JPH09298143A

JPH09298143A - 露光方法および装置

Info

Publication number: JPH09298143A
Application number: JP8111034A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ono; 一博大野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系における光学特性の変化を抑える
とともに、露光処理におけるスループットを向上させ
る。【解決手段】照明光４を発する光源３と、所望の回路
パタン２ａが形成されたマスク２と、光源３から発せら
れる照明光４をマスク２に入射させる照明光学系５と、
照明光４によって形成される回路パタン２ａの像をウェ
ハ１に投影する投影光学系６と、ウェハ１を支持するス
テージ７と、マスク２のマスク透過率を検出する第１光
電センサ８および第２光電センサ９と、前記２つのセン
サによる検出結果に基づいて投影光学系６で発生する蓄
積熱量を監視しかつ前記蓄積熱量が予め設定した基準蓄
積熱量を超えないように制御する蓄積熱量制御部１０
と、照明光４の強度を制御する照明光強度制御部１１と
からなり、投影光学系６の蓄積熱量を制御することによ
り、投影光学系６における光学特性の変化を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハなど
の被処理物の露光技術に関し、特に投影光学系における
光学特性の変化を抑える露光技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。

【０００３】被処理物の一例である半導体ウェハ（以
降、単にウェハという）に形成された半導体素子に微細
な回路パタンを形成する方法として、マスクに形成され
た回路パタンの図形を投影光学系を介してウェハ上に投
影露光する方法が一般的に用いられている。

【０００４】ここで、前記方法の概要を説明する。

【０００５】まず、光源から発せられる照明光をマスク
（レチクルともいう）に照射する。なお、マスクは、石
英などのガラス基板によって形成され、その表面は、照
明光に対する透過率がほぼ１００％である透過部と、ク
ロムなどによって形成されかつ透過率がほぼ０％である
遮光部（回路パタン）とからなる。

【０００６】続いて、マスク上の微細な回路パタンに照
明光を入射させると、回路パタンからは回折光が発生す
る。この回折光を投影光学系において集光することによ
り、ウェハ上にマスクパタン（回路パタン）の像を形成
する。

【０００７】なお、投影光学系の内部に設けられた複数
のレンズエレメントは、石英などのガラス材料によって
形成されているが、透過する際に照明光の持つエネルギ
の一部を吸収する。その結果、吸収したエネルギが熱に
変換され投影光学系の内部に蓄積する。

【０００８】さらに、投影光学系においては、冷却を上
回る速度で熱蓄積が進むため、熱膨張によるレンズエレ
メントの変形が顕著になり、光学特性に変化をもたら
す。

【０００９】ここで、前記光学特性の変化のうち、投影
倍率、焦点位置などについては、種々の補正方法が提案
されている。

【００１０】前記補正方法の１つは、照明光の入射にと
もなって投影光学系に蓄積するエネルギ量を随時計算
し、予めシミュレーションや実験で求めておいた補正式
に従って所定の補正機構により光学特性を微調整するも
のである。

【００１１】なお、投影倍率の補正方法としては、２つ
のレンズエレメントに挟まれた空間を密封してその密封
空間の圧力を調整する方法や、投影倍率調整用レンズエ
レメントを上下方向に駆動する方法がある。

【００１２】また、焦点位置の補正方法としては、ウェ
ハ表面を上下方向に移動させる方法が一般的である。

【００１３】ただし、前記投影倍率と焦点位置以外の光
学特性は、投影光学系における蓄積熱量が零の状態で調
整されるため、蓄積熱量の増加による劣化が避けられな
いものになっている。

【００１４】ここで、投影光学系の光学特性の変化を抑
える技術については、例えば、特開昭６０−７８４５４
号公報、特開平１−２８６４１７号公報あるいは特公平
７−７０４７１号公報に開示されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術において、球面収差や像面湾曲などの他の光学特性に
ついては、その補正が困難である。

【００１６】ただし、球面収差や像面湾曲などのような
補正が困難な光学特性については、その変化量も比較的
小さかったため、これまで無視されてきた。

【００１７】しかし、半導体素子などの微細化や高精度
化の要求によって、補正が困難な光学特性の変化が半導
体素子における回路形成の際に、その寸法精度などにお
いて、プロセスマージン減少に与える影響は無視できな
いレベルになりつつあり、このことが問題とされる。

【００１８】本発明の目的は、投影光学系における光学
特性の変化を抑えるとともに、露光処理におけるスルー
プットを向上させる露光方法および装置を提供すること
にある。

【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００２１】すなわち、本発明の露光方法は、マスク上
に形成された回路パタンを投影光学系を介してウェハな
どの被処理物に投影露光するものであり、光源から発せ
られる照明光の入射によって前記投影光学系で発生する
蓄積熱量を監視し、前記蓄積熱量が予め設定した基準蓄
積熱量を超えないように前記蓄積熱量を制御することに
より、前記投影光学系における光学特性の変化を抑える
ものである。

【００２２】これにより、光学特性の変化を微小にする
ことができるため、球面収差や像面湾曲などのように補
正が困難な光学特性を制御することができ、その結果、
光学特性を高精度に維持することができる。

