JP2001237169A - 露光量制御方法、デバイス製造方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照度むらを発生させず、あるいは露光量制御
精度を悪化させることなく、露光量制御のために必要な
スペースを小さくする。 【解決手段】 露光光源１から射出された露光光を、光
強度均一化光学系４，６，７を介して原版１０に照明
し、照明された原版のパターンを基板１２上に投影して
露光するに際し、光強度均一化光学系のうちの最も原版
に近いもの６，７よりも光源側において露光光から分岐
した光束の照度を第１の照度計測手段２０により計測
し、この計測出力に基づいて基板に対する露光量の制御
を行うとともに、基板とほぼ共役な位置において第２の
照度計測手段１６により照度を計測し、この計測出力に
基づいて第１の照度計測手段の校正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等を
製造するためのリソグラフィ工程中で使用される投影露
光装置等に適用できる露光量制御方法、デバイス製造方
法および露光装置に関する。特に、マスク上のパターン
の一部を感光性の基板上に投写した状態で、そのマスク
および基板を投影光学系に対して同期させて走査移動す
ることにより、そのマスクのパターンを逐次その基板上
の各ショット領域に転写露光する、ステップ・アンド・
スキャン方式等の走査露光型投影露光装置に適用して好
適なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、露光用光源からの光を用いてパ
ターンを均一に照明する照明装置と、照明されたパター
ンを基板上に投影する投影光学系とを備えた従来の走査
型投影露光装置を示す。なお、以下の説明は水銀ランプ
等の発散光源を用いたものについて行うが、レーザ等の
指向性をもった光源を用いたものについても同様の説明
を適用することができる。同図において、１は光源であ
り、２は光源１から放射された光束を集光するための集
光ミラーである。光源１から発散された光線は集光ミラ
ー２で集光され、光学系３を通り、後述の減光装置１８
を経て内面反射部材４に入射する。

【０００３】内面反射部材４は入射した光線が内面反射
部材４の側面で複数回反射することによって、内面反射
部材４の入射面で不均一であった光強度分布を内面反射
部材４の出射面で均一化する。内面反射部材４として
は、例えば、向かい合って配置された鏡であっても良い
し、単にロッド状の硝材であっても良い。ロッド状の硝
材の場合には、光線がロッド状の硝材の側面に当たった
際に、硝材と空気の屈折率差により全反射するように設
計し、側面を研磨面に加工する必要がある。

【０００４】５は光学系であり、内面反射部材４の出射
面に形成された均一な光強度分布をハエノ目レンズ６の
入射面に投影する。ハエノ目レンズ６は入射面と出射面
が互いの面のパワーの焦点となっているロッドレンズを
束ねたものであり、同一角度でロッドレンズに入射した
光束はロッドレンズの出射面で集光し、全体としてハエ
ノ目レンズ６の出射面に多数の集光点を形成する。

【０００５】７はハエノ目レンズ６の出射面に形成され
た集光点群を２次光源として利用することによって照明
領域を均一に照明するための光学系である。投影露光装
置の場合には照明領域を制御する必要があるので、直接
照明領域を照明せずに、一度マスク面と共役な位置で均
一な光強度分布を実現している。８は照明領域を制御す
る絞りであり、その位置が前記マスク面と共役な位置と
なっており、ここでの均一な光強度分布をリレー光学系
９により投影し、照明領域であるマスク１０を照明する
構成となっている。

【０００６】照明領域を制御する絞り８は可動であり、
マスク１０の照明領域に合わせて絞り８を移動させるこ
とができる。図では１組の絞りしか記載していないが、
実際には少なくとも２組の絞りからなっている。そのう
ちの１組は基板上の露光領域を制限するためのものであ
って、露光領域の始めと終わりにおいて、基板と同期し
て動く。もう１組は、照明光の照明領域を制御するため
のものであって、露光中は固定である。この絞りは走査
方向と垂直方向の露光領域の幅を変えたり、後述の露光
量を制御するために照明領域の走査方向の幅を変えた
り、走査方向と垂直方向の露光むらをなくすために、場
所ごとに幅を変えるために駆動される。

【０００７】１１はマスク１０上のパターンを基板１２
上に結像するための投影光学系であり、前述の照明系に
より実現される均一な照明光によって照明されたマスク
１０上のパターンを、基板１２上に塗布された感光剤に
感光させ、パターンを転写する。投影光学系１１はマス
ク１０の位置や基板１２の位置が光軸方向にずれても投
影倍率が変化しないように、テレセントリックな系にな
っている。この露光装置は走査型投影露光装置であるた
め、マスク１０と基板１２は同期して走査される。ま
た、マスク１０が移動することから、それにともない照
明領域も変わるため、照明領域を制御する絞り８も同期
して動く。

【０００８】１３は基板１２と照度センサ１４が載せら
れた可動なステージであり、基板１２上へ走査露光する
ためのスキャン移動、および複数のショットを露光する
ためのステップ移動ができ、さらに、基板と同じ位置で
照度を計測するために照度センサ１４を基板１２が露光
の際に存在するのと同じ位置に移動させることができる
ようになっている。

