JP3309871B2 - 投影露光方法及び装置、並びに素子製造方法 - Google Patents

投影露光方法及び装置、並びに素子製造方法

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばパルス光源又は
連続発光光源からの露光光により矩形又は円弧状等の照
明領域を照明し、その照明領域に対してマスク及び基板
を同期して走査することにより、マスク上のパターンを
逐次基板上に露光する所謂スリットスキャン露光方式の
投影露光方法及び投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル(以下、
「レチクル」と総称する)のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラス
プレート等の基板上に投影露光する投影露光装置が使用
されている。最近は、半導体素子等の1個のチップパタ
ーンが大型化する傾向にあり、投影露光装置において
は、レチクル上のより大きな面積のパターンを感光基板
上に露光するという大面積化が求められている。
【0003】また、半導体素子等のパターンが微細化す
るのに応じて、投影光学系の解像力の向上も求められて
いるが、投影光学系の解像力を向上するためには、投影
光学系の露光フィールドを大きくすることが設計上及び
製造上困難であるという問題がある。特に、投影光学系
として、反射屈折系を使用するような場合には、無収差
の露光フィールドの形状が円弧状の領域となることもあ
る。
【0004】斯かる被転写パターンの大面積化及び投影
光学系の露光フィールドの制限に対応するために、例え
ば矩形、円弧状又は6角形等の照明領域(これを「スリ
ット状の照明領域」という)に対してレチクル及び感光
性の基板を同期して走査することにより、レチクル上の
そのスリット状の照明領域より広い面積のパターンを基
板上に逐次投影露光する所謂スリットスキャン露光方式
の投影露光装置が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に半導体素子等
は、基板上に多数層の回路パターンを積み重ねて形成さ
れると共に、前のレイアの回路パターンの露光を行った
投影露光装置の倍率誤差と、今回のレイアの回路パター
ンの露光を行う投影露光装置の倍率誤差とが所定の許容
値を超えて相違すると、マッチング精度が悪化して半導
体素子等の歩留まりが低下する。また、露光後の種々の
プロセスにより基板上の前のレイアのチップパターンが
伸縮し、倍率が変化している場合もある。
【0006】そこで、従来のステッパーのように基板上
の各ショット領域へレチクルのパターン像をそれぞれ一
括して露光する投影露光装置では、露光前に基板上のチ
ップパターンの所定の方向(これを「X方向」とする)
及びこれに垂直なY方向の倍率誤差(スケーリングパラ
メータ)を求め、それに応じて投影光学系のX方向及び
Y方向の倍率誤差を補正して露光を行う方法も使用され
ている。
【0007】これに対して、上記の如き従来のスリット
スキャン露光方式の投影露光装置においては、単に投影
光学系だけで倍率誤差を補正した場合には、走査方向に
垂直な非走査方向の倍率誤差の補正はできても、走査方
向の倍率誤差は十分に補正できないという不都合があっ
た。また、従来のスリットスキャン露光方式の投影露光
装置においては、スリット状の照明領域の走査方向の幅
と非走査方向の幅とが異なるため、投影光学系での露光
光吸収による熱分布の偏り、及び基板上での走査方向と
非走査方向とのショットサイズの違い等により、各ショ
ット領域内の走査方向と非走査方向との倍率誤差に差が
生じ易い傾向がある。従って、特に走査方向及び非走査
方向の倍率誤差を独立に補正できることが望まれてい
る。
【0008】本発明は斯かる点に鑑み、スリットスキャ
ン露光方式で露光を行う際において、パターニング精度
を向上させることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するために手段】本発明による第1の投影
露光装置は、例えば図1に示すように、露光光で所定形
状の照明領域(37)を照明する照明光学系(1〜1
0)と、照明領域(37)に対して転写用のパターンが
形成されたマスク(11)を保持して所定の走査方向
(−X方向)に移動するマスクステージ(12)と、照
明領域(37)内のマスク(11)のパターン像を感光
性の基板(19)上に投影する投影光学系(18)と、
基板(19)を保持してマスク(11)の移動と同期し
てその走査方向と共役な方向(X方向)に移動する基板
ステージ(21)とを有し、所定形状の照明領域(3
7)に対してマスク(11)及び基板(19)を移動
ることにより、マスク(11)のパターンを用いて基板
(19)を走査露光する投影露光装置である。
【0010】そして本発明において、例えば、投影光
