激な低減または変動もしくは分光出力異常が検出さ
れた場合、あるいはアーク形状が所定の形状または大き
さでない場合は、放電灯の点灯を中止する。

【００１６】あるいは、照明光の形成に際しては照明系
の所定の光学部品に対して放電灯のアーク像を投影し、
放電灯の点灯状態として、放電灯のアーク形状を計測
し、その計測結果に基づき、前記光学部品に投影する放
電灯のアーク像を所定の大きさに制御する。以下、本発
明の実施形態を、実施例を通じてより具体的に説明す
る。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る半導体露光
装置の全体図である。同図において、１は放電灯であっ
て図４のような分光出力特性を有するｉ線ランプ、２は
ｉ線ランプ１の電源である点灯装置、３は放電灯１の光
束を集光するための楕円ミラー、４は半導体露光装置の
停止中に光束を遮断するための遮閉板、５は遮閉板４を
駆動するモータ、６は数１０ｎｍ程度の中帯域ｉ線フィ
ルタ、７は通常露光動作時に１ショット露光動作毎に開
閉動作を行なう高速露光シャッタ、８はアークモニタ結
像レンズ、９〜１２はハーフミラー、１３はミラー、１
４と１５は峡帯域ｉ線フィルタ、１６は中帯域ｉ線フィ
ルタ、１７は峡帯域ｇ線フィルタ、１８は楕円ミラー３
の分光反射率とほぼ同等な分光透過率を有する広帯域フ
ィルタ、１９はアーク形状を計測するためのＣＣＤカメ
ラである。２０〜２３はそれぞれ峡帯域ｉ線フィルタ１
５、中帯域ｉ線フィルタ１６、峡帯域ｇ線フィルタ１
７、広帯域フィルタ１８を透過してきた光エネルギを計
測するための光検出器であり、それぞれ峡帯域ｉ線検出
器、中帯域ｉ線検出器、峡帯域ｇ線検出器、広帯域検出
器ということとする。２４は高速露光シャッタ７からの
反射光を計測するための光検出器、２５は要素１〜２４
を内部に保持しているランプハウスである。

【００１８】また、３０はｉ線ランプ１のアーク形状を
最適な大きさでハエノ目３４の前端に結像するための第
１ズームレンズ、３１はズームレンズ３０を駆動するた
めのモータ、３２は最終的に露光波長を決定している帯
域幅が数ｎｍの峡帯域ｉ線フィルタ、３３はミラー、３
４はハエノ目、３５は照明系のシグマ値を設定するため
の絞り、３６はレチクル面における中心部と周囲部の照
度分布を調整するための第２ズームレンズ、３７は第２
ズームレンズ３６を駆動するためのモータ、３８は第２
ズームレンズ３６からの光束の約１％程度を光検出器３
９に導入する平行平板、３９はレチクル面中央部と共役
位置に配置されているレチクル面照度検出器、４０はレ
チクル面からの反射光を集光するための集光レンズ、４
１は集光レンズ４０によって集光されたレチクル反射光
を計測するためのレチクル反射光検出器、４２は矢印５
７方向に移動可能な、レチクル上の露光領域をスキャン
方向に制限するマスキングブレード、４３はレチクル上
のスリット状の露光領域を形成するためのスリット、４
４と４６はコンデンサレンズ、そして４５はミラーであ
る。

【００１９】また、４７はレチクル面およびウエハ面の
パターン画像を計測するための顕微鏡であり、露光光束
位置外に退避移動可能なようになっている。ここで、４
８は結像レンズ、４９はＣＣＤカメラである。５０はレ
チクル、５１はレチクルと同じ厚さのダミーレチクル、
５２はレチクル５０およびダミーレチクル５１を搭載し
て矢印５９の方向にスキャン動作可能なレチクルステー
ジである。６０はレチクル５０内のパターンをウエハ６
１の上面位置に縮小投影する投影レンズ、６１はウエ
ハ、６２はウエハを真空吸着して保持するためのウエハ
チャック、６３はウエハチャック６２を垂直方向および
チルト方向に駆動してウエハ６１の上面を投影レンズ６
０の像面に一致させるためのθＺステージ、６４はθＺ
ステージ６３上に取付け可能な照度ムラ測定器、６５は
θＺステージ６３上に取り付けられている基準マークブ
ロック、６６はθＺステージ６３上に取り付けられてい
るレチクル回折光センサ、６７はθＺステージ６３をス
キャン方向（矢印５８方向）およびスキャン方向と直行
な方向に移動可能なウエハステージである。

【００２０】また、７０はｉ線ランプ１のアーク形状を
計測する画像処理装置、７１は照明系制御部、７２は半
導体露光装置の全体制御部、７３は半導体露光装置の全
体制御部７２から駆動指令を受けてレチクルステージ５
２、θＺステージ６３、ウエハステージ６７を駆動する
ためのドライバ部、７４はレチクル面およびウエハ面の
パターン画像を計測するための画像処理装置、７５は半
導体露光装置の操作部であるコンソールである。