【０００９】半導体素子等の製造に用いられる投影露光
装置の場合は、マスク１０上のパターンを基板１２上に
良好に転写するために、基板１２上に塗布された感光剤
とマスク１０のパターンとに依存した、適切な露光量を
基板１２に露光する必要がある。例えば、ポジティブパ
ターンとネガレジストを使用した場合、適切な露光量以
下の露光がされると感光不足となり、パターンの線が細
ったり、線が途中で切れてしまったりする。一方、適切
な露光量以上の露光がされると、感光過多となってパタ
ーンの線が太り、隣の線とつながってしまったりする。
また、ネガティブパターンとポジレジストを使用した場
合は、適切な露光量以下の露光がされると、感光不足と
なって、パターンの線が太り、隣の線とつながってしま
ったりする。一方、適切な露光量以上の露光がされる
と、感光過多となり、パターンの線が細ったり、線が途
中で切れてしまったりする。いずれにせよ適切な露光量
でない露光を行うと、基板上に適切なパターンを形成す
ることができず、歩留りの低下を招くことになる。

【００１０】この走査型投影露光装置の露光量は、照明
領域の走査方向の長さをｓ、基板１２上の照度をＩ、そ
してスキャンスピードをυとすれば、ｓ×Ｉ／υとな
る。よって、この走査型投影露光装置の露光量を制御す
るためには、照明領域の走査方向の長さｓ、基板１２上
の照度Ｉまたはスキャンスピードυのうちの少なくとも
１つを制御することになる。照明領域の走査方向の長さ
ｓは、照明領域を制御する絞り８を動かすことにより変
えることができ、スキャンスピードυは、基板１２、マ
スク１０および照明領域を制御する絞りの走査スピード
を変えることによって変えることができる。

【００１１】減光装置１８は光路中に置かれ、透過率が
可変であり、基板１２上の照度Ｉを所定の照度になるよ
うに制御する。透過率が可変な減光装置１８としては、
例えば、ターレット上に数種の透過率の異なる光学部材
を配置し、それを選択することにより透過率を可変にす
る減光装置や、光線となす角度によって反射率の異なる
ミラーの角度を変えて透過率を可変とする減光装置など
がある。実際の投影露光装置においては、光源１の出力
にチラツキがあるために、露光中の照度を計測して定照
度制御を行わなければ、基板１２上の露光量域内で、露
光量が一定ではなく、露光ムラができてしまう。

【００１２】このような露光ムラを防ぐために定照度制
御を行う必要があるが、マスク１０上のパターンの基板
１２上への転写中に基板１２上の照度を直接計測して定
照度制御を行うことはできない。また、露光光の光路中
で照度を計測すると、照度センサの影が基板１２上にで
きるため、基板１２上ヘマスク１０上のパターンを転写
する際に影響を及ぼす。したがって、基板１２と共役
で、かつ露光光の光路から分岐された位置において照度
を計測し、露光量制御を行っている。

【００１３】１５は基板１２と共役でかつ露光光の光路
から分岐された位置を作り出すために光路中に差し込ま
れた反射率の非常に低いハーフミラーであり、露光光の
光軸に対して斜めに配置され、露光光を分岐して照度を
計測する照度センサ１６の位置に基板１２と共役でかつ
露光光の光路から分岐された位置を作っている。基板１
２と共役な位置で照度を計測するのは、光源１の発光中
心の揺らぎ等の時間的変化があっても基板１２上の照度
と一対一の対応を取るためである。

【００１４】適正露光量を基板１２上に露光するため
に、基板１２を露光する前に、ステージ１３上に取り付
けられた照度センサ１４を照明領域に移動させて較正を
行う。較正は、ダミー露光を行い、照度センサ１４と１
６の出力を比較することによって行う。基板１２を露光
する際には、定照度制御を行うための制御装置１７が、
照度センサ１６の出力に基いて定照度制御を行う。

【００１５】１９は露光光の光路を開閉するシャッタで
ある。一括露光型の投影露光装置の場合は、基板上の露
光量が適切な露光量に達した時点でシャッタを閉じるこ
とによって、露光量を制御することができる。しかし、
走査型投影露光装置の場合は走査が終了するまでは露光
を終了することはできないので、シャッタの開閉を用い
て、露光量を制御することはできない。この走査型投影
露光装置において、シャッタ１９は、ショット間のステ
ップ移動もしくは露光作業をしていないときに照明系の
劣化が発生しないように照明光を遮るために使用され
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ハーフミラーを光学系
に使用する場合は、光学の法則から容易に導かれるよう
に、ハーフミラーの垂線と光線のなす角が大きくなるに
つれて、光線の偏光状態による反射率の差が大きくな
る。このため、図２の従来技術においてハーフミラー１
５の垂線と光軸のなす角が大きいと、ハーフミラー１５
の後で偏光状態毎の光強度が異なり、このことが照明領
域上の照度むらを引き起こす。また、光源１の偏光状態
が時間とともに変化する場合には、照度センサに到達す
る光量と、基板１２上に到達する光量の比が変化してし
まい、露光量制御精度が悪化する。よって、照明領域に
おいて均一な照明を行い、かつ良好な露光量制御を行う
ためには、ハーフミラー１５を光軸に対してなるべく直
交するようにしなければならない。しかも同時に、ハー
フミラー１５によって反射された光線が、蹴られること
なく、照度センサ１６に到達するようにしなければなら
ない。しかしながら、これら２つの条件を満足するよう
に、ハーフミラー１５を光路中に挿入しようとすると、
ハーフミラー１５とハーフミラー１５直前のレンズとの
間隔を大きく取らなければならないことになる。そのた
め、基板１２上の露光量を制御するために必要なスペー
スは大きくなってしまっている。