学系(18)の投影倍率を補正する結像特性補正手段
(34,35,36)と、マスクステージ(12)と基
板ステージ(21)との相対速度を補正するステージ相
対速度補正手段(16,17,25)と、露光光の単位
面積及び単位時間当りの露光エネルギーを調整する露光
量制御手段(16,26〜29)とを設け、基板(1
9)上に転写されるパターンに走査方向に垂直な方向の
倍率誤差が生じないように結像特性補正手段(34,3
5,36)により投影光学系(18)の投影倍率を補正
し、基板(19)上に転写されるパターンに走査方向
(X方向)の倍率誤差が生じないようにステージ相対速
度補正手段(16,17,25)によりマスクステージ
(12)と基板ステージ(21)との相対速度を調整す
とともに、マスクステージ(12)と基板ステージ
(21)との相対速度が調整されたときに、基板(1
9)に対する露光量が目標露光量になるようにその露光
量制御手段(16,26〜29)で露光光の露光エネル
ギーを調整するようにしたものである。
【0011】次に、本発明による第2の投影露光装置
は、マスクのパターンの像を基板上に投影することによ
りその基板を露光する投影露光装置において、そのマス
クのパターンの像をその基板上に投影するための投影光
学系と、その露光によって基板上に転写されるパターン
の転写倍率を調整する調整手段と、この調整手段による
転写倍率の調整に応じて、その基板に対する露光量制御
を行う露光量制御手段とを備えたものである。 また、本
発明による第1の素子製造方法は、本発明の投影露光装
置を用いてその基板を露光する工程を含むものである。
次に、本発明による投影露光方法は、マスクのパターン
の像を基板上に投影することによりその基板を露光する
投影露光方法において、その基板上に転写されるパター
ンの転写倍率の調整に応じて、その基板に対する露光量
制御を行うものである。 また、本発明による第2の素子
製造方法は、本発明の投影露光方法を用いてその基板を
露光する工程を含むものである。
【0012】
【作用】斯かる本発明によれば、例えば予め基板(1
9)上に既に形成されているチップパターンの走査方向
及び非走査方向の倍率変化を実測しておく。そして、投
影光学系の非走査方向の投影倍率をその実測された非走
査方向の倍率変化に合わせて補正する。その投影光学系
の投影倍率を補正するための結像特性補正手段として
は、例えば投影光学系(18)の一部のレンズ間隔を制
御するか、又は一部のレンズ間の密閉空間内の気体の圧
力若しくは温度を制御する手段等を用いることができ
る。
【0013】また、走査方向でのマスク(11)から基
板(19)への本来の投影倍率をβ 0 とした場合、マス
クステージ(12)を介してのマスク(11)の走査方
向(これを「−X方向」とする)への走査速度をVとす
ると、基板ステージ(21)を介しての基板(19)の
X方向への走査速度はβ0・Vとなる。このように投影倍
率をβ0 とすると、スリットスキャン露光時のマスクス
テージ(12)に対する基板ステージ(21)の相対速
度は、β0 となる。そこで、基板(19)上のチップパ
ターンの走査方向の倍率誤差がαである場合、本発明で
はスリットスキャン露光時のマスクステージ(12)に
対する基板ステージ(21)の相対速度を、(β0+α)
とする。これにより、マスク(11)から基板(19)
に対する走査方向及び非走査方向の倍率を、既に形成さ
れているチップパターンの倍率に正確に合わせることが
できる。
【0014】また、マスク(11)に対する基板(1
9)の相対速度がβ0 から外れると、基板(19)上の
各点での露光光の照射時間が変化し、露光エネルギーを
補正しないと各点での積算露光量が目標露光量からずれ
てしまう。そこで、その露光光の単位面積及び単位時間
当りの露光エネルギーを調整する露光量制御手段(1
6,26〜29)を設け、マスクステージ(12)と基
板ステージ(21)との相対速度が調整されたときに、
基板(19)に対する露光量が目標露光量になるように
その露光量制御手段でその露光光の露光エネルギーを調
整する。これにより、走査方向の倍率誤差を調整した場
合でも、積算露光量が常に目標露光量に設定される。
【0015】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、光源としてエキシマレーザ光
源等のパルス発振型の露光光源を有するスリットスキャ
ン露光方式の投影露光装置に本発明を適用したものであ
る。図1は本例の投影露光装置の構成を示し、この図1
において、エキシマレーザ光源等のパルス発振型の光源
1から射出されたレーザビームは、シリンダーレンズや
ビームエクスパンダ等で構成されるビーム整形光学系2
により、後続のフライアイレンズ4に効率よく入射する
ようにビームの断面形状が整形される。ビーム整形光学
系2から射出されたレーザビームは、ミラー3を経てフ