【００２１】図２は高速露光シャッタ７の詳細図であ
る。同図において、８０は回転駆動により露光光束を遮
断および開放するための、導電性を有する金属材料のシ
ャッタ羽根、８１はシャッタ羽根８０の回転軸、８２
（斜線部）は露光光束、８３はシャッタ羽根８０を回転
駆動するためのＡＣサーボモータ、８４はモータ固定
板、８５と８６はシャッタ羽根８０を挟むように配置さ
れている、導電性を有する金属材料の遮閉板、８７、８
８および８９は遮閉板８５と８６をモータ固定板８４か
ら電気的に絶縁して保持するためのスペーサ、９０は非
接触型温度計である。

【００２２】図３は可変スリット部４３の詳細図であ
る。１００ａ〜１００ｋおよび１０１ａ〜１０１ｋは矢
印方向に駆動可能な上部スリット板および下部スリット
板、１０２ａ〜１０２ｋおよび１０３ａ〜１０３ｋは上
記スリット板のガイド部、１０４ａ〜ｌ０４ｋおよび１
０５ａ〜１０５ｋは上記スリット板と一体で移動する回
転可能突起部、１０６と１０７は上記回転可能突起部を
貫通して各スリットを連結しているバネ板、１１０〜１
１３および１２０〜１２３は特定のスリット板を駆動す
るモータである。

【００２３】図４はｉ線ランプ１の分光出力を示すグラ
フである。本実施例では、図４の分光出力中、３６５ｎ
ｍ付近の、図示してあるｉ線部分のみを、峡帯域ｉ線フ
ィルタ３２により抜き出して使用している。なお、図示
してある、４３６ｎｍ付近の分光出力をｇ線という。

【００２４】図５は楕円ミラー３の分光反射率を示すグ
ラフである。楕円ミラー３は３２０ｎｍ〜４００ｎｍ程
度の光束のみ反射するような特性をもっている。

【００２５】図６の波線および実線は、各々中帯域ｉ線
フィルタ６および峡帯域ｉ線フィルタ３２のカット特性
であり、中帯域ｉ線フィルタ６のカット特性は、峡帯域
ｉ線フィルタ３２のカット特性を数十ｎｍ広げたものに
なっている。

【００２６】図７はレチクル回折光センサ６６を示す斜
視図であり、１３０は投影レンズ６０の像面にθＺステ
ージ６３により駆動可能なスリット板、１３１は露光ス
リットとほぼ同じ長さを有する幅０．３ｍｍ程度のスリ
ット、１３２〜１３６はレチクル回折光を検出するため
の光検出器である。

【００２７】図８は一般的なｉ線ランプの投入電力と純
度の関係を示すグラフである。同図にも示すように、ｉ
線ランプは投入電力を増やすと、純度は減少する。

【００２８】図９（ａ）は従来の半導体露光装置のスリ
ット内照度分布であり、理想的にはスリット方向の全て
の位置におけるスキャン方向の照度分布が全て同じにな
るようにしている（図中の斜線部分Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの
形状が全て同一）。

【００２９】図９（ｂ）は、本実施例におけるスリット
内照度分布であり、第２ズームレンズ３６と可変スリッ
ト４３により、投影レンズ６０内で露光中に発生する露
光非点収差を軽減するために必要なスリット形状および
照度分布を形成可能にしている。

【００３０】図１０（ａ）および（ｂ）はｉ線ランプ１
の半径方向および電極方向のｉ線強度分布であり、本実
施例の照明系では、図１０（ａ）で示す半径方向のｉ線
強度分布がハエノ目３４の入射側にズームレンズ３０に
より投影されるようになっている。

【００３１】本実施例の半導体露光装置は従来の半導体
露光装置に下記の機能を追加したものである。 Ａ．ｉ線ランプの異常検出 Ｂ．ｉ線ランプのアーク形状補正機能 Ｃ．峡帯域ｉ線フィルタおよび高速露光シャッタの耐久
性向上 Ｄ．ｉ線ランプの純度管理 Ｅ．露光シャッタ羽根の反射率検出 Ｆ．露光シャッタ羽根の変形検出 Ｇ．非点収差低減 Ｈ．高精度積算露光量制御

【００３２】以下に各機能毎に説明を行なう。 Ａ．ｉ線ランプの異常検出 本実施例の半導体露光装置は、図１に示すように、峡帯
域ｉ線検出器２０と峡帯域ｇ線検出器２２をランプハウ
ス２５内に備えており、照明系制御部７１の内部のＣＰ
Ｕ（図示せず）の動作により、ｉ線ランプ１の点灯後、
ｉ線ランプ１の放電が安定してから、各検出器のアナロ
グ信号出力を数ｍＳｅｃ毎に取り込み、ＡＤコンバータ
（図示せず）でディジタル化して、メモリ（図示せず）
内に計測データとして記憶していく。ＣＰＵは、上記動
作と並行して、メモリ内に記憶した各検出器の計測デー
タについて、以下の判断を常時行なっている。