【００１７】一方、近年、投影露光装置に求められる性
能の向上のために、投影露光装置の光学系は非常に複雑
になり、大型化する傾向がある。そこで、少しでも投影
露光装置のサイズを小さくするために、露光量を制御す
るために必要なスペースを、なるべく小さくしたいとい
う要請が強くなっている。しかし、このスペースを小さ
くしようとすると、前述のように、照度むらが発生した
り、露光量制御精度が悪化したりするという問題が生じ
ることになる。

【００１８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑み、露光量制御方法、デバイス製造方法および露光装
置において、照度むらを発生させず、あるいは露光量制
御精度を悪化させることなく、露光量制御のために必要
なスペースを小さくすることを課題とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の露光量制御方法は、露光光源から射
出された露光光を、光強度均一化光学系を介して原版に
照明し、照明された原版のパターンを基板上に投影して
露光するに際し、前記光強度均一化光学系のうちの最も
前記原版に近いものよりも光源側において露光光から分
岐した光束の照度を第１の照度計測手段により計測し、
この計測出力に基づいて前記基板に対する露光量の制御
を行うとともに、前記基板とほぼ共役な位置において第
２の照度計測手段により照度を計測し、この計測出力に
基づいて前記第１の照度計測手段の校正を行うことを特
徴とする。

【００２０】第２の露光量制御方法は、第１の露光量制
御方法において、前記第２の照度計測手段により照度を
計測し、この計測出力に基づいて前記基板上の照度が所
定の値となったときの前記第１照度計測手段の出力を記
憶する第１の記憶工程を備え、前記基板の露光中は、前
記第１照度計測手段の出力が前記記憶した出力に一致す
るように制御を実行することを特徴とする。

【００２１】第３の露光量制御方法は、第２の露光量制
御方法において、前記第２照度計測手段の計測出力に基
づく照度の制御を行うことができるように、所定のタイ
ミングで第３の照度計測手段により前記基板と同位置に
おける照度を計測するとともに前記第２照度計測手段で
前記基板とほぼ共役な位置での照度を計測し、そしてこ
れらの計測結果に基づくこれら２つの位置での照度の関
係を記憶する第２の記憶工程を備えることを特徴とす
る。

【００２２】第４の露光量制御方法は、第３の露光量制
御方法において、前記第１記憶工程を行う間隔をＴ１と
し、前記第２記憶工程（第２照度計測手段のキャリブレ
ーション）を行う間隔をＴ２とすると、Ｔ２＞Ｔ１であ
ることを特徴とする。

【００２３】第５の露光量制御方法は、第２〜第４のい
ずれかの露光量制御方法において、前記第１記憶工程
は、前記基板の露光を行っていない所定のタイミングに
おいて前記第２照度計測手段を露光光の光路中に挿入し
て行うとともに、前記基板の露光中は前記第２照度計測
手段を露光光の光路中から抜き取ることを特徴とする。

【００２４】第６の露光量制御方法は、第２〜第５のい
ずれかの露光量制御方法において、前記基板の露光は、
前記照明光で前記原版のパターンの一部を照明し、前記
基板上に投影した状態で、前記原版と基板とを同期して
走査することによって、前記原版のパターンを前記基板
上に逐次転写露光する走査型投影露光であり、前記第２
照度計測手段は、前記原版とほぼ共役な位置に配置され
た可変絞りの上に配置されていることを特徴とする。

【００２５】第７の露光量制御方法は、第６の露光量制
御方法において、前記原版の転写領域に応じて照明領域
を制御するために、前記可変絞りが前記照明光の少なく
とも一部を遮光している際に、前記第１記憶工程を行う
ことを特徴とする。

【００２６】第８の露光量制御方法は、第２〜第４のい
ずれかの露光量制御方法において、前記第１記憶工程
は、前記基板の露光を行っていない所定のタイミングに
おいて反射鏡を露光光の光路中に挿入することにより分
岐させた光路上に前記基板とほぼ共役な位置を形成して
行い、前記基板の露光中は、前記反射鏡を露光光の光路
中から抜き取ることを特徴とする。

【００２７】第９の露光量制御方法は、第２〜第８のい
ずれかの露光量制御方法において、前記第１記憶工程
を、前記基板上の各露光領域に対するそれぞれの露光の
直前に行うことを特徴とする。

【００２８】第１０の露光量制御方法は、露光光源から
射出された露光光を、光強度均一化光学系を介して原版
に照明し、照明された原版のパターンを基板上に投影し
て露光するに際し、前記光強度均一化光学系のうちの最
も前記原版に近いものよりも光源側において露光光から
分岐した光束の照度を第１の照度計測手段により計測
し、この計測出力に基づいて前記基板の露光中において
被露光域が一定照度となるように制御を行うことを特徴
とする。

【００２９】そして、第１１の露光量制御方法は、第１
０の露光量制御方法において、さらに、前記基板とほぼ
共役な位置において第２の照度計測手段により照度を計
測し、この計測出力に基づいて前記第１の照度計測手段
の校正を行うことを特徴とする。

【００３０】また、本発明のデバイス製造方法は、露光
用の光源から射出された露光光を、光強度均一化光学系
を用いて略均一な照明光とし、この照明光で原版を照明
し、照明された原版のパターンを基板上に投影して露光
することによりデバイスを製造するに際し、前記露光
を、第１〜第１１のいずれかの露光量制御方法により露
光量を制御しながら行うことを特徴とする。