【００２３】また、本発明の露光方法は、マスク上に形
成された回路パタンを投影光学系を介してウェハなどの
被処理物に投影露光する露光方法であって、光源から発
せられる照明光の入射によって前記投影光学系で発生す
る蓄積熱量を、露光前に予め設定した基準蓄積熱量に
し、かつその状態で光学特性を調整しておくことによ
り、前記投影光学系における光学特性の変化を抑えるも
のである。

【００２４】さらに、本発明の露光方法は、前記投影光
学系における蓄積熱量が減少した際に、前記マスクを介
さずに前記投影光学系に前記光源から発せられる照明光
を入射させることにより、前記蓄積熱量を増加させて前
記投影光学系における光学特性の変化を抑えるものであ
る。

【００２５】なお、本発明の露光装置は、前記露光方法
を用いるものであり、照明光を発する光源と、所望の回
路パタンが形成されたマスクと、前記光源から発せられ
る照明光を前記マスクに入射させる照明光学系と、前記
マスクを介して取り込んだ前記照明光によって形成され
る前記回路パタンの像を被処理物に投影する投影光学系
と、前記被処理物を支持する移動可能なステージと、前
記マスクのマスク透過率を検出する透過率検出手段と、
前記透過率検出手段による検出結果に基づいて前記投影
光学系で発生する蓄積熱量を監視し、前記蓄積熱量が予
め設定した基準蓄積熱量を超えないように制御する蓄積
熱量制御部とを有し、前記投影光学系の蓄積熱量を制御
することにより、前記投影光学系における光学特性の変
化を抑えるものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２７】（実施の形態１）図１は本発明による露光
装置の構造の実施の形態の一例を示す構成概念図、図２
は本発明の露光処理における処理時間と球面収差の関係
の実施の形態の一例を示す光学特性概念図、図３は本発
明の露光方法における露光処理の手順の実施の形態の一
例を示すフローチャート図である。

【００２８】なお、本実施の形態１においては、露光装
置の一例として、マスク２上に形成された回路パタン２
ａを被処理物であるウェハ１に投影露光する投影露光装
置を取り上げて説明する。

【００２９】図１に示す露光装置は前記投影露光装置の
一例であり、その構成は、照明光４を発する光源３と、
所望の回路パタン２ａが形成されたマスク２と、光源３
から発せられる照明光４をマスク２に入射させる照明光
学系５と、マスク２を介して取り込んだ照明光４によっ
て形成される回路パタン２ａの像をウェハ１に投影する
投影光学系６と、ウェハ１を支持する移動可能なステー
ジ７と、マスク２のマスク透過率を検出する透過率検出
手段である第１光電センサ８および第２光電センサ９
と、第１光電センサ８および第２光電センサ９による検
出結果に基づいて投影光学系６で発生する蓄積熱量を監
視しかつ前記蓄積熱量が予め設定した基準蓄積熱量を超
えないように制御する蓄積熱量制御部１０と、照明光４
の強度を制御する照明光強度制御部１１とからなり、投
影光学系６の蓄積熱量を制御することにより、投影光学
系６における光学特性の変化を抑えるものである。

【００３０】なお、本実施の形態１による投影露光装置
には、光源３とマスク２との間の位置（光源３とマスク
２との間における光源３の近傍）に照明光４の強度を調
節する照明光強度調節手段である照明光強度調節フィル
タ１２が設置されている。

【００３１】さらに、光源３の近傍には開閉自在なシャ
ッタ１４が、また、ステージ７の近傍には焦点位置や焦
点距離を求めるためのフォーカス検出手段１３が設置さ
れている。

【００３２】ここで、マスク２（レチクルともいう）
は、例えば、石英などのガラス基板からなり、その表面
には、ウェハ１上に露光すべき回路パタン２ａがクロム
などによって形成されている。

【００３３】すなわち、マスク２の表面には、照明光４
に対する透過率がほぼ１００％である透過部２ｂと、前
記透過率がほぼ０％である遮光部すなわち回路パタン２
ａとが形成されている。

【００３４】また、光源３は、例えば、水銀ランプなど
であり、ウェハ１上に形成されたレジスト膜を感光可能
な波長の照明光４を発するものであれば、ＫｒＦエキシ
マレーザやＡｒＦエキシマレーザなどであってもよい。

【００３５】さらに、照明光学系５は、集光レンズ５
ａ，５ｂ，５ｃと、オプチカルインテグレータ５ｄと、
可変開口絞り５ｅと、可変ブラインド５ｆと、ハーフミ
ラー５ｇと、第１光電センサ８とを備えている。

【００３６】なお、投影光学系６は、複数（例えば、３
０枚程度）のレンズを備えたレンズ群であり、各々のレ
ンズが所定の間隔を有した状態でかつ対向して配置され
ている。

【００３７】また、ステージ７は、被処理物であるウェ
ハ１を支持するとともに、ＸおよびＹ方向に細かなステ
ップ駆動が可能なものである。

【００３８】さらに、照明光強度調節フィルタ１２は、
光源３から発せられかつシャッタ１４を通過した照明光
４の強度を調節するものであり、また、照明光強度制御
部１１は、光源３における照明光４の強度の制御と、照
明光強度調節フィルタ１２における照明光４の強度の制
御（ただし、照明光強度調節フィルタ１２における照明
光４の制御とは、照明光４の光路に照明光強度調節フィ
ルタ１２を配置させるか否かである）とを行うものであ
る。