【００３３】各検出器の計測データが所定許容範囲内
に入っているか 各検出器の計測データの変動が所定許容範囲に入って
いるか 各検出器の計測データの比率が所定許容範囲に入って
いるか 上記確認の結果、ＣＰＵが異常の発生を確認をした場合
には、即時、点灯装置２にｉ線ランプ１の消灯指令を出
し、かつ、全体制御部７２にこの異常を通知する。全体
制御部７２はこの異常通知を受け取ると、装置の運転を
停止し、警報と表示を行なう。以上の動作により、不完
全な露光プロセスを続行する可能性をなくすことができ
る。

【００３４】Ｂ．ｉ線ランプのアーク形状補正機能 従来の半導体露光装置は、本実施例の半導体露光装置と
同様に、その照明系内部に開口径を変更可能な可変絞り
３５を有しており、この絞りの大きさに対応するハエノ
目３４の一部に、ｉ線ランプ１のアークをズームレンズ
３０により最適な大きさにして投影するようにしてい
る。ところが、図１０（ａ）および（ｂ）で表現される
ような、ｉ線ランプ１のアーク形状および大きさは、ラ
ンプメーカ差、部品差（製造誤差）、投入電力差により
常に一定のものではなく、従来の方法では、常にｉ線ラ
ンプ１の光束を有効に、かつ安定して活用しているとは
言えない。

【００３５】そこで、本実施例の半導体露光装置では、
図１に示すように、ＣＣＤカメラ１９をランプハウス２
５内に備え、ｉ線ランプ１のアーク形状を水平方向から
計測可能なようにしており、ｉ線ランプ１の点灯後、放
電が安定してから、アーク形状および大きさの計測を行
なっている。この実際の計測は、画像処理装置７０によ
り行なわれており、画像処理装置７０はアーク画像をＣ
ＣＤカメラ１９から入力すると、この画像の中で最大輝
点の位置を特定し、この位置における水平方向の強度分
布を求める。この強度分布は図１０（ａ）に示すような
形状のものである。次に画像処理装置７０は、この強度
分布の半値幅（ピークの半分の幅）を求め、アーク半径
値として照明系制御部７１に送り込む。照明系制御部７
１内のＣＰＵ（図示せず）は、上記アーク半径値を受け
取ると、基準ｉ線ランプのアーク半径値と比較し、最適
でないと判断した場合には、これが最適な大きさで、ハ
エノ目３４の入射部に投影されるように、ズームレンズ
３０の駆動を行なう。

【００３６】また、本実施例の半導体露光装置は、上記
動作を常時行なっており、定照度モード等で、ｉ線ラン
プ１に対する投入電力が変わり、アーク形状が変わった
場合でも、自動的に最適なアーク形状をハエノ目３４の
入射部に投影するようになっている。

【００３７】Ｃ．峡帯域ｉ線フィルタおよび高速露光シ
ャッタの耐久性向上 本実施例の半導体露光装置では、実際の露光光は、図４
の分光出力特性を有するｉ線ランプ１の光束から、図５
に示すような、長波長カット特性を有する楕円ミラー３
を用いて、３２０〜４００ｎｍの範囲の光束を抜き出
し、さらに、図６の波線で示す特性の、中帯域ｉ線フィ
ルタ６により、ｉ線付近の数十ｎｍ幅の光束を抜き出
し、さらに、図６の実線で示す特性の、峡帯域ｉ線フィ
ルタ３２により、ｉ線付近の数ｎｍ幅の光束を抜き出す
ようにしている。このため、実際の露光光に極めて近い
波長帯域の光束のみがシャッタ羽根８０または峡帯域ｉ
線フィルタ３２に入射するようになっている。

【００３８】Ｄ．ｉ線ランプの純度管理 本実施例の半導体露光装置では、従来、ジョブとは独立
であったｉ線ランプ１の電力制御方法を、コンソール７
５から、ジョブ毎に設定可能にしている。具体的な電力
制御方法は下記の通りである。

【００３９】１．定入力モード 従来の定入力モードと同様、ｉ線ランプ１に対する投入
電力を指定する。ほぼ純度一定となるが、純度計測等は
実行しない。 ２．定照度モード 従来の定照度モードと同様、像面照度を指定する。但
し、照度が一定になるように、ｉ線ランプ１に対する投
入電力を制御しているため、純度は変化してしまう。投
入電力を変更するタイミングは、ウエハ毎、ジョブ毎の
指定が可能である。 ３．定純度モード 本実施例で追加したモードであり、ｉ線ランプ１の純度
を指定する。純度計測により投入電力を制御して指定純
度を保つ。投入電力を変更するタイミングは、ウエハ
毎、ジョブ毎の指定が可能である。