【００３１】また、本発明の第１の露光装置は、露光用
の光源から射出された露光光を、光強度均一化光学系を
用いて略均一な照明光とし、この照明光で原版を照明
し、照明された原版のパターンを基板上に投影して露光
する露光装置において、第１〜第１１のいずれかの露光
量制御方法を行う手段を具備することを特徴とする。

【００３２】そして、第２の露光装置は、第１の露光装
置において、前記露光は前記原版と前記基板とを同期さ
せながら走査して行うことを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】光強度均一化光学系とは、均一で
ない光強度分布を、所定の位置の、所定の範囲で均一に
する光学系をいう。例えば、図２の内面反射部材４は、
入射面で均一でない光強度分布を、出射面において内面
反射部材４の開口内で均一化する光強度均一化光学部材
（光学系）である。また、ハエノ目レンズ６と、ハエノ
目レンズ６の出射面を瞳面とする光学系７からなる光学
系は、ハエノ目レンズ６の入射面で均一でない光強度分
布を、ハエノ目レンズ６の出射面を瞳面とする光学系か
らなる光学系の像面で、ハエノ目レンズ６からの出射角
と光学系７の焦点距離で決まる照明範囲で均一化する光
強度均一化光学系である。

【００３４】後述実施例の構成においては、従来は、基
板に最も近い光強度均一化光学系よりも基板側におい
て、基板とほぼ共役な位置でかつ照明光から分岐された
位置に配置された照度センサの出力に基づいて露光量制
御を行っていたのに対し、基板に最も近い光強度均一化
光学系よりも光源側に配置した第１照度計測手段の出力
に基づいて露光量制御を行うことによって課題を解決し
ている。すなわち、基板に最も近い光強度均一化光学系
よりも光源側において、ハーフミラーを挿入する等によ
り第１照度計測手段ヘ露光光を分岐させているため、前
述のようなハーフミラーと光軸のなす角に起因するハー
フミラー後の偏光状態による光強度の差が生じても、こ
の差は光強度均一化光学系によって均一化されるので、
基板上の照度むらを生じさせない。したがって、ハーフ
ミラーと光軸のなす角について注意を払う必要がなく、
ハーフミラー設置のためのスペースが小さくなる。

【００３５】ただし、第１照度計測手段は、光強度均一
化光学系により均一化される前の照度を計測するため、
光源の発光部の位置ずれ等の時間的な変化により計測位
置における照度むらが変化し、その影響を受けて計測照
度が変化してしまう。一方、基板上の照度は光強度均一
化光学系によって、前述の時間変化による照度むらの変
化を緩和しているので、前述の時間変化による照度の変
化がほとんどない。したがって、基板上の照度と第１照
度計測手段の出力との対応が、時間経過とともに変わる
可能性がある。そのため、あるタイミングで基板上の照
度と第１照度計測手段の出力との関係を対応づけても、
時間が経過するうちに関係が変わってしまう可能性があ
る。つまり第１照度計測手段が同じ値を出力している場
合でも、はじめは基板上が所望の照度であり、最適露光
量で露光されているが、時間が経つうちに基板上の照度
が低下して露光不足となったり、逆に、基板上の照度が
上昇して露光過多になったりして、歩留りを低下させる
可能性がある。

【００３６】また、基板上と第１照度計測手段は共役関
係にないため、それぞれの照度の関係が照明条件によっ
て異なる可能性がある。照明条件とは、露光装置のコヒ
ーレンスファクタや、輪帯照明等の変形照明等の有効光
源の形状のことをいうが、有効光源の形状を変えるため
に、第１照度計測手段のある場所と基板上との間に、光
束を蹴る絞りを設ける場合がある。そのため、基板上の
照度と第１照度計測手段の照度の関係は、照明条件が異
なれば、変わってしまう可能性がある。

【００３７】そこで、さらにこの点を考慮し、基板と共
役な位置に配置した第２照度計測手段の出力と、第１照
度計測手段の出力との関係付けを短い間隔で行うことに
より、第１照度計測手段の出力を用いて基板上の露光量
制御を行っても、基板が最適露光量で露光されるように
している。この場合、第２照度計測手段は基板の非露光
時に照度を測ることができれば良いので、第２照度計測
手段に到達する光はハーフミラーで分岐させたものとす
る必要がない。したがって、ハーフミラーを用いないこ
とにより、第２照度計測手段の出力が光源の偏光状態に
より影響を受けないようにすることができる。

【００３８】また、第２照度計測手段の出力と第１照度
計測手段の出力との関連付けを短い間隔で行うことによ
り、スループットの低下を招くことがないようにする必
要がある。また、この基板と共役な位置の第２照度計測
手段は、露光に影響を与えるものであってはならない。
そのため、第１照度計測手段の出力との関係づけをする
ときに、第２照度計測手段を光路中に挿入するか、もし
くは反射鏡を光路中に挿入して第２照度計測手段に露光
光が当たるようにしている。

【００３９】第２照度計測手段を光路中に挿入する場
合、挿入するための機構を設けてもよいが、走査型投影
露光装置の場合は、走査露光開始前に原版と基板の同期
を取る間と、露光領域に合わせて照明領域を制御するた
めに全照明領域が露光領域に入る間に、照明光を全部も
しくは一部遮るための可動絞りが基板と共役な位置に配
置されている。よって、この可動絞り上に第２照度セン
サを配置することによって新たに時間のロスを発生させ
ることなく第２照度センサを光路中に挿入することがで
きるようにしている。