ライアイレンズ4に入射する。
【0016】フライアイレンズ4から射出されたレーザ
ビームは、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリ
ッター5に入射し、ビームスプリッター5を通過したレ
ーザビームは、第1リレーレンズ6により視野絞り7上
を均一な照度で照明する。本実施例の視野絞り7の開口
部の形状は長方形である。視野絞り7を通過したレーザ
ビームは、第2リレーレンズ8、折り曲げミラー9及び
メインコンデンサーレンズ10を経て、レチクルステー
ジ12上のレチクル11を均一な照度で照明する。視野
絞り7とレチクル11のパターン形成面とは共役であ
り、視野絞り7の開口部と共役なレチクル11上の長方
形のスリット状の照明領域37にレーザビームが照射さ
れる。後述の投影光学系18の光軸に平行にZ軸をと
り、その光軸に垂直な平面内で照明領域37に対するレ
チクルRの走査方向をX方向(又は−方向)とする。X
方向は図1の紙面に平行な方向でもある。
【0017】レチクルステージ12を、レチクル支持台
13上にX方向に沿って摺動自在に支持し、レチクルス
テージ12のX方向の端部に移動鏡14を固定する。外
部のレーザ干渉計15からの測長ビームが移動鏡14で
反射され、レチクルステージ12のX方向の座標がレー
ザ干渉計15により常時モニターされている。レーザ干
渉計15により計測された座標は、装置全体の動作を制
御する主制御系16に供給され、主制御系16はレチク
ルステージ制御部17を介してレチクルステージ12の
X方向の動きを制御する。
【0018】レチクル11上のスリット状の照明領域3
7内のパターン像を、投影光学系18を介してウエハ1
9上の露光領域38に投影露光する。ウエハ19をウエ
ハホルダー20を介して、少なくともX方向に走査可能
なXYステージ21上に載置する。図示省略するも、X
Yステージ21とウエハホルダー20との間には、ウエ
ハ19をZ方向に位置決めするZステージ等を装着す
る。スリットスキャン露光時には、レチクル11がレチ
クルステージ12によりX方向(又は−X方向)に走査
されるのに同期して、XYステージ21を介してウエハ
19は−X方向(又はX方向)に走査される。投影光学
系18のレチクル11からウエハ19への投影倍率をβ
0 (β0 は例えば1/5,1/4等)として、ウエハ1
9上に既に形成されているチップパターンの倍率変化が
無いものとすると、レチクル11がX方向に速度Vで走
査されるのに同期して、ウエハ19は−X方向に速度β
0・Vで走査される。この場合、レチクル11に対するウ
エハ19の相対速度はβ0 である。
【0019】XYステージ21上に、アライメント用の
種々の基準マークが形成された基準マーク部材22及び
移動鏡23を固定する。外部のレーザ干渉計24からの
測長ビームが移動鏡23で反射され、XYステージ21
のX方向及びX方向に垂直なY方向の座標がレーザ干渉
計24により常時モニターされている。レーザ干渉計2
4により計測された2次元座標は主制御系16に供給さ
れ、主制御系16はウエハステージ制御部25を介して
XYステージ21のX方向及びY方向の動きを制御す
る。また、図示省略するも、投影光学系18の側面には
ウエハ19のZ方向の高さ(フォーカス位置)を検出す
るフォーカスセンサーが配設され、主制御系16は、フ
ォーカスセンサーの計測結果に応じてZステージ(不図
示)を介してウエハ19の露光面の高さをベストフォー
カス位置に設定する。
【0020】また、ビームスプリッター5で反射された
レーザビームを、受光素子26で受光し、受光素子26
の検出信号を増幅器27を介して露光量モニター部28
に供給する。露光量モニター部28は、増幅器27から
の信号を積算し、この積算結果を主制御系16に供給す
る。受光素子26での検出信号と、ウエハ19の露光面
での露光エネルギーとの対応関係は予め求められてお
り、主制御系16は、露光量モニター部28からの信号
よりウエハ19の露光面での積算露光量を知ることがで
きる。主制御系16は、トリガー制御部29を介して光
源1の発振のタイミング及び発振周波数を制御し、不図
示の電源制御部を介して光源1から発光される各パルス
光の光量を制御する。
【0021】更に、投影光学系18の走査方向の前後に
オフ・アクシスの画像処理方式のアライメント系(以
下、「FIA系」という)30及び31を配設する。F
IA系30及び31はそれぞれ、ウエハ19上のアライ
メントマークとしてのウエハマークのステージ座標系
(レーザ干渉計24により計測される座標に基づいて規
定される座標系)での座標を読み取り、読み取った座標
を主制御系16に供給する。主制御系16は、ウエハマ
ークの計測された座標を統計処理して、ウエハ19の各
ショット領域のステージ座標系での配列座標を求め、こ
の配列座標に基づいて各ショット領域の位置決めを行