【００３９】なお、照明光強度制御部１１は、光源３だ
けによって照明光４の強度を制御してもよく、また、光
源３と照明光強度調節フィルタ１２とによって照明光４
の強度を制御してもよい。

【００４０】また、蓄積熱量制御部１０は、投影光学系
６における蓄積熱量を監視するとともに、本実施の形態
１の投影露光装置の露光処理に関する主な制御を行う主
制御部１０ａを有している。

【００４１】すなわち、本実施の形態１の投影露光装置
の蓄積熱量制御部１０における主制御部１０ａは、シャ
ッタ１４の開閉制御、照明光強度制御部１１を介しての
照明光４の強度制御、照明光学系５における可変開口絞
り５ｅの開口制御、照明光学系５における可変ブライン
ド５ｆの開口制御、ステージ７の駆動制御、第１光電セ
ンサ８および第２光電センサ９が検出する光量の検出結
果に基づくマスク透過率の算出、フォーカス検出手段１
３が検出する検出結果に基づく焦点位置および焦点距離
の制御などを行う。

【００４２】なお、蓄積熱量制御部１０と主制御部１０
ａとは、それぞれに独立していてもよく、また、蓄積熱
量制御部１０が照明光強度制御部１１を有していてもよ
く、あるいは、蓄積熱量制御部１０が主制御部１０ａと
照明光強度制御部１１との両者を有していてもよい。

【００４３】ここで、本実施の形態１の投影露光装置に
おける蓄積熱量の制御方法について説明する。

【００４４】まず、光源３から発せられた照明光４は、
シャッタ１４の開口に従い照明光強度調節フィルタ１２
および照明光学系５を通過してマスク２に入射する。

【００４５】この時、照明光学系５に設けられた第１光
電センサ８によってマスク２に入射する照明光４の光量
を検出する。

【００４６】その後、照明光４はマスク２上の回路パタ
ン２ａによって回折し、さらに、投影光学系６において
集光された後、ステージ７によって支持されたウェハ１
の表面で結像する。

【００４７】この時、フォーカス検出手段１３により、
適切な焦点距離が得られるように、ステージ７を駆動し
てウェハ１を適切な焦点位置に移動させる。

【００４８】ここで、投影光学系６では入射した照明光
４による熱エネルギが蓄積されるため、蓄積熱量制御部
１０において、予め基準蓄積熱量を設定しておき、投影
光学系６の蓄積熱量が前記基準蓄積熱量を超えないよう
に随時監視する。

【００４９】すなわち、蓄積熱量制御部１０が照明光強
度制御部１１を制御して照明光４の強度を調節すること
により、投影光学系６の蓄積熱量を制御（監視）する。

【００５０】なお、投影光学系６における蓄積熱量は、
吸収する熱量と放出する熱量とのつり合いによって求め
られ、一般的にこれを一次遅れ系と呼ぶ。

【００５１】つまり、投影光学系６における蓄積熱量
は、入射するエネルギ量と放出するエネルギ量とその経
過時間（露光処理時間）とから求めることができる。

【００５２】そこで、入射したエネルギ量に対する光学
特性の変化の割合と、その時定数をシミュレーションま
たは実験などによって求めておけば、投影光学系６の光
学特性を随時算出することが可能になる。

【００５３】ここで、蓄積熱量を制御する際の光学特性
と蓄積熱量との関係について説明すると、光学特性の変
化は投影光学系６の熱膨張が原因であるため、前記一次
遅れ系の振る舞いをする。

【００５４】なお、図２は、露光処理における処理時間
と球面収差（光学特性）との関係の一例を示したもので
ある。すなわち、単位時間当たりに投影光学系６に入射
するエネルギ量が一定の場合の光学特性（ここでは球面
収差）の変化の様子を示したものである。

【００５５】この場合の球面収差の変化特性は、単位時
間当たりの入射エネルギ量Ｅに対する最終的（熱量の平
衡状態）な球面収差の変化量ΔＫの割合ΔＫ／Ｅと、時
間的変化を表す時定数Ｔとの２つの値によって決定され
る。

【００５６】ここで、時定数Ｔは、前記平衡状態に至る
までの変化特性を表す量であり、ΔＫ×（１−ｅ^-1）の
変化をもたらす時間である。

【００５７】そこで、最終的な球面収差の変化量を所定
の収差基準値以下にするためには、ΔＫが前記所定の収
差基準値になるような入射エネルギ量Ｅを予め求めてお
き、露光処理条件ごとに照明光強度を調節すればよい。

【００５８】なお、照明光強度を調整する際には、露光
領域、マスク２のマスク透過率、ウェハ１のウェハ反射
率、ウェハ１の処理数および露光処理中の露光時間割合
などの露光情報を用いて照明光強度を調整する。

【００５９】ここで、単位時間当たりの入射エネルギ量
Ｅは、前記露光情報のうち、照明光強度をＩ、露光面積
（露光領域）をＡ、マスク透過率をＭ、ロット処理時間
に対するシャッタ開時間割合（露光処理中の露光時間割
合）をＲとすると、Ｅ＝Ｉ×Ａ×Ｍ×Ｒによって表され
る。