【００４０】また、第４の露光量制御方法では、第２照
度センサ以降の光学系に時間的変化があったとしても、
ある間隔Ｔ２で第２照度計測手段をキャリブレーション
することによって、基板上の照度が所望の照度になるよ
うに定照度制御を行うことができるようにしている。

【００４１】図１は本発明の第１の実施例に係る露光装
置を示す。図２の従来例と異なるのは、照明面に最も近
い光強度均一化手段であるハエノ目レンズ６よりも光源
側にハーフミラー１５を備え、ハーフミラー１５で分岐
した光路上に第１の照度センサ２０を設け、可変絞り８
上に第２の照度センサ１６を配置している点にある。照
度センサ１６は可変絞り８のうちの、露光領域を制御す
る絞り上に配置されているのが望ましい。なお、ステー
ジ１３上に配置された照度センサ１４は、本発明におけ
る第３の照度センサに相当する。

【００４２】図５は、この構成において、基板１２上の
露光量が適正露光量になるように露光する露光量制御動
作を示すフローチャートである。制御動作を開始する
と、まず、ステップ４００１において、基板１２上の照
度と第２照度センサ１６の出力を関係づける。関係づけ
る方法としては、例えば、ステージ１３上の照度センサ
１４を照明領域内に移動し、可変絞り８上の照度センサ
１６とステージ１３上の照度センサ１４に同時に光が当
たるような場所に可変絞り８を移動し、そしてダミー露
光をすることによって照度センサ１４で計った基板１２
上の照度と、照度センサ１６の出力を関連付ける方法
や、ステージ１２上の照度センサ１４を照明領域に移動
し、可変絞り８を動かして照度センサ１６を光路中に抜
き差しして、交互に光を当てて出力を比べる方法などが
考えられる。また、定照度化手段と各照度センサの出力
の関係を求めておく。定照度化手段とは、定照度となる
ように制御されるものであり、例えば、光源の電力、光
源の位置、ＮＤの透過率等を制御するものをいう。光源
の電力を制御して、定照度制御を行う場合、ここでは、
電力を振って、その時の照度センサの出力を計測する。

【００４３】次に、ステップ４００２において、適正露
光量等の露光に必要な情報を入力する。また、ステップ
４００３において、ウエハステージ１３上へのウエハ１
２の搬入・搬出や、必要に応じてレチクル１０の交換等
を行い、また、適正露光量を露光するのに好適な照度に
なるように、減光手段１８の透過率を設定する。さら
に、ステップ４００４において、ウエハ１２のアライメ
ントやレベリング等の、露光のための最終準備を行う。

【００４４】次に、ステップ４００５において、走査露
光を行うために可変絞り８、マスク１０およびステージ
１３の助走を開始する。また、ステップ４００６におい
て、可変絞り８上の照度センサ１６の出力に基づいて基
板１２上の照度が所望の照度になるように照度制御を行
い、その時の照度センサ２０の出力を記憶手段に記憶す
る。

【００４５】助走領域を通過して助走を終了すると、ス
テップ４００７において、露光を開始する。露光中は照
度センサ２０の出力がステップ４００６で記憶した出力
を保つように定照度制御を行う。定照度制御の方法とし
ては、光源１へ入力する電力を制御する方法などが考え
られる。

【００４６】露光がステップ４００８において終了する
と、ステップ４００９において、可変絞り８、マスク１
０およびステージ１３の減速を行う。そして、ステップ
４０１０において、ウエハを交換するかしないかを判断
する。すなわち、現在ウエハステージ１３にのっている
ウエハ１２の露光が終了していたら、ステップ４００３
に戻り、ウエハ１２を交換する。現在ウエハステージ１
３にのっているウエハ１２の露光が終了していなかった
なら、ステップ４００５に戻り、次のショットを露光す
る。

【００４７】ところで、可変絞り８上の照度センサ１６
は、可変絞り８上で可動であってもよく、また、複数の
照度センサからなっていてもよい。例えば、可変絞り８
上で可動であれば、図６のように、可変絞り８が動いて
いる間であっても、所定の位置の照度を計測することが
できる。図６（ａ）〜（ｄ）は可変絞り８が動いている
間の、第２の照度計１６の動きを模式的に表している。
図６（ａ）〜（ｃ）まででは、第２の照度計１６は一点
の照度を測り続けている。これは次の理由による。すな
わち、投影露光装置においては照明領域内において、均
一な照度となるようになっているが、多少の照度のむら
が存在する場合がある。特に走査型投影露光装置の場合
は走査方向に照度むらが存在しても、走査することによ
って平均化されてしまうため、露光領域における露光む
らにはならないので、多少の照度むらは許容されている
場合が多い。その場合、可変絞り８と一緒に照度センサ
１６が動いてしまうと、照度センサ１６の出力が揺らい
でしまい、上記のステップ４００６において、可変絞り
８上の照度センサ１６の出力に基づいて基板１２上の照
度が所望の照度になるように照度制御することが難しく
なる。これに対し、可変絞り８上の照度センサ１６が可
動であれば、可変絞り８が動いても照明領域の所定位置
の照度を計測することが可能であるため、照明領域にお
いて照度むらがあっても照度制御が可能となり、適正露
光量での露光が行いやすくなる。