う。この方式はエンハンスド・グローバル・アライメン
ト(EGA)と呼ばれ、例えば特開昭61-44429号公報,
特開昭62-84516号公報等に開示されている。EGA方式
はショット配列の規則性に対応したモデル関数の6つの
パラメータを最小二乗法により決定し、この決定したパ
ラメータと設計上の座標値とに基づいてショット領域毎
の座標値を算出するものである。また、この際に、ウエ
ハ19上に形成されているチップパターンの走査方向
(X方向)及び非走査方向(Y方向)の伸縮率(スケー
リングパラメータ)が求められる。このことは特願平4-
346072号に詳しく述べられており、EGA方式において
最小二乗法により決定される6つのパラメータのうち、
X方向及びY方向のスケーリング(伸縮率)を表す2つ
のパラメータをスケーリングパラメータとして選択す
る。
【0022】これらスケーリングパラメータより、ウエ
ハ19上に既に形成されているチップパターンの走査方
向及び非走査方向の倍率変化が求められる。本例では、
このように計測された倍率変化に応じて、後述のように
レチクル11からウエハ19への走査方向及び非走査方
向の倍率を補正する。その内の非走査方向の倍率は、倍
率制御部35が投影光学系18の所定のレンズ間隔を調
整するか、又は所定のレンズ室の圧力等を調整すること
により調整される。倍率制御部35の動作も主制御系1
6により制御されている。
【0023】具体的に、投影光学系18は、レチクル1
1側から順にレンズ32A,32B,32C,32D,
‥‥より構成され、最もレチクル11に近いレンズ32
Aと次のレンズ32Bとの間に3個の圧電素子よりなる
アクチュエータ33A,33B,33Cが装着されてい
る。そして、倍率制御部35からの指示により駆動部3
4がアクチュエータ33A,33B,33Cの厚さを個
別に設定することにより、レンズ32Aとレンズ32B
との間隔又は傾きが調整され、これにより投影光学系1
8の倍率誤差及び歪曲収差が所定の範囲内で調整され
る。また、投影光学系18には圧力制御部36が接続さ
れ、圧力制御部36は倍率制御部35からの指示に基づ
いて、投影光学系18の所定のレンズ間のレンズ室内の
気体の圧力を調整する。このように所定のレンズ室内の
気体の圧力を調整することによっても、投影光学系18
の倍率誤差を調整できる。なお、所定のレンズ室内の気
体の温度を調整しても良い。
【0024】次に、本例の投影露光装置において、レチ
クル11のパターンをスリットスキャン露光方式で逐次
ウエハ19上に投影露光する際の動作の一例につき説明
する。この場合、ウエハ19の各ショット領域にはそれ
までのプロセスによりそれぞれ所定のチップパターンが
形成されているものとする。図2は、ウエハ19の露光
面の一部を示し、この図2に示すように、ウエハ19上
の各ショット領域SA1,SA2,‥‥にはそれぞれチ
ップパターンが形成され、これらチップパターンの上に
重ねてレチクル11のパターン像がスリットスキャン露
光方式で投影露光される。
【0025】また、各ショット領域SA1等のX方向の
実際の幅はWX1 、Y方向の実際の幅はWY1 であると
し、チップパターンの伸縮率が1であるとした場合の各
ショット領域SA1A,SA2A,‥‥のX方向の幅
(設計上の幅)をWX0 、Y方向の幅をWY0 とする。
更に、投影光学系18の設計上の基準の投影倍率はβ0
であり、ウエハ19上に形成されているチップパターン
のX方向の倍率誤差(伸縮率の変化量)をα、Y方向の
倍率誤差をγとすると、次式が成立する。 β0 +α=β0(WX1 /WX0) (1) β0 +γ=β0(WY1 /WY0) (2)
【0026】従って、それら走査方向の倍率誤差α及び
非走査方向の倍率誤差γはそれぞれ次のように表すこと
ができる。 α=β0(WX1 /WX0 −1) (3) γ=β0(WY1 /WY0 −1) (4)
【0027】本例では露光の直前に、図1のFIA系3
0又は31を用いて、ウエハ19の各ショット領域に形
成されているウエハマークのステージ座標系(X,Y)
での座標位置を計測することにより、それら倍率誤差α
及びγを求める。例えばEGA方式を適用してウエハ上
のショット領域毎の座標値を算出する際に、最小二乗法
により決定されるX,Y方向の2つのスケーリングパラ
メータを倍率誤差α,γとして求める。その後、非走査
方向の倍率誤差γ分だけ、図1の倍率制御部35を介し
て投影光学系18の投影倍率β0 を補正する。これによ
り、投影光学系18の投影倍率は(β0 +γ)に設定さ
れる。なお、より望ましいのは、投影光学系18の走査
方向(X方向)及び非走査方向(Y方向)の投影倍率を
独立に補正して、走査方向の投影倍率を(β0 +α)
に、非走査方向の投影倍率を(β0+γ)に設定するこ
とであるのは言うまでも無い。
【0028】次に、投影光学系18の投影倍率がβ0
あるときに、図1のスリット状の照明領域37と投影光