【００４０】以下に本実施例で追加した、上記「３．定
純度モード」について説明を行なう。本実施例の半導体
露光装置では、図１に示すように、ｉ線波長±１０ｎｍ
程度の光束を計測する中帯域ｉ線検出器２１と、ｉ線波
長±数ｎｍ程度の光束を計測する峡帯域ｉ線検出器２０
とを設けており、照明系制御部７１の内部のＣＰＵ（図
示せず）の動作により、ｉ線ランプ１の点灯後、ｉ線ラ
ンプ１の放電が安定してから、各検出器のアナログ信号
出力を数ｍＳｅｃ毎に取り込んで、ＡＤコンバータ（図
示せず）でディジタル化してから、各検出器の計測デー
タの比率計算、つまり純度の計算を行なっている。この
純度計算結果が所定純度に対して許容範囲を超えた場合
には、指定タイミングにおいて、投入電力許容範囲を超
えない範囲でｉ線ランプ１に対する投入電力を制御する
ことにより、目標純度を達成するようにしている。

【００４１】なお、指定純度を達成するための投入電力
が、投入電力許容範囲を超える場合には、全体制御部７
２に露光動作続行不能を通知する。全体制御部７２はこ
の通知を受け取ると、装置の運転を停止し、警報と表示
を行なう。

【００４２】Ｅ．露光シャッタ羽根の反射率検出 本実施例の半導体露光装置では「Ｃ．峡帯域ｉ線フィル
タおよび高速露光シャッタの耐久性向上」で示したよう
な露光シャッタ保護対策を実施しているが、これだけで
は完全な保護になっているとは言えない。何故ならば、
シャッタ羽根８０の冷却エアに不純物が混入し、これが
シャッタ羽根８０の表面に付着してシャッタ羽根８０の
表面反射率を下げ、熱吸収の増加が起きる可能性がある
からである。

【００４３】そこで、本実施例の半導体露光装置では、
図１に示すように、楕円ミラー３で集光される光束と同
じ帯域の波長を直接検出する広帯域検出器２３と、シャ
ッタ羽根８０からの反射光を検出する光検出器２４とを
設け、ｉ線ランプ１の点灯後、ｉ線ランプ１の放電が安
定してから、遮閉板４が開放状態の時に、照明系制御部
７１内部のＣＰＵ（図示せず）の動作により、各検出器
のアナログ信号出力を数ｍＳｅｃ毎に取り込んでＡＤコ
ンバータ（図示せず）でディジタル化してから、各検出
器の計測データの比率計算、つまりシャッタ羽根８０の
表面反射率の計算を行なっている。この反射率の計算結
果が所定値に対して許容範囲を超えた場合には、即時、
点灯装置２にｉ線ランプ１の消灯指令を出し、かつ全体
制御部７２にこの異常を通知する。全体制御部７２はこ
の異常通知を受け取ると、装置の運転を停止し、警報と
表示を行なう。

【００４４】Ｆ．露光シャッタ羽根の変形検出 また、本実施例の半導体露光装置では、露光シャッタ７
に対し、上記対策以外に、シャッタ羽根８０と周囲部材
との接触検出を行なっている。これは、シャッタ羽根８
０の変形を起こす原因としては、前述の熱変形以外に、
ユーザ若くはサービスマンの誤ったメインテナンス、製
造ミス、輸送時の機械的なダメージ等が想定されるから
である。

【００４５】そこで、本実施例では、図２に示すよう
に、シャッタ羽根８０を導電性の金属材料とし、かつ開
口部周辺の遮閉板８５と８６も導電性の金属材料とし、
これらを絶縁材のスペーサ８７、８８および８９で電気
的に絶縁した状態で保持している。一方、照明系制御部
７１の内部のＣＰＵ（図示せず）は、シャッタ羽根８０
と遮閉板８５および８６の電気的な接触を常時監視して
おり、もし、電気的な接触が検出された場合には、即
時、点灯装置２にｉ線ランプ１の消灯指令を出し、か
つ、全体制御部７２にこの異常を通知する。全体制御部
７２はこの異常通知を受け取ると、装置の運転を停止
し、警報と表示を行なう。

【００４６】なお、本実施例ではシャッタ羽根８０と直
接に電気的接続をするのが困難であるため、図２に示す
ＡＣサーボモータ８３の匡体と、遮閉板８５および８６
との間の電気的な接触を検出するようにしている。

【００４７】Ｇ．露光非点収差軽減 本実施例の半導体露光装置は露光中に発生する非点収差
を軽減する機能を有している。本実施例は投影レンズ設
計段階において、各照明モード毎に、露光による非点収
差発生を最小にするスリット形状およびスリット形状内
照度分布を求めておき、これを半導体露光装置上で実現
するものである。

【００４８】従来の半導体露光装置のスリット形状およ
びスリット形状内照度分布の例を図９（ａ）に示す。こ
の図からも明らかなように、従来の半導体露光装置で
は、スリット方向の積算露光量を均一化する目的で、ス
リット上の各点における、スキャン方向の照度分布が同
じになるようにしている。つまり、図９（ａ）における
斜線部分Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの形状がほぼ同じになるよう
にしている。また、従来の半導体露光装置では、スリッ
ト方向の照度分布が均一でない場合に、スリット方向の
積算露光量を均一化する目的で、スリット上の各点にお
けるスリット幅を可変にすることにより、スキャン方向
の照度積算量が同じになるように工夫されたものもあ
る。つまり、この場合には、図９（ａ）における、斜線
部分Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの面積がほぼ同じになるようにし
ている。