【００４８】なお、照度センサ１６が可動でなくても、
照度センサ１６として、ライン照度センサを、図７のよ
うに走査方向に配置し、可変絞り８の走査速度に同期し
て順次、値を取り出す照度センサを変えることによっ
て、図６の可動な照度センサと同等の効果を得ることが
できる。さらに、走査方向に垂直な方向に複数の照度セ
ンサを配置することによって、全露光領域での露光むら
をなるべく小さくするように制御する方法なども考えら
れる。

【００４９】なお、本実施例では積算露光量制御を行わ
ず、定照度制御を行うことで以下の効果がある。すなわ
ち、照度均一化光学系を介する前に分岐した光路にて得
られる照度と、照度均一化光学系を介して照明される基
板位置での照度との関係は、露光領域とセンサの位置が
略共役な関係にならない以上、必ずしも線形関係にある
とは限らない。２次以上の複雑な関係で表される関係で
ある場合も想定される。このような場合、毎回変化する
可能性のある各パルス光の積算露光量を分岐光路上の照
度測定値の積算値より比例的に推定しても、この積算値
が実際の基板上の積算露光量に対応していない可能性も
ある。

【００５０】しかしながら、このように線形関係にない
場合でも、一方の増加が他方の増加を必然的に伴う以
上、分岐光路上のある特定の照度測定値は実際の基板上
の特定照度値に１対１対応していることには変わりな
い。よって、本実施例ではこの関係を利用し、基板上の
所定照度値に対応する一定照度値が分岐光路上で常に検
出されるように光源制御を行うようにしている。これに
より、照度均一化手段の手前で分岐した光路上で照度を
検出する構成をとりながらも、結果的に正確な露光量制
御が実現されるものである。

【００５１】図３および図４は本発明の第２の実施例に
係る露光装置を示す。第１の実施例と異なるのは、第２
の照度センサ１６が、可変絞り８上ではなく、光路に挿
入可能な反射鏡２１を挿入することによって作られる光
路中に配置されている点にある。なお、反射鏡２１は全
反射鏡であっても、ハーフミラーであってもよい。図３
は反射鏡２１が光路中に挿入されている状態を示し、図
４は反射鏡２１が光路中から抜き出されている状態を示
している。

【００５２】この構成において、基板１２上の露光量が
適正露光量になるように露光する露光量制御動作を図５
のフローチャートに従って説明する。制御動作を開始す
るとまずステップ４００１において、基板１２上の照度
と第２の照度センサ１６の出力を関係づける。関係づけ
る方法としては、例えば、反射鏡２１がハーフミラーで
ある場合には、ステージ１２上の照度センサ１４を照明
領域内に移動し、照度センサ１６とステージ上の照度セ
ンサ１４に同時に光が当たるようにし、そしてダミー露
光をすることによって照度センサ１４で計った基板１２
上の照度をハーフミラーの透過率で割ったものと照度セ
ンサ１６の出力とを関連付ける方法や、反射鏡２１が全
反射ミラーであれば、ステージ１２上の照度センサ１４
を照明領域に移動し、反射鏡２１を抜き差しして、交互
に光を当てて照度センサ１４と１６の出力を比べる方法
などが考えられる。また、第１の実施例と同様に、定照
度化手段と各照度センサの出力の関係を求めておく。

【００５３】次に、ステップ４００２において、適正露
光量等の露光に必要な情報を入力する。そして、ステッ
プ４００３において、ウエハステージ１３上へのウエハ
１２の搬入・搬出や必要に応じたレチクル１０の交換等
を行う。また、適正露光量を露光するのに好適な照度に
なるように、減光手段１８の透過率を設定する。さら
に、ステップ４００４において、ウエハ１２のアライメ
ントやレベリング等の、露光のための最終準備を行う。

【００５４】次に、ステップ４００５において、走査露
光を行うために、可変絞り８、マスク１０およびステー
ジ１３の助走を開始する。そして、ステップ４００６に
おいて、反射鏡２１を光路に挿入し、第２の照度センサ
１６の出力に基づいて基板１２上の照度が所望の照度に
なるように照度制御を行い、その時の照度センサ２０の
出力を記憶手段に記憶する。

【００５５】助走領域を通過して助走が終了すると、ス
テップ４００７において、反射鏡２１を光路から抜き出
し、露光を開始する。露光中は照度センサ２０の出力が
ステップ４００６で記憶した出力を保つように定照度制
御を行う。定照度制御の方法としては、光源１へ入力す
る電力を制御する方法などが考えられる。

【００５６】露光をステップ４００８において終了する
と、ステップ４００９において、可変絞り８、マスク１
０およびステージ１３の減速を行う。そして、ステップ
４０１０において、ウエハ１２を交換するかしないかを
判断する。すなわち、現在ウエハステージ１３にのって
いるウエハ１２の露光が終了していたら、ステップ４０
０３に戻りウエハを交換する。現在ウエハステージ１３
にのっているウエハ１２の露光が終了していなかったな
ら、ステップ４００５に戻り、次のショットを露光す
る。