学系18に関して共役なスリット状の露光領域を図2の
露光領域38Aとすると、その露光領域38AのY方向
の最大の幅はWY0 である。そして、投影光学系18の
非走査方向の投影倍率を(β0 +γ)に設定することに
より、その露光領域38Aは非走査方向の最大の幅がW
1 の露光領域38になる。その露光領域38に対して
X方向にウエハ19を走査して露光を行うことにより、
非走査方向の重ね合わせ誤差はほぼ0になる。
【0029】次に、走査方向(X方向)の倍率誤差αを
補正するために、図1の主制御系16は、スリットスキ
ャン露光時のレチクル11の走査速度とウエハ19の走
査速度との相対速度を補正する。具体的に、図3に示す
ように、レチクル11をX方向に速度Vで走査するもの
として、ウエハ19の−X方向への走査速度を(β0
α)Vに設定する。即ち、レチクル11に対するウエハ
19の相対速度を(β 0 +α)に設定する。
【0030】図3において、走査方向の倍率誤差が0で
あるときに、ウエハ19上で走査方向の幅がWX0 のシ
ョット領域へ露光を行うためには、レチクル11上の走
査方向の幅がWX0 /β0 のパターン領域が使用され
る。そして、走査方向の倍率誤差がαである場合は、ス
リット状の照明領域37に対してX方向にレチクル11
が幅WX0 /β0 だけ走査されるときに、ウエハ19が
露光領域38に対して−X方向に走査される幅をΔXと
すると、幅ΔXは次のようになる。 ΔX={(WX0 /β0)/V}(β0 +α)V ={(β0 +α)/β0}WX0 (5)
【0031】この(5)式に(1)式を代入すると、Δ
X=WX1 、となり、幅ΔXは図2の各ショット領域S
A1等の走査方向の幅WX1 と合致する。従って、本例
のように走査方向へのウエハ19の走査速度を(β0
α)Vに設定することで、ウエハ19上のチップパター
ンの走査方向の倍率誤差がαである場合に、走査方向の
重ね合わせ誤差をほぼ0にすることができる。
【0032】なお、上述の倍率誤差α及びγを、図2の
ショット領域SA1,SA2,‥‥毎に求めるようにし
ても良い。具体的には、ショット領域の4隅の各々に十
字状マークを形成しておき、各マークのX,Y方向の座
標値をFIA系により計測してショット領域毎の倍率誤
差α,γを求めればよい。そして、スリットスキャン露
光方式で露光を行う際に、1つのショット領域毎に、倍
率制御部35及びステージ制御部17,25を介して非
走査方向の倍率及び走査方向の倍率を制御すれば、ダイ
・バイ・ダイ方式での倍率補正が可能となる。更に、1
つのショット領域内を複数個のブロックに分割し、各ブ
ロック毎に倍率補正を行えば、1つのショット領域全体
で見ればディストーションの補正が可能となる。
【0033】次に、本例の投影露光装置の露光量制御に
ついて説明する。本例の光源1はパルス発振型であるた
め、図1において、スリットスキャン露光時に主制御系
16は、トリガー制御部29を介して光源1に所定の周
波数fでパルス発振を行わせる。この際に、各パルス光
の平均光量がほぼ一定であるとすると、ウエハ19の走
査速度が変化するとウエハ19上の各点での積算露光量
が変化してしまう。
【0034】図4(a)は、ウエハ19上のスリット状
の露光領域38の近傍の様子を示し、露光領域38の走
査方向の幅をDとする。また、図4(b)の曲線40
は、パルス発光時のその露光領域38の走査方向(X方
向)の照度分布I(X)を示し、曲線40の傾斜部40
a及び40bで示すように、照度分布I(X)のX方向
の端部は台形状に比較的なだらかに変化している。照度
分布I(X)がこのように台形状であると、ウエハ19
上の各点での積算露光量のばらつきが小さくなり、走査
方向の照度均一性が向上する。
【0035】そして、倍率誤差が無い場合のウエハ19
の走査速度をβ0 V、光源1のパルス発光の周波数をf
0 、1パルスの露光エネルギーの平均値をΔEとする
と、図4(a)のウエハ19上の被露光点39での積算
露光量ΣE0 は、ほぼ次のようになる。この積算露光量
がΣE0 が目標露光量であるとする。 ΣE0 =ΔE・f0・D/(β0・V) (6) 次に、走査方向の倍率誤差がαであるときの、ウエハ1
9の走査速度を(β0+α)V、光源1のパルス発光の
周波数を(f0 +Δf0)とすると、被露光点39での積
算露光量ΣEは、ほぼ次のようになる。 ΣE=ΔE・(f0 +Δf0)・D/{(β0 +α)V} (7)
【0036】この場合、ウエハ19の走査速度が変化し
た場合でも、積算露光量ΣEは目標露光量であるΣE0
と等しいことが要求される。従って、(6)式の右辺と
(7)式の右辺とを等しいとおくことにより、次式が得
られる。 f0 /β0 =(f0 +Δf0)/(β0 +α) (8) これは、積算露光量ΣEを目標露光量に維持するために
は、光源1の発振周波数f(=f0 +Δf0)を、図4