【００６０】また、入射エネルギ量Ｅは、予め求められ
ている。さらに、マスク透過率は、第１光電センサ８と
第２光電センサ９とによる光量の検出から求められ、露
光面積とシャッタ開時間の割合とは露光条件によって求
めることができる。

【００６１】したがって、照明光強度Ｉは、容易に算出
することができ、これにより、投影光学系６における蓄
積熱量が基準蓄積熱量を超えないように制御することが
できる。

【００６２】次に、図１〜図３を用いて、本実施の形態
１による露光方法について説明する。

【００６３】なお、前記露光方法は、前記投影露光装置
を用いて、ウェハ１に形成された半導体素子にマスク２
上の回路パタン２ａの像を投影露光するものである。

【００６４】まず、投影光学系６における蓄積熱量の基
準蓄積熱量を決定する。

【００６５】ここで、前記基準蓄積熱量は、蓄積熱量が
熱的に平衡状態（飽和状態）になった時の値である。

【００６６】続いて、前記蓄積熱量が前記基準蓄積熱量
を超えないような所望の照明光強度を算出して、露光前
に予め設定する。

【００６７】なお、照明光強度の設定（調整）に際して
は、前記した種々の露光情報を用いる。

【００６８】すなわち、ウェハ１をステージ７に載置す
る前に、空露光（光源３から照明光４を照射するだけ）
などを行い、前記露光情報を検出または算出し、蓄積熱
量制御部１０に前記種々の露光情報を読み込ませる。

【００６９】まず、単位時間当たりの入射エネルギ量読
み込み２０を実行する。

【００７０】なお、入射エネルギ量は、光学特性の変化
量が所定の基準値以下となるように予め設定しておく。

【００７１】続いて、露光面積読み込み２１を実行す
る。

【００７２】さらに、マスク透過率読み込み２２を実行
する。

【００７３】ここで、マスク透過率は、前記空露光にお
いて、第１光電センサ８と第２光電センサ９とによって
検出した光量から算出されるものである。

【００７４】その後、シャッタ開時間割合読み込み２３
を実行する。

【００７５】これにより、蓄積熱量制御部１０において
照明光強度を設定するための照明光強度算出２４を実行
する。

【００７６】なお、必要に応じてウェハ１の処理枚数や
ウェハ１のウェハ反射率などの露光情報も読み込ませ
る。

【００７７】続いて、蓄積熱量制御部１０において、照
明光強度算出２４によって算出された照明光強度が可変
可能な範囲であるか否かを判定する照明光強度可変範囲
判定２５を実行する。

【００７８】これにより、算出された照明光強度が可変
可能な範囲である場合、照明光強度設定２６を実行す
る。

【００７９】すなわち、蓄積熱量制御部１０によって照
明光強度制御部１１に所定の照明光強度を設定する命令
を転送する。

【００８０】その結果、照明光強度制御部１１は、光源
３または照明光強度調節フィルタ１２のうちの何れか一
方もしくはその両者を用いて所定の照明光強度を設定し
かつ調整（制御）する。

【００８１】その後、蓄積熱量制御部１０が、予め算出
された焦点位置と焦点距離とに基づいてステージ７を所
定の位置に移動させ、さらに、マスク２も所定の位置に
移動させる。

【００８２】続いて、露光実行２７すなわちウェハ１へ
の露光処理を開始する。

【００８３】この時、本実施の形態１では、蓄積熱量制
御部１０が、光源３から発せられる照明光４の入射によ
って投影光学系６で発生する蓄積熱量を監視し、前記蓄
積熱量が予め設定した基準蓄積熱量を超えないように前
記蓄積熱量を制御する。

【００８４】その後、１枚のウェハ１に対する露光処理
が終了したら露光終了判定２８を実行し、その結果、露
光処理を終了するかもしくはウェハ交換２９を実行し
て、交換する場合にはウェハ１を次のものと交換し、再
び同様の方法によって露光処理する。

【００８５】なお、露光条件を変更する際には、露光領
域、マスク２のマスク透過率、ウェハ１のウェハ反射
率、ウェハ１の処理枚数および露光処理中の露光時間割
合などの露光情報を用いて照明光強度を設定（調整）し
直す。

【００８６】また、図３に示す照明光強度可変範囲判定
２５の実行の結果、算出された照明光強度が可変不可能
な範囲である場合（例えば、可変可能な上限を超えてい
る場合）、蓄積熱量制御部１０において、照明光強度最
高値設定３０を実行する。

【００８７】これは、蓄積熱量制御部１０によって、照
明光強度を設定可能な範囲で最も高い値に設定するもの
である。

【００８８】その後、露光実行２７すなわちウェハ１へ
の露光処理を開始する。

【００８９】この時、前記同様、蓄積熱量制御部１０に
よって投影光学系６で発生する蓄積熱量を監視し、前記
蓄積熱量が予め設定した基準蓄積熱量を超えないように
前記蓄積熱量を制御する。