【００５７】なお、本実施例は、内面反射部材４とハエ
ノ目レンズ６を備えた投影露光装置についてのものであ
るが、これに限らず、内面反射部材４とハエノ目レンズ
６の代わりに、図８に示すような、ハエノ目レンズ６と
ハエノ目レンズ２２を備えたもの、図９に示すような、
内面反射部材４と内面反射部材２３を備えたもの、図１
０に示すような、ハエノ目レンズ２２と内面反射部材２
３を備えたもの、さらには図１１に示すような、１つの
ハエノ目レンズ６を備えたものに対しても本発明を適用
することができる。それらの場合、第１の照度センサ２
０は、マスク１０に最も近い光均一化光学系（ハエノ目
レンズや内面反射部材のように光均一化効果のある光学
系）よりも光源側にあり、第２の照度センサ１６はマス
クに最も近い光均一化光学系よりも照明領域に近く、か
つ照明領域とほぼ共役な位置で照度が計測できるように
なっていればよい。

【００５８】第１の照度センサ２０はマスク１０に最も
近い光均一化光学系（ハエノ目レンズや内面反射部材の
ように光均一化効果のある光学系）よりも光源側であれ
ばよいので、図１の構成において、ハーフミラー１５を
集光ミラー２とシャッタ１９の間に配置し、照度センサ
２０を、内面反射部材４よりも光源１側に配置して、図
１２のように構成してもよい。図８の、ハエノ目レンズ
６とハエノ目レンズ２２、図９の内面反射部材４と内面
反射部材２３、図１０のハエノ目レンズ２２と内面反射
部材２３の各構成においても、同様に、光源１に最も近
い光均一化光学系よりも光源１側にハーフミラー１５お
よび照度センサ２０を配置してもかまわない。

【００５９】図１３は、図１の実施例において、光源１
の代わりに、レーザ２４を光源として用いることにより
構成した走査型投影露光装置の実施例を示す。光源をレ
ーザとした以外は図１の実施例と同じであり、定照度制
御を行なう方法としては、レーザヘの入力電圧を変える
方法や、レーザのパルス間隔を制御して、単位時間当た
りの照度を一定とする方法などが考えられる。

【００６０】＜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１４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におい
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。

【００６１】図１５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。

【００６２】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高い精度で製造するこ
とができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光強度均一化光学系のうちの最も原版に近いものよりも
光源側において露光光から分岐した光束の照度に基づい
て露光量の制御を行うようにしたため、光束を分岐する
ためのハーフミラーについての設計上の制約条件をなく
し、露光量制御のためのスペースを小さくすることがで
きる。また、露光中に、原版に最も近い光均一化光学系
と原版との間に光束を分岐するためのハーフミラーを必
要としないため、偏光による透過率差に起因する照度む
らの発生を防止することができる。かつ、基板と共役な
位置での照度測定により校正することで測定精度が保証
される。さらに、第２照度計測手段を露光光の光路中に
移動させて照度を計測する場合や、基板とほぼ共役な位
置を形成するために露光光の光路中に挿入する反射鏡と
して全反射ミラーを用いる場合は、光源の偏光状態が時
間的に変わっても、基板上に到達する光量と第２照度計
測手段に到達する光量の比は変わらないので、たとえば
第１記憶工程を、基板上の各露光領域に対するそれぞれ
の露光の直前に行うことにより、１つの露光領域内を露
光している間の短い時間の光源の偏光状態の変化しか、
露光量制御の精度に影響しないようにすることができ
る。したがって、従来に比べ、露光量制御の精度を向上
させることができる。

【００６４】これとは別に、本発明によれば前記光強度
均一化光学系のうちの最も前記原版に近いものよりも光
源側において露光光から分岐した光束の照度を第１の照
度計測手段により計測し、この計測出力に基づいて基板
の露光中において被露光域が一定照度となるように制御
を行うようにしたことで、照度均一化手段手前で分岐し
た光路上で照度検出する構成をとりながらも、結果的に
正確な露光量制御が実現されるという効果が得られるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る露光装置を示す
図である。

【図２】 従来例に係る露光装置を示す図である。

【図３】 本発明の第２の実施例に係る露光装置を示す
図である。

【図４】 図３の露光装置において、反射鏡が光路中か
ら抜き出されている状態を示す図である。

【図５】 図１または図３の露光装置における露光量制
御動作のフローチャートである。

【図６】 図１の露光装置において、照度センサが可動
な場合に、可変絞りが動いている間に所定位置の照度を
計測する様子を示す図である。

【図７】 図１の露光装置において、可変絞りが動いて
いる間にラインセンサで照度を計測する様子を示す図で
ある。

【図８】 本発明の第３の実施例に係る２つのハエノ目
を用いた露光装置を示す図である。

【図９】 本発明の第４の実施例に係る２つの内面反射
部材を用いた露光装置を示す図である。

【図１０】 本発明の第５の実施例に係る内面反射部材
とハエノ目を用いた露光装置を示す図である。

【図１１】 本発明の第６の実施例に係る内面反射部材
とハエノ目を用いた他の露光装置を示す図である。

【図１２】 第１実施例とは第１センサの位置が異なる
本発明の第７の実施例に係る露光装置を示す図である。

【図１３】 光源としてレーザを用いた本発明の第８の
実施例に係る露光装置を示す図である。

【図１４】 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１５】 図１４中のウエハプロセスの詳細なフロー
チャートである。