(c)に示すように、ウエハ19の走査速度(β 0
α)Vに比例させる必要があることを意味する。そこ
で、スリットスキャン露光方式で露光を行う際に、主制
御系16は、レチクルステージ制御部17及びウエハス
テージ制御部25を介してそれぞれレチクルステージ1
2及びウエハ側のXYステージ21の走査速度を設定す
るのと並行して、トリガー制御部29を介して光源1の
発振周波数fをウエハ19の走査速度に比例する値に設
定する。これにより、ウエハ19の走査速度を変えた場
合でも、ウエハ19の各点での積算露光量が目標露光量
になる。
【0037】なお、上述実施例では、光源1の発振周波
数fをウエハ19の走査速度に比例させているが、光源
1の発振周波数を一定の値f0 に固定して、各パルス光
の光量の平均値をウエハ19の走査速度に反比例するよ
うに変更しても良い。光量の制御方法としては、光源1
の電源電圧を制御する方法や、透過率をほぼ連続的に変
更できる可変NDフィルターをレーザビームの光路に配
設する方法等が考えられる。また、露光光の光源がパル
ス発振型の光源ではなく、水銀ランプのような連続発光
型の光源である場合には、積算露光量を目標露光量に設
定するには、ウエハの走査速度に反比例するように露光
光の光量を制御する方法が用いられる。尚、倍率制御部
35(駆動部34と圧力制御部36との少なくとも一
方)を用いて非走査方向の倍率誤差γを補正するとき、
走査方向の倍率も変動し得る。このような場合は、走査
方向の倍率変化量を考慮して前述の如き露光量制御を行
うことが望ましい。
【0038】次に、本発明の他の実施例につき図5を参
照して説明する。本実施例では図1の投影露光装置をそ
のまま使用するが、その露光時の動作が異なっている。
図5は、本例の露光対象とするウエハを示し、この図5
において、ショット領域SB1及びSB2には既にチッ
プパターンが形成されていると共に、ショット領域SB
1にはX方向に2列にウエハマーク41A〜41D及び
42A〜42Dが形成されている。他のショット領域に
も同様にウエハマークが形成されている。例えばショッ
ト領域SB1へレチクルのパターン像を露光する際に
は、スリット状の露光領域38に対して−X方向にウエ
ハを走査する。そのスリット状の露光領域38は図1の
ウエハ19上の露光領域38と同じものである。
【0039】また、図1のオフ・アクシスのアライメン
ト系としてのFIA系30の観察領域が図5の2個の観
察領域30A及び30Bであり、図1のFIA系31の
観察領域が図5の2個の観察領域31A及び31Bであ
る。即ち、観察領域30A及び30Bは露光領域38に
対して走査が始まる側にあり、観察領域31A及び31
Bは露光領域38に対して走査が終わった側にある。本
例の露光領域38に対してショット領域SB1を走査す
る際に、観察領域30A及び30Bをそれぞれウエハマ
ーク41A〜41D及び42A〜42Dが通過するよう
になっている。そこで、図1のFIA系30では順次ウ
エハマーク41A及び42A、ウエハマーク41B及び
42B、‥‥のY方向の間隔LYを計測する。更に、F
IA系30では、順次ウエハマーク41A及び41B、
ウエハマーク42A及び42B等のX方向の間隔PXを
計測する。
【0040】この計測結果が図1の主制御系16に供給
され、主制御系16では、ウエハマーク41A〜41D
及び42A〜42DのY方向及びX方向の間隔から、シ
ョット領域SB1内の各部のX方向及びY方向の倍率変
化を順次算出する。そして、露光領域38に対して−X
方向にショット領域SB1を走査して露光を行う際に、
ウエハマークのX方向及びY方向の間隔を先読みするこ
とにより、次に露光する部分の倍率変化を算出し、X方
向及びY方向の倍率変化の補正を行いながらショット領
域SB1への露光を行う。本例でも、X方向の倍率変化
の補正はウエハの走査速度の補正で行われ、Y方向の倍
率変化の補正は投影光学系18の投影倍率の補正で行わ
れる。
【0041】なお、露光領域38に対してウエハをX方
向に走査する際には、図1のFIA系31を使用してウ
エハマークの座標を先読みする。このように本例によれ
ば、露光時にウエハマークの座標を先読みし、先読みし
た結果に基づいて走査方向及び非走査方向の倍率誤差を
補正して露光を行うことができるため、予めウエハの各
ショット領域の伸縮率を計測する必要がなく、露光時間
を短縮できる。また、各ショット領域SB1等を分割し
たブロック別に倍率変化の補正を行うことができるた
め、各ショット領域のディストーションをも補正するこ
とができる。
【0042】なお、図1の実施例では、予めウエハ19
上のウエハマークの座標位置を計測し、この計測結果を
統計処理して各ショット領域の倍率変化を求めている
が、その統計処理方式とダイ・バイ・ダイ方式で倍率変
化を計測して補正を行う方式とを組み合わせてもよい。
即ち、予めウエハ全体の倍率変化及びディストーション