【００９０】その後、１枚のウェハ１に対する露光処理
が終了したら露光終了判定２８を実行し、その結果、露
光処理を終了するかもしくは蓄積熱量の許容値判定であ
る蓄積熱量許容限界値判定３１を実行する。本実施の形
態１では蓄積熱量が零の状態で光学特性を調整している
ため、判定値は零である。

【００９１】これは、照明光強度算出２４によって算出
された照明光強度が可変可能な上限を超えている場合
に、蓄積熱量が減少することが考えられるため、蓄積熱
量に対して下限の許容値判定を実行するものである。

【００９２】この時、蓄積熱量が下限の許容限界値を上
まわっていれば、ウェハ交換２９を実行して所定枚数の
ウェハ１の露光処理が終了するまで露光実行２７を行
い、また、蓄積熱量が下限の許容限界値以下であれば、
蓄積熱量制御部１０によってマスク２を退避させるマス
ク退避３２を実行し、かつ、ステージ７も退避させ、シ
ャッタ１４を開くシャッタ開３３を実行する。

【００９３】この状態で、空露光（投影光学系６に照明
光４を入射させて、投影光学系６における蓄積熱量を増
加させる）を行い、投影光学系６における蓄積熱量が許
容限界値を上まわるようにする。

【００９４】その後、ウェハ交換２９を実行して、再び
同様の方法によって露光処理を行う。

【００９５】本実施の形態１の露光方法および装置によ
れば、以下のような作用効果が得られる。

【００９６】すなわち、蓄積熱量制御部１０によって投
影光学系６で発生する蓄積熱量を監視し、蓄積熱量が予
め設定した基準蓄積熱量を超えないように蓄積熱量を制
御することにより、投影光学系６における球面収差など
の光学特性の変化を抑えることができる。

【００９７】これにより、前記光学特性の変化を微小に
することができるため、球面収差や像面湾曲などのよう
に補正が困難な光学特性を制御することができ、その
際、前記光学特性に予め所定値（例えば、収差基準値）
を設定しておけば、前記光学特性を所定値以下に制御す
ることができる。

【００９８】その結果、光学特性を高精度に維持するこ
とができる。

【００９９】なお、球面収差、像面湾曲、歪曲収差、焦
点位置などの光学特性の変化を所定値以下に制御するこ
とができるため、ウェハ１上に形成される微細な回路パ
タン２ａにおける寸法精度の劣化を防止することができ
る。

【０１００】さらに、前記微細な回路パタン２ａを形成
する際の焦点裕度（フォーカスマージン）を確保するこ
とができる（フォーカスマージンの減少を防げる）とと
もに、前記微細な回路パタン２ａにおける重ね合わせ精
度の劣化を防止することができる。

【０１０１】また、光源３または照明光強度調節手段で
ある照明光強度調節フィルタ１２のうちの何れか一方も
しくはその両者によって照明光強度を調整して蓄積熱量
を制御することにより、照明光強度を微小に調整するこ
とができる。

【０１０２】その結果、光学特性を高精度に制御するこ
とができる。

【０１０３】さらに、照明光強度を調整する際に、露光
領域、マスク２のマスク透過率、ウェハ１のウェハ反射
率、ウェハ１の処理枚数および露光処理中の露光時間割
合などの露光情報を用いて照明光強度を調整することに
より、前記同様に、照明光強度を微小に調整することが
できる。

【０１０４】その結果、光学特性を高精度に制御するこ
とができる。

【０１０５】また、蓄積熱量が下限の許容限界値以下と
なった場合でも、蓄積熱量制御部１０によってマスク退
避３２やシャッタ開３３を実行し、さらに、空露光を行
って、投影光学系６における蓄積熱量が下限の許容限界
値を上まわるように制御することができる。

【０１０６】これにより、光学特性を高精度に維持する
ことが可能になる。

【０１０７】（実施の形態２）図４は本発明の他の実施
の形態である露光方法の露光処理における処理時間と蓄
積熱量の関係を示す蓄積熱量概念図、図５は本発明の他
の実施の形態である露光方法の露光処理における入射エ
ネルギごとの処理時間と球面収差の関係を示す光学特性
概念図である。

【０１０８】なお、本実施の形態２における露光装置
は、実施の形態１で説明した投影露光装置と同様である
ため、その構造などの重複説明は省略する。

【０１０９】次に、図１、図４および図５を用いて、本
実施の形態２による露光方法について説明する。

【０１１０】本実施の形態２の露光方法は、実施の形態
１で説明した投影露光装置と同様のものを用いるもので
あり、マスク２上に形成された回路パタン２ａの像を投
影光学系６を介してウェハ１に投影露光するものであ
り、光源３から発せられる照明光４の入射によって投影
光学系６で発生する蓄積熱量を、露光前に予め設定した
基準蓄積熱量にし、かつその状態で光学特性を調整して
おくことにより、投影光学系６における光学特性の変化
を抑えるものである。

【０１１１】これを図４に示す蓄積熱量概念図によって
説明する。

【０１１２】まず、露光処理の待機状態（露光処理前や
露光処理中の待機状態）などにおいては、図１に示すシ
ャッタ１４は閉じているため、投影光学系６の温度が最
低状態となっており、この時の蓄積熱量を図４に示すよ
うにＱ０とする。