【００４９】本実施例の半導体露光装置は、上記従来例
と類似の構成を有しているが、その目的は全く違うもの
である。本実施例の半導体露光装置では、スリット形
状、およびスリット形状内照度分布が任意に設定可能に
なっており、この機能により、露光中に発生する非点収
差等を軽減するものである。

【００５０】図９（ｂ）は、ある照明モードに対する、
露光非点収差を軽減するために最適なスリット形状およ
びスリット形状内照度分布の例を示す。同図のスリット
照明は、レチクルやウエハに近いレンズにおいて、レン
ズ中心付近を通過する光束の光エネルギ密度を下げ、光
束が通過する領域内において、レンズ中心付近と周辺部
との温度差が大きくならないようにしている。また、上
記露光非点収差の発生は当然、レチクル面照度、レチク
ル透過率、レチクル平均回折率に依存するものであるた
め、本実施例では、これらの計測結果も、スリット形状
およびスリット形状内照度分布の決定に使用している。
この様子を以下に述べる。

【００５１】図７は本実施例の半導体露光装置のθＺス
テージ６３上に搭載されているレチクル回折センサ６６
を示す。レチクル回折センサ６６はスキャン方向のレチ
クル回折の程度を計測するものである。同図において、
１３１は露光スリット長と同等の長さを有する幅０．３
ｍｍ程度のスリットであり、１３２〜１３６は各々光検
出部である。ここで、レチクル上の露光パターンに微細
なパターンが多いほど周辺の光検出器への入射光エネル
ギが多くなる。

【００５２】本実施例の半導体露光装置では、レチクル
５０が最初にレチクルステージ５２上に設定されると、
レチクル平均回折率、およびレチクル透過率の測定が行
なわれる。この測定は実際の露光と同じ照明モード（照
明系σ設定または変形照明）で行なわれる。この時、レ
チクル回折センサ６６は、露光光束のほぼ中央位置で静
止して、レチクル５０をスキャン動作している間に入射
してくる光エネルギを積分計測する。このレチクル回折
センサ６６の各センサ１３２〜１３６の積分計測値の比
率から、設定されているレチクルの平均回折率が計算さ
れる。

【００５３】また、上記計測中、照明系内のレチクル面
照度検出器３９も積分計測を行なっており、レチクル回
折センサ６６の各センサ１３２〜１３６の積分出力の総
和と、レチクル面照度検出器３９の積分計測値の比率か
ら、レチクル透過率も算出される。以上の計測により、
レチクル平均回折率とレチクル透過率が求められる。本
実施例の半導体露光装置では、実際のウエハの露光動作
に入る直前にレチクル面照度検出器３９により、レチク
ル面照度の計測も行なうようにしている。

【００５４】以上の動作により、設定されたレチクル５
０のレチクル平均回折率、レチクル透過率、および現在
設定している照明モードでのレチクル面照度が解るた
め、露光非点収差を最小にするためのスリット形状およ
びスリット形状内照度分布の算出が可能となる。なお、
この決定のための計算量は膨大なものとなるため、本実
施例の半導体露光装置では、本体制御部７２内のメモリ
上に、設計段階において各照明モード毎に計算した、レ
チクル平均回折率、レチクル透過率、レチクル面照度
と、最適スリット形状およびスリット形状内照度分布の
代表的なデータを予め用意しておき、前述のレチクル平
均回折率、レチクル透過率、レチクル面照度の計測値か
ら補間計算により、容易に最適スリット形状およびスリ
ット形状内照度分布が求められるようにしている。

【００５５】前記最適スリット形状およびスリット形状
内照度分布が決定されると、これらのデータは、本体制
御部７２から照明系制御部７１に送られ、照明系制御部
７１は、図３の可変スリット４３のモータ１１０〜１１
３および１２０〜１２３を駆動することにより、最適ス
リット形状を実現し、また、第２ズームレンズ３６のモ
ータ３７を駆動することにより、最適スリット形状内照
度分布を実現する。

【００５６】本実施例の半導体露光装置は上記動作後、
レチクルステージ５２を移動することにより、透明なダ
ミーレチクル５１を照明領域に移動させ、最適スリット
形状およびスリット形状内照度分布が実現されているか
を、照度ムラ測定器６４を用いて計測する。この照度ム
ラ測定器６４は、スキャン方向に長い計測範囲を有する
リニアＣＣＤセンサであり、これを像面位置に移動させ
て、スリット上の１点のスキャン方向の光エネルギ分布
を計測する。この後、上記計測をスリット上の複数点で
実施し、最適値が実現されていることの確認を行ない、
もし、誤差がある場合には、可変スリット４３および第
２ズームレンズ３６の微調整を実施する。なお、当然、
スリット方向の積算露光量の均一化のため、ここで実現
されたスキャン方向の光エネルギ分布は、スキャン方向
に積分すると、どのスリット位置においても同じ値にな
るべきものである。

【００５７】以上の設定が完了すると、本実施例の半導
体露光装置は、レチクルステージ５２をスキャンスター
ト位置に戻し、次に示す「Ｈ．高精度積算露光量制御」
のためのレチクル反射率計測に移る。