の変化を統計処理により求めておき、各ショット領域へ
の露光の前に、倍率制御部35及びステージ制御部1
7,25に、それぞれ非走査方向及び走査方向の倍率誤
差の補正を行っておく。次に、各ショット領域毎に改め
て、ダイ・バイ・ダイ方式で倍率変化及びディストーシ
ョンの計測を行って、残留倍率誤差及び残留ディストー
ションを求め、露光時にそれぞれ倍率補正を行う。この
方式では、ショット領域毎に倍率及びディストーション
が大きく変化している場合に、スループットの向上が図
れる。
【0043】また、露光時の照射エネルギーによる、投
影光学系18の倍率変化については、予め照射エネルギ
ーと投影光学系18の倍率変化との関係を求めておく。
そして、露光量モニター部28で検出される積算露光量
等に基づいて、その投影光学系18の倍率変化を相殺す
るように、倍率制御部35を介して投影光学系18の倍
率を補正すればよい。
【0044】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。なお、上述実施例によれば、非走査
方向の倍率誤差を投影光学系の投影倍率の補正により補
正し、走査方向の倍率誤差をマスク(レチクル11)と
基板(ウエハ19)との相対速度の調整により補正して
いるため、マスクから基板への走査方向の投影倍率と、
マスクから基板への非走査方向の投影倍率とをそれぞれ
独立に補正できる利点がある。また、基板上のショット
領域毎の倍率補正ができるため、複数の露光装置を用い
た場合の装置間のマッチング精度が向上する。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば重ね合わせ露光時に、
マッチング精度を向上できる。
【0046】また、マスクステージと基板ステージとの
相対速度が変化した場合でも、基板上の各点での積算露
光量を目標露光量にすることができ、パターニング精度
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例において使用される投影露光装
置を示す構成図である。
【図2】図1のウエハ19の露光面のショット領域の倍
率変化の状態を示す拡大平面図である。
【図3】レチクル11及びウエハ19を走査する際の説
明図である。
【図4】(a)はウエハ上の露光領域を示す拡大平面
図、(b)はその露光領域の走査方向の照度分布を示す
図、(c)はパルス発振型の光源の発振周波数fとウエ
ハの走査速度との関係を示す図である。
【図5】本発明の他の実施例のウエハ上のショット領域
を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
1 光源 2 ビーム整形光学系 4 フライアイレンズ 5 ビームスプリッター 7 視野絞り 11 レチクル 12 レチクルステージ 15,25 レーザ干渉計 16 主制御系 17 レチクルステージ制御部 18 投影光学系 19 ウエハ 21 XYステージ 25 ウエハステージ制御部 35 倍率制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−116735(JP,A) 特開 昭63−128713(JP,A) 特開 平3−68185(JP,A) 特開 平2−65222(JP,A) 特開 昭61−232616(JP,A) 特開 平4−196513(JP,A) 特開 平4−277612(JP,A) 特開 平5−62871(JP,A) 特開 平6−291016(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光光で所定形状の照明領域を照明する
    照明光学系と、前記照明領域に対して転写用のパターン
    が形成されたマスクを保持して所定の走査方向に移動
    るマスクステージと、前記照明領域内の前記マスクのパ
    ターン像を感光性の基板上に投影する投影光学系と、前
    記基板を保持して前記マスクの移動と同期して前記走査
    方向と共役な方向に移動する基板ステージとを有し、前
    記所定形状の照明領域に対して前記マスク及び前記基板
    移動することにより、前記マスクのパターンを用いて
    前記基板を走査露光する投影露光装置において、 前記投影光学系の投影倍率を補正する結像特性補正手段
    と、前記マスクステージと前記基板ステージとの相対速
    度を補正するステージ相対速度補正手段と、前記露光光
    の単位面積及び単位時間当りの露光エネルギーを調整す
    る露光量制御手段とを設け、前記基板上に転写されるパターンに 前記走査方向に垂直
    な方向の倍率誤差が生じないように前記結像特性補正手
    段により前記投影光学系の投影倍率を補正し、前記基板
    上に転写されるパターンに前記走査方向の倍率誤差が生
    じないように前記ステージ相対速度補正手段により前記