【０１１３】そこで、この状態から単位時間当たりの入
射エネルギ量Ｅによって時間Ｔ１だけエネルギを入射す
ると投影光学系６の蓄積熱量はＱ１となる。

【０１１４】さらに、単位時間当たりの入射エネルギ量
Ｅによって時間Ｔ１（図４における２Ｔ１）だけエネル
ギを入射させると前記蓄積熱量はＱ２となるが、熱量が
平衡状態に近づくにつれて蓄積熱量の変化が緩やかにな
るため、必ず（Ｑ１−Ｑ０）＞（Ｑ２−Ｑ１）となる
（図４参照）。

【０１１５】したがって、露光処理前などの露光処理の
待機状態における投影光学系６の蓄積熱量を、予め、平
均的なマスク透過率（４０〜５０％前後）における熱平
衡状態にしておく。

【０１１６】これにより、露光処理時の蓄積熱量の変化
を少なくすることができるため、投影光学系６における
光学特性の変化を低減することが可能になる。

【０１１７】なお、図５は、前記光学特性の一例として
球面収差を取り上げた場合の前記球面収差（光学特性）
の変化の様子を示したものである。

【０１１８】ここで、図５に示すように、単位時間当た
りの入射エネルギ量をＥｌ，Ｅｍ，Ｅｈ（Ｅｌ＜Ｅｍ＜
Ｅｈ）とし、それぞれの場合の球面収差の最終値をΔＫ
ｌ，ΔＫｍ，ΔＫｈとすると、本実施の形態２による露
光方法では、ΔＫｍにおける球面収差が最適となるよう
に照明光強度などを調整しておき、露光処理の待機中に
おいても、投影光学系６に対してエネルギを供給して球
面収差ΔＫｍを維持する。

【０１１９】なお、待機中に投影光学系６に対してエネ
ルギを供給する方法としては、図１に示したマスク２を
蓄積熱量制御部１０によって移動（除去）させた状態
で、シャッタ１４を開くものである。

【０１２０】つまり、投影光学系６の蓄積熱量が減少し
た際に、マスク２を介さずに投影光学系６に光源３から
発せられる照明光４を入射させることにより、前記蓄積
熱量を増加させて投影光学系６における光学特性の変化
を抑えるものである。

【０１２１】この時、マスク透過率が高い専用のマスク
２を用いてもよいことは言うまでもない。

【０１２２】したがって、入射エネルギ量が常にＥｍと
なるように照明光強度を調整することにより、球面収差
を常にΔＫｍにすることが可能である。

【０１２３】しかし、照明光強度には設定上（投影露光
装置の性能上）、上限があるため、マスク透過率が低い
などの理由によって入射エネルギ量を常にＥｍに設定で
きない場合がある。

【０１２４】このような場合には、実施の形態１で説明
したのと同様に、予め、球面収差の下限の許容限界値を
設けておき、前記許容限界値に達した時点でマスク２を
退避させ、シャッタ１４を開くことにより、球面収差を
ΔＫｍにすることが可能である。

【０１２５】ここで、投影光学系６における蓄積熱量を
露光前に予め設定した基準蓄積熱量にする方法や、投影
光学系６における蓄積熱量を露光前に予め設定した基準
蓄積熱量にしかつ前記蓄積熱量が減少した際に、マスク
２を介さずに投影光学系６に光源３から発せられる照明
光４を入射させる（実施の形態１で説明した空露光）方
法については、実施の形態１による露光方法と組み合わ
せてもよい。

【０１２６】なお、本実施の形態２の露光方法における
その他の露光方法については、実施の形態１で説明した
ものと同様であるため、その重複説明は省略する。

【０１２７】本実施の形態２の露光方法および装置によ
れば、以下のような作用効果が得られる。

【０１２８】すなわち、投影光学系６で発生する蓄積熱
量を露光前に予め設定した基準蓄積熱量にすることによ
り、露光処理の待機状態（着工待ち状態など）において
も蓄積熱量を基準蓄積熱量に維持することができる。

【０１２９】これにより、露光開始時点における蓄積熱
量の変化を少なくすることができ、投影光学系６におけ
る光学特性の変化を低減できる。

【０１３０】さらに、照明光強度の設定値を高くするこ
とが可能なため、スループット（処理能力）を向上させ
ることができる。

【０１３１】また、投影光学系６における蓄積熱量が減
少した際に、マスク２を退避させ、マスク２を介さずに
投影光学系６に光源３から発せられる照明光４を入射さ
せることにより、マスク透過率が低いため露光中に投影
光学系６の蓄積熱量が減少するような場合に、露光動作
とは別に投影光学系６の蓄積熱量を増加させることがで
きる。

【０１３２】その結果、蓄積熱量の変化を少なくするこ
とができ、投影光学系６における光学特性の変化を抑え
ることができる。

【０１３３】なお、本実施の形態２の露光方法および装
置によって得られるその他の作用効果については、実施
の形態１で説明したものと同様であるため、その重複説
明は省略する。

【０１３４】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。

【０１３５】例えば、前記実施の形態１，２による投影
露光装置（露光装置）は、照明光強度を設定および調整
する際に、蓄積熱量制御部１０が照明光強度制御部１１
を介して行うものであったが、照明光強度制御部１１が
蓄積熱量制御部１０に含まれ、蓄積熱量制御部１０が直
接照明光強度を設定および調整してもよい。