【００５８】なお、本実施例では、露光非点収差の変化
をさらに最小にするために、露光中においても、投影レ
ンズ６０に入射する総光エネルギを光検出器３９の出力
値とレチクル透過率とから計算し、露光中に最適スリッ
ト照明形状および光エネルギ分布の微調整を自動的に実
行するようにしている。また、本実施例の半導体露光装
置では、一定時間毎に、図１で示す顕微鏡４７を露光領
域に挿入し、θＺステージ６３上に取り付けられている
基準マークブロック上の縦、横パターンをＣＣＤカメラ
４９で計測し、露光非点収差が確実に許容範囲に収まっ
ていることを確認可能なようにしている。

【００５９】Ｈ．高精度積算露光量制御 本実施例の半導体露光装置では、前記「Ｇ．露光非点収
差軽減」のためのスリット形状およびスリット形状内照
度分布の決定後、積算露光量制御をより高精度に実施す
るのに必要なレチクル反射計測に入る。以下に、レチク
ル反射計測および実際の露光動作の説明を行なう。

【００６０】（１）照明系制御部７１から点灯装置２に
対してｉ線ランプ１に投入する指令電力を伝え、点灯装
置２はこの指令電力をｉ線ランプ１に投入する。

【００６１】（２）次に、レチクルステージ５２をスキ
ャンスタート位置に移動させ、この時のレチクル面照度
検出器３９の計測値を基準照度として記憶しておく。な
お、レチクルステージ５２がスキャンスタート位置にあ
る場合には、照明系からの光束は照明系に戻らないよう
になっている。すなわち、レチクル反射光が全くレチク
ル面照度検出器３９に戻っていない状態である。

【００６２】（３）レチクルステージ５２を、通常露光
時よりも十分遅いスピードで全露光領域についてスキャ
ン動作させ、各レチクル位置毎のレチクル面照度検出器
３９の計測値を、照明系制御部７１内のメモリに記憶す
る。

【００６３】（４）照明系制御部７１内のＣＰＵは、上
記計測後、レチクル各位置におけるレチクル面照度検出
器３９の計測値から、上記（２）で計測した計測値の引
き算を実行し、これをレチクル反射計測値として、レチ
クル各位置毎にメモリに記憶する。

【００６４】（５）以上の計測後、本実施例の半導体露
光装置は、実際のウエハ処理動作に入る。実際のウエハ
処理では、まず、ウエハの搬入と並行して、上記（２）
と同様の動作を実行し、現在のレチクル面照度を計測
し、このレチクル面照度から、目標露光量を達成するた
めに必要なスキャンスピードを決定する。また、このレ
チクル面照度と、上記（２）で求めた基準照度の比率を
計算し、この比率から、上記（４）で求めたレチクル反
射計測値を補正計算し、現在のレチクル反射計測値とし
て、レチクル各位置毎にメモリに記憶する。

【００６５】（６）上記動作後、本実施例の半導体露光
装置は、プリアライメント計測、ファインアライメント
計測、フォーカス計測等を実行した後、レチクル５０お
よびウエハ６１を投影系６０の縮小比率と同じ速度比率
で、矢印５９および５８のように、互いに逆方向にスキ
ャンさせながら、レチクル５０の全面のパターンをウエ
ハ６１上の１チップ領域に転写していくスキャン露光動
作をスタートする。

【００６６】（７）スキャン露光動作がスタートし、各
ステージが露光領域の直前に来た時に、高速露光シャッ
タ７を開放させる。

【００６７】（８）高速露光シャッタ７を開放させる
と、レチクル面照度検出器３９でレチクル面照度が計測
可能になる。ここで、本実施例の半導体露光装置では、
上記レチクル面照度検出器３９の計測値をレチクル面照
度とはせず、この計測値から、上記（５）で求めた、現
在のレチクル位置毎のレチクル反射計測値を引き算した
値をレチクル面照度とし、この値が常に上記（５）で記
憶した現在のレチクル面照度と同じになるように点灯装
置２の電力制御を行なう。この動作はスキャン露光動作
中続行する。

【００６８】（９）スキャン露光動作が完了すると、点
灯装置２に対する電力指令値を上記（１）で指令した投
入電力指令値に固定し、高速露光シャッタ７を閉じる。

【００６９】以上の動作により１ショット分の露光動作
が完了し、同様な動作を繰り返すことによりウエハ全面
へのスキャン露光を完了させる。

【００７０】なお、本発明は、上述実施例に限定され
ず、以下のように、種々変形して実施することができ
る。 放電灯の光束を１つの特定波長を検出する検出器で
検出し、放射光エネルギの急激な低減、放射光エネルギ
の急激な変動のうち、少なくとも１つ以上の異常状態を
検出した場合に、放電灯の点灯を中止するようにしても
よい。