    マスクステージと前記基板ステージとの相対速度を調整
    するとともに、 前記マスクステージと前記基板ステージとの相対速度が
    調整されたときに、前記基板に対する露光量が目標露光
    量になるように前記露光量制御手段で前記露光光の露光
    エネルギーを調整する ことを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】 マスクのパターンの像を基板上に投影す
    ることにより前記基板を露光する投影露光装置におい
    て、 前記マスクのパターンの像を前記基板上に投影するため
    の投影光学系と、 前記露光によって前記基板上に転写されるパターンの転
    写倍率を調整する調整手段と、 該調整手段による転写倍率の調整に応じて、前記基板に
    対する露光量制御を行う露光量制御手段と、 を備えたことを特徴とする投影露光装置。
  3. 【請求項3】 前記基板を走査露光するために、前記マ
    スクと前記基板とを相対的に移動する移動手段をさらに
    備え、 前記調整手段は、前記転写倍率を調整するために、前記
    マスクと前記基板との相対速度を調整することを特徴と
    する請求項2記載の投影露光装置。
  4. 【請求項4】 前記調整手段は、前記転写倍率を調整す
    るために、前記投影光学系の投影倍率を調整することを
    特徴とする請求項2又は3記載の投影露光装置。
  5. 【請求項5】 前記基板を走査露光するために、前記マ
    スクと前記基板とを相対的に移動する移動手段をさらに
    備え、 前記調整手段は、前記基板の移動方向の転写倍率を調整
    するために、前記マスクと前記基板との相対速度を調整
    し、前記基板の移動方向に垂直な方向の転写倍率を調整
    するために、前記投影光学系の投影倍率を調整すること
    を特徴とする請求項2記載の投影露光装置。
  6. 【請求項6】 前記基板を露光するための露光ビームを
    パルス発振するビーム源をさらに備え、 前記露光量制御手段は、前記ビーム源のパルス発振の周
    波数を調整することを特徴とする請求項2〜5の何れか
    一項記載の投影露光装置。
  7. 【請求項7】 前記露光量制御手段は、前記基板に照射
    される露光ビームのエネルギー調整を行うことを特徴と
    する請求項2〜5の何れか一項記載の投影露光装置。
  8. 【請求項8】 前記露光ビームを発射するビーム源をさ
    らに備え、 前記露光量制御手段は、前記ビーム源に供給される電圧
    を調整して、前記露光ビームのエネルギー調整を行うこ
    とを特徴とする請求項7記載の投影露光装置。
  9. 【請求項9】 前記露光量制御手段は、前記露光ビーム
    の光路に配置された透過率可変のフィルタを用いて、前
    記露光ビームのエネルギー調整を行うことを特徴とする
    請求項7記載の投影露光装置。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9の何れか一項記載の投影
    露光装置を用いて前記基板を露光する工程を含むことを
    特徴とする素子製造方法。
  11. 【請求項11】 マスクのパターンの像を基板上に投影
    することにより前記基板を露光する投影露光方法におい
    て、 前記基板上に転写されるパターンの転写倍率の調整に応
    じて、前記基板に対する露光量制御を行うことを特徴と
    する投影露光方法。
  12. 【請求項12】 前記基板の露光中に前記マスクと前記
    基板とは相対的に移動し、 前記転写倍率の調整は、前記基板の露光中における前記
    マスクと前記基板との相対速度を調整することによって
    行なわれることを特徴とする請求項11記載の投影露光
    方法。
  13. 【請求項13】 前記転写倍率の調整は、前記基板上に
    投影される前記マスクのパターンの像の投影倍率を調整
    することによって行なわれることを特徴とする請求項1
    1又は12記載の投影露光方法。
  14. 【請求項14】 前記基板の露光中に前記マスクと前記
    基板とは相対的に移動し、 前記基板の移動方向の前記転写倍率を調整するために前
    記マスクと前記基板との相対速度が調整され、前記基板
    の移動方向に垂直な方向の前記転写倍率を調整するため
    に前記基板上に投影される前記マスクのパターンの像の
    投影倍率が調整されることを特徴とする請求項13記載
    の投影露光方法。
  15. 【請求項15】 請求項11〜14の何れか一項記載の
    投影露光方法を用いて前記基板を露光する工程を含むこ
    とを特徴とする素子製造方法。
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