【０１３６】その場合、前記投影露光装置の構成におい
て、照明光強度制御部１１を削除することができる。

【０１３７】また、前記実施の形態１，２による露光方
法において、投影光学系６の蓄積熱量の増加が予め予想
される場合に、意図的に露光ショット間に空白時間を設
けてもよい。

【０１３８】すなわち、露光ショット間に露光を行わな
い所定の非露光時間を予め設定することにより、前記蓄
積熱量を減少させて投影光学系６における光学特性の変
化を抑えるものである。

【０１３９】ここで、前記空白時間、つまり、前記非露
光時間は、例えば、２，３秒程度のものである。

【０１４０】これにより、高いマスク透過率のマスク２
を用いた場合などのように予め蓄積熱量の増加が予想さ
れる露光の際に、露光ショット間で蓄積熱量を減少させ
ることが可能になる。

【０１４１】その結果、投影光学系６における蓄積熱量
の変化を少なくすることができ、投影光学系６における
光学特性の変化を抑えることができる。

【０１４２】なお、前記非露光時間に、露光動作を完全
には停止させずにステージ７を低速で移動させることも
できる。

【０１４３】これにより、ステージ７の移動時間を充分
に取ることができるため、ステージ７の位置決め精度を
向上をさせることができる。

【０１４４】その結果、ウェハ１に対する露光精度を向
上させることができる。

【０１４５】さらに、前記実施の形態１，２の投影露光
装置（露光装置）の投影光学系６に設けられた瞳面（投
影光学系６におけるフーリエ変換面）近傍に配置された
レンズ部材において、その中心部のみの温度上昇を防止
するため、前記レンズ部材をヒータなどによってその周
囲から加熱してもよい。

【０１４６】これにより、前記レンズ部材の局部（中心
部）的な温度上昇を防げるため、前記同様、投影光学系
６における光学特性を制御することができ、その結果、
前記光学特性の変化を抑えることができる。

【０１４７】また、前記実施の形態１，２による露光方
法は、ステップアンドリピート方法またはスキャン方法
あるいはステップアンドスキャン方法などの何れの露光
方法であってもよい。

【０１４８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。

【０１４９】（１）．投影光学系で発生する蓄積熱量を
監視し、蓄積熱量が予め設定した基準蓄積熱量を超えな
いように蓄積熱量を制御することにより、投影光学系に
おける光学特性の変化を抑えることができる。これによ
り、光学特性の変化を微小にすることができるため、球
面収差や像面湾曲などのように補正が困難な光学特性を
制御することができ、その結果、光学特性を高精度に維
持することができる。

【０１５０】（２）．球面収差、像面湾曲、歪曲収差、
焦点位置などの光学特性の変化を所定値以下に制御する
ことにより、ウェハ上に形成される微細な回路パタンに
おける寸法精度の劣化を防止することができる。これに
より、微細な回路パタンを形成する際の焦点裕度を確保
することができるとともに、前記回路パタンにおける重
ね合わせ精度の劣化を防止することができる。

【０１５１】（３）．光源または照明光強度調節手段の
うちの何れか一方もしくはその両者によって照明光強度
を調整して蓄積熱量を制御することにより、照明光強度
を微小に調整することができ、その結果、光学特性を高
精度に制御できる。

【０１５２】（４）．照明光強度を調整する際に、露光
領域、マスクのマスク透過率、被処理物の被処理物反射
率、被処理物の処理数および露光処理中の露光時間割合
などの露光情報を用いて照明光強度を調整することによ
り、照明光強度を微小に調整することができ、その結
果、光学特性を高精度に制御することができる。

【０１５３】（５）．投影光学系で発生する蓄積熱量を
露光前に予め設定した基準蓄積熱量にすることにより、
露光処理の待機状態においても蓄積熱量を基準蓄積熱量
に維持することができる。これにより、露光開始時点に
おける蓄積熱量の変化を少なくすることができ、投影光
学系における光学特性の変化を低減できる。

【０１５４】（６）．投影光学系における蓄積熱量が減
少した際に、マスクを介さずに投影光学系に光源から発
せられる照明光を入射させることにより、マスク透過率
が低いため露光中に投影光学系の蓄積熱量が減少するよ
うな場合に、露光動作とは別に投影光学系の蓄積熱量を
増加させることができる。その結果、蓄積熱量の変化を
少なくすることができ、投影光学系における光学特性の
変化を抑えることができる。

【０１５５】（７）．露光ショット間に露光ショットを
行わない所定の非露光時間を予め設定することにより、
高いマスク透過率のマスクを用いた場合などのように予
め蓄積熱量の増加が予想される露光の際に、露光ショッ
ト間で蓄積熱量を減少させることが可能になる。これに
より、蓄積熱量の変化を少なくすることができ、投影光
学系における光学特性の変化を抑えることができる。

【０１５６】（８）．前記非露光時間に、露光動作を完
全には停止させずにステージを低速で移動させることに
より、ステージの移動時間を充分に取ることができるた
め、ステージの位置決め精度を向上をさせることができ
る。その結果、被処理物に対する露光精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の構造の実施の形態の一
例を示す構成概念図である。