【００７１】 放電灯の光束を２つ以上の特定波長を
検出する検出器で検出する代わりに、分光器により、よ
り精密な計測を行なう方法を用いてもよい。

【００７２】 上述の実施例では、ｉ線ランプの場合
について記述したが、本発明はｇ線ランプ等、他の放電
灯を用いた半導体露光装置にも容易に適用可能なもので
ある。

【００７３】 照明系内で点灯している放電灯のアー
ク形状を計測する計測系で放電灯のアーク形状や大きさ
に異常が発生した場合には、放電灯の点灯を中止するよ
うにしてもよい。

【００７４】 放電灯のアーク形状を水平方向から計
測するのではなく、ズームレンズによる投影アーク像が
最適になったかどうかの確認を可能なようにしてもよ
い。具体的構成としては、上述の実施例において、ミラ
ー３３を透過率１〜２％程度のミラーとし、この後ろに
結像レンズとＣＣＤカメラ１９を配置する。

【００７５】 上述実施例では、アーク形状の計測に
ＣＣＤカメラを使用したが、ＣＣＤカメラの代わりに、
リニアＣＣＤを用いてもよい。

【００７６】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を
説明する。図１１は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によっ
て作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程で
あり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て、半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００７７】図１２は上記ウエハプロセス（ステップ
４）の詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）では
ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）で
はウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極
形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち
込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジ
ストを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明し
た露光装置または露光方法によってマスクの回路パター
ンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光す
る。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像す
る。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト
像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥
離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取
り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによっ
て、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００７８】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造するこ
とができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、放
電灯の点灯状態を検出する点灯状態検出手段を設け、放
電灯の点灯状態に応じて放電灯の点灯状態を制御しまた
は補正するようにしたため、正常な露光動作が行なわれ
ずに多量の不良露光が行なわれる事態を回避することが
できる。また、従来の露光装置のわずかな改良で、放電
灯の放射光束が安定しているかどうかの確認ができるた
め、露光動作の信頼性を格段に向上させることができ
る。

【００８０】また、放電灯の点灯状態として、放電灯の
アーク形状を計測するようにしたため、放電灯の種煩
差、部品差等による放電灯のアーク形状の差や経時変化
によるアーク形状の変化があった場合でも、光学的な性
能の変化を最小にすることができる。また、アーク形状
が所定の形状または大きさでない場合に、装置全体の運
転を中止し、所定の警報または表示を行なうことによ
り、放電灯の事故等を回避して、装置の安全性を格段に
向上させることができる。さらに、放電灯のアーク像を
所定の範囲内において任意の大きさで照明系の所定の光
学部品に投影するズームレンズを有する場合は、放電灯
のアーク形状を計測することにより、ズームレンズの動
作確認をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る半導体露光装置の全
体図である。