【符号の説明】

１：光源、２：集光ミラー、３：集光光を光強度均一化
光学系に入射させるための光学系、４：内面反射部材、
５：リレー光学系、６：ハエノ目レンズ、７：２次光源
を用いて均一照明を実現する光学系、８：可動絞り、
９：結像光学系、１０：マスク、１１：投影レンズ、１
２：基板、１３：可動ステージ、１４：ステージ上に取
り付けられた照度センサ、１５：ハーフミラー、１６：
基板と共役位置に置かれた照度センサ、１７：露光量制
御装置、１８：透過率が可変な減光装置、１９：可動シ
ャッタ、２０：第１の照度センサ、２１：光路中に挿入
可能なミラー、２２：ハエノ目レンズ、２３：内面反射
部材、２４：レーザ。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光光源から射出された露光光を、光強
   度均一化光学系を介して原版に照明し、照明された原版
   のパターンを基板上に投影して露光するに際し、前記光
   強度均一化光学系のうちの最も前記原版に近いものより
   も光源側において露光光から分岐した光束の照度を第１
   の照度計測手段により計測し、この計測出力に基づいて
   前記基板に対する露光量の制御を行うとともに、前記基
   板とほぼ共役な位置において第２の照度計測手段により
   照度を計測し、この計測出力に基づいて前記第１の照度
   計測手段の校正を行うことを特徴とする露光量制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記第２の照度計測手段により照度を計
   測し、この計測出力に基づいて前記基板上の照度が所定
   の値となったときの前記第１照度計測手段の出力を記憶
   する第１の記憶工程を備え、前記基板の露光中は、前記
   第１照度計測手段の出力が前記記憶した出力に一致する
   ように制御を実行することを特徴とする請求項１に記載
   の露光量制御方法。
3. 【請求項３】 前記第２照度計測手段の計測出力に基づ
   く照度の制御を行うことができるように、所定のタイミ
   ングで第３の照度計測手段により前記基板と同位置にお
   ける照度を計測するとともに前記第２照度計測手段で前
   記基板とほぼ共役な位置での照度を計測し、そして、こ
   れらの計測結果に基づくこれら２つの位置での照度の関
   係を記憶する第２の記憶工程を備えることを特徴とする
   請求項２に記載の露光量制御方法。
4. 【請求項４】 前記第１記憶工程を行う間隔をＴ１と
   し、前記第２記憶工程を行う間隔をＴ２とすると、Ｔ２
   ＞Ｔ１であることを特徴とする請求項３に記載の露光量
   制御方法。
5. 【請求項５】 前記第１記憶工程は、前記基板の露光を
   行っていない所定のタイミングにおいて前記第２照度計
   測手段を露光光の光路中に挿入して行うとともに、前記
   基板の露光中は前記第２照度計測手段を露光光の光路中
   から抜き取ることを特徴とする請求項２〜４のいずれか
   １項に記載の露光量制御方法。
6. 【請求項６】 前記基板の露光は、前記照明光で前記原
   版のパターンの一部を照明し、前記基板上に投影した状
   態で、前記原版と基板とを同期して走査することによっ
   て、前記原版のパターンを前記基板上に逐次転写露光す
   る走査型投影露光であり、前記第２照度計測手段は、前
   記基板とほぼ共役な位置に配置された可変絞りの上に配
   置されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか
   １項に記載の露光量制御方法。
7. 【請求項７】 前記原版の転写領域に応じて照明領域を
   制御するために、前記可変絞りが前記照明光の少なくと
   も一部を遮光している際に、前記第１記憶工程を行うこ
   とを特徴とする請求項６に記載の露光量制御方法。
8. 【請求項８】 前記第１記憶工程は、前記基板の露光を
   行っていない所定のタイミングにおいて反射鏡を露光光
   の光路中に挿入することにより分岐させた光路上に前記
   基板とほぼ共役な位置を形成して行い、前記基板の露光
   中は、前記反射鏡を露光光の光路中から抜き取ることを
   特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の露光量
   制御方法。
9. 【請求項９】 前記第１記憶工程を、前記基板上の各露
   光領域に対するそれぞれの露光の直前に行うことを特徴
   とする請求項２〜８のいずれか１項に記載の露光量制御
   方法。
10. 【請求項１０】 露光光源から射出された露光光を、光
    強度均一化光学系を介して原版に照明し、照明された原
    版のパターンを基板上に投影して露光するに際し、前記
    光強度均一化光学系のうちの最も前記原版に近いものよ
    りも光源側において露光光から分岐した光束の照度を第
    １の照度計測手段により計測し、この計測出力に基づい
    て前記基板の露光中において被露光域が一定照度となる
    ように制御を行うことを特徴とする露光量制御方法。
11. 【請求項１１】 さらに、前記基板とほぼ共役な位置に
    おいて第２の照度計測手段により照度を計測し、この計
    測出力に基づいて前記第１の照度計測手段の校正を行う
    ことを特徴とする請求項１０に記載の露光量制御方法。
12. 【請求項１２】 露光用の光源から射出された露光光
    を、光強度均一化光学系を用いて略均一な照明光とし、
    この照明光で原版を照明し、照明された原版のパターン
    を基板上に投影して露光することによりデバイスを製造
    するに際し、前記露光を、請求項１〜１１のいずれかの
    露光量制御方法により露光量を制御しながら行うことを
    特徴とするデバイス製造方法。
13. 【請求項１３】 露光用の光源から射出された露光光
    を、光強度均一化光学系を用いて略均一な照明光とし、
    この照明光で原版を照明し、照明された原版のパターン
    を基板上に投影して露光する露光装置において、請求項
    １〜１１のいずれかの露光量制御方法を行う手段を具備
    することを特徴とする露光装置。
14. 【請求項１４】 前記露光は前記原版と前記基板とを同
    期させながら走査して行うことを特徴とする請求項１３
    に記載の露光装置。