【図２】本発明の露光処理における処理時間と球面収差
の関係の実施の形態の一例を示す光学特性概念図であ
る。

【図３】本発明の露光方法における露光処理の手順の実
施の形態の一例を示すフローチャート図である。

【図４】本発明の他の実施の形態である露光方法の露光
処理における処理時間と蓄積熱量の関係を示す蓄積熱量
概念図である。

【図５】本発明の他の実施の形態である露光方法の露光
処理における入射エネルギごとの処理時間と球面収差の
関係を示す光学特性概念図である。

【符号の説明】

１ウェハ（被処理物）２マスク２ａ回路パタン２ｂ透過部３光源４照明光５照明光学系５ａ，５ｂ，５ｃ集光レンズ５ｄオプチカルインテグレータ５ｅ可変開口絞り５ｆ可変ブラインド５ｇハーフミラー６投影光学系７ステージ８第１光電センサ（透過率検出手段）９第２光電センサ（透過率検出手段）１０蓄積熱量制御部１０ａ主制御部１１照明光強度制御部１２照明光強度調節フィルタ（照明光強度調節手段）１３フォーカス検出手段１４シャッタ２０単位時間当たりの入射エネルギ量読み込み２１露光面積読み込み２２マスク透過率読み込み２３シャッタ開時間割合読み込み２４照明光強度算出２５照明光強度可変範囲判定２６照明光強度設定２７露光実行２８露光終了判定２９ウェハ交換３０照明光強度最高値設定３１蓄積熱量許容限界値判定３２マスク退避３３シャッタ開

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２７

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上に形成された回路パタンを投影
光学系を介して半導体ウェハなどの被処理物に投影露光
する露光方法であって、光源から発せられる照明光の入
射によって前記投影光学系で発生する蓄積熱量を監視
し、前記蓄積熱量が予め設定した基準蓄積熱量を超えな
いように前記蓄積熱量を制御することにより、前記投影
光学系における光学特性の変化を抑えることを特徴とす
る露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法であって、前記
光源または前記光源と前記マスクとの間に設置された照
明光強度調節手段のうちの何れか一方もしくはその両者
によって照明光強度を調整して前記蓄積熱量を制御する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項２記載の露光方法であって、前記
照明光強度を調整する際に、露光領域、前記マスクのマ
スク透過率、前記被処理物の被処理物反射率、前記被処
理物の処理数および露光処理中の露光時間割合などの露
光情報を用いて前記照明光強度を調整することを特徴と
する露光方法。
【請求項４】マスク上に形成された回路パタンを投影
光学系を介して半導体ウェハなどの被処理物に投影露光
する露光方法であって、光源から発せられる照明光の入
射によって前記投影光学系で発生する蓄積熱量を、露光
前に予め設定した基準蓄積熱量にし、かつその状態で光
学特性を調整しておくことにより、前記投影光学系にお
ける光学特性の変化を抑えることを特徴とする露光方
法。
【請求項５】請求項４記載の露光方法であって、前記
投影光学系における蓄積熱量が減少した際に、前記マス
クを介さずに前記投影光学系に前記光源から発せられる
照明光を入射させることにより、前記蓄積熱量を増加さ
せて前記投影光学系における光学特性の変化を抑えるこ
とを特徴とする露光方法。
【請求項６】請求項１，２または３記載の露光方法で
あって、前記投影光学系における蓄積熱量を露光前に予
め設定した基準蓄積熱量とし、かつその状態で光学特性
を調整しておくことにより、前記投影光学系における光
学特性の変化を抑えることを特徴とする露光方法。
【請求項７】請求項１，２または３記載の露光方法で
あって、前記投影光学系における蓄積熱量を露光前に予
め設定した基準蓄積熱量にし、かつ、前記投影光学系に
おける蓄積熱量が減少した際に、前記マスクを介さずに
前記投影光学系に前記光源から発せられる照明光を入射
させることにより、前記蓄積熱量を増加させて前記投影
光学系における光学特性の変化を抑えることを特徴とす
る露光方法。
【請求項８】請求項１，２，３，４，５，６または７
記載の露光方法であって、露光ショット間に露光を行わ
ない所定の非露光時間を予め設定することにより、前記
蓄積熱量を減少させて前記投影光学系における光学特性
の変化を抑えることを特徴とする露光方法。
【請求項９】請求項１，２，３，４，５，６，７また
は８記載の露光方法を用いる露光装置であって、照明光を発する光源と、所望の回路パタンが形成されたマスクと、前記光源から発せられる照明光を前記マスクに入射させ
る照明光学系と、前記マスクを介して取り込んだ前記照明光によって形成
される前記回路パタンの像を被処理物に投影する投影光
学系と、前記被処理物を支持する移動可能なステージと、前記マスクのマスク透過率を検出する透過率検出手段
と、前記透過率検出手段による検出結果に基づいて前記投影
光学系で発生する蓄積熱量を監視し、前記蓄積熱量が予
め設定した基準蓄積熱量を超えないように制御する蓄積
熱量制御部とを有し、前記投影光学系の蓄積熱量を制御することにより、前記
投影光学系における光学特性の変化を抑えることを特徴
とする露光装置。