【図２】 図１の装置における高速露光シャッタの詳細
図である。

【図３】 図１の装置における可変スリット部の詳細図
である。

【図４】 図１の装置におけるｉ線ランプの分光出力を
示すグラフである。

【図５】 図１の装置における楕円ミラーの分光反射率
を示すグラフである。

【図６】 図１の装置における中帯域ｉ線フィルタおよ
び峡帯域ｉ線フィルタのカット特性を示すグラフであ
る。

【図７】 図１の装置におけるθＺステージ上に搭載さ
れているレチクル回折センサを示す斜視図である。

【図８】 ｉ線ランプの投入電力と純度の関係を示すグ
ラフである。

【図９】 従来および図１の半導体露光装置におけるス
リット内照度分布の説明図である。

【図１０】 図１の装置におけるｉ線ランプの半径方向
および電極方向のｉ線強度分布を示すグラフである。

【図１１】 本発明の露光装置を利用できるデバイス製
造方法を示すフローチャートである。

【図１２】 図１１中のウエハプロセスの詳細なフロー
チャートである。

【図１３】 従来の半導体露光装置の説明図である。

【符号の説明】

１：ｉ線ランプ、２：点灯装置、３：楕円ミラー、４：
遮閉板、５：モータ、６：中帯域ｉ線フィルタ、７：高
速露光シャッタ、８：アークモニタ結像レンズ、９〜１
２：ハーフミラー、１３：ミラー、１４，１５：峡帯域
ｉ線フィルタ、１６：中帯域ｉ線フィルタ、１７：峡帯
域ｇ線フィルタ、１８：広帯域フィルタ、１９：ＣＣＤ
カメラ、２０：峡帯域ｉ線検出器、２１：中帯域ｉ線検
出器、２２：峡帯域ｇ線検出器、２３：広帯域検出器、
２４：光検出器、２５：ランプハウス、３０：第１ズー
ムレンズ、３１：モータ、３２：峡帯域ｉ線フィルタ、
３３：ミラー、３４：ハエノ目、３５：絞り、３６：第
２ズームレンズ、３７：モータ、３８：平行平板、３
９：レチクル面照度検出器、４０：集光レンズ、４１：
レチクル反射光検出器、４２：マスキングブレード、４
３：スリット、４４，４６：コンデンサレンズ、４５：
ミラー、４７：顕微鏡、４８：結像レンズ、４９：ＣＣ
Ｄカメラ、５０：レチクル、５１：ダミーレチクル、５
２：レチクルステージ、６０：投影レンズ、６１：ウエ
ハ、６２：ウエハチャック、６３：θＺステージ、６
４：照度ムラ測定器、６５：基準マークブロック、６
６：レチクル回折光センサ、６７：ウエハステージ、７
０：画像処理装置、７１：照明系制御部、７２：全体制
御部、７３：ドライバ部、７４：画像処理装置、７５：
コンソール、８０：シャッタ羽根、８１：シャッタ羽根
の回転軸、８２（斜線部）：露光光束、８３：ＡＣサー
ボモータ、８４：モータ固定板、８５，８６：遮閉板、
８７〜８９：スペーサ、９０：非接触型温度計、１００
ａ〜１００ｋ：上部スリット板、１０１ａ〜１０１ｋ：
下部スリット板、１０２ａ〜１０２ｋ，１０３ａ〜１０
３ｋ：ガイド部、１０４ａ〜１０４ｋ，１０５ａ〜１０
５ｋ：回転可能突起部、１０６，１０７：バネ板、１１
０〜１１３，１２０〜１２３：モータ、２００：パター
ン、２０１：スリット状照明。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電灯を露光光源として用いる露光装置
   において、前記放電灯の点灯状態を検出する点灯状態検
   出手段と、この検出結果に基づいて前記放電灯の点灯状
   態を制御しまたは補正する点灯状態制御手段とを具備す
   ることを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記点灯状態検出手段は、前記放電灯の
   放射光エネルギの急激な低減または変動を検出するもの
   であり、前記点灯状態制御手段は、前記放射光エネルギ
   の急激な低減または変動が検出された場合、前記放電灯
   の点灯を中止するものであることを特徴とする請求項１
   に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記点灯状態検出手段は、前記放電灯か
   らの光束のうち２つ以上の所定の波長の光を検出する検
   出器により、前記放電灯の放射光エネルギの急激な低
   減、放射光エネルギの急激な変動、または分光出力異常
   を検出するものであり、前記点灯状態制御手段は、前記
   放射光エネルギの急激な低減、放射光エネルギの急激な
   変動、または分光出力異常が検出された場合、前記放電
   灯の点灯を中止するものであることを特徴とする請求項
   １に記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記放電灯の点灯を中止する場合は、装
   置全体の運転を中止し、所定の警報または表示を行なう
   手段を有することを特徴とする請求項２または３に記載
   の露光装置。
5. 【請求項５】 前記放電灯からの光により露光のための
   照明光を形成する照明系を備え、前記点灯状態検出手段
   は、前記放電灯のアーク形状を計測するアーク形状計測
   手段を有し、前記点灯状態制御手段は、前記放電灯のア
   ーク像を所定の範囲内において任意の大きさで前記照明
   系の所定の光学部品に投影するズームレンズを有し、前
   記アーク形状の計測結果に基づき、前記光学部品に投影
   するアーク像の大きさを所定の大きさに補正する機能を
   有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
   記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記点灯状態検出手段は、前記放電灯の
   アーク形状を計測するアーク形状計測手段を有し、前記
   点灯状態制御手段は、前記アーク形状の計測結果に基づ
   き、アーク形状が所定の形状または大きさでない場合
   に、前記放電灯の点灯を中止するものであることを特徴
   とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記アーク形状の計測結果に基づき、ア
   ーク形状が所定の形状または大きさでない場合に、装置
   全体の運転を中止し、所定の警報または表示を行なう手
   段を有することを特徴とする請求項５または６に記載の
   露光装置。
8. 【請求項８】 前記放電灯はｉ線ランプであることを特
   徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装
   置。
9. 【請求項９】 前記放電灯はｇ線ランプであることを特
   徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の露光装
   置。
10. 【請求項１０】 照明系を用いて放電灯からの光により
    照明光を形成し、この照明光で露光を行なうことにより
    デバイスを製造する方法において、前記放電灯の点灯状
    態を検出し、この検出結果に基づいて前記放電灯の点灯
    状態を制御しまたは補正することを特徴とするデバイス
    製造方法。
11. 【請求項１１】 前記放電灯の点灯状態として、前記放
    電灯の、放射光エネルギの急激な低減または変動、分光
    出力異常、もしくはアーク形状を検出し、前記放射光エ
    ネルギの急激な低減または変動もしくは分光出力異常が
    検出された場合、あるいはアーク形状が所定の形状また
    は大きさでない場合は、前記放電灯の点灯を中止するこ
    とを特徴とする請求項１０に記載のデバイス製造方法。
12. 【請求項１２】 前記照明光の形成に際しては前記照明
    系の所定の光学部品に対して前記放電灯のアーク像を投
    影し、前記放電灯の点灯状態として、前記放電灯のアー
    ク形状を計測し、その計測結果に基づき、前記光学部品
    に投影する前記放電灯のアーク像を所定の大きさに制御
    することを特徴とする請求項１０に記載のデバイス製造
    方法。
13. 【請求項１３】 前記光学部品は前記照明光を均一にす
    るためのハエノ目レンズであることを特徴とする請求項
    １２に記載のデバイス製造方法。