JP2000077315A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステージ位置にかかわらず光ビームの光軸が
常に適正な状態で露光することを、スループットを低下
させることなく実現することである。 【解決手段】 ウエハステージＷＳが計測位置（ウエハ
受け渡し位置）にあるときに、光源１２からの光ビーム
ＩＬの光軸の位置情報（角度ずれ及び位置ずれ）をモニ
タユニット２９により計測し、該位置情報及びステージ
ＷＳが前記計測位置にあるときとステージＷＳの移動可
能範囲内に前記計測位置とは離間して選定された複数の
基準位置（例えば、各ショット領域の露光時のそれぞれ
に対応する位置）にステージＷＳがあるときの光ビーム
ＩＬの光軸の変位情報（角度ずれ及び位置ずれ）のそれ
ぞれに基づいて、ウエハＷの各ショット領域について露
光するときに、光軸補正系２３，２４により光ビームの
光軸調整を行う。変位情報は予め計測されて記憶装置２
０ａに記憶されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバ
イスなどをリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用
される露光方法、及び露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程の一つである
フォトリソグラフィー工程においては、マスク又はレチ
クルに形成されているパターンをフォトレジストが塗布
されたウエハ上に転写するための露光装置として、マス
クのパターンの像をウエハ上のショット領域に縮小投影
するステッパーが多く用いられている。

【０００３】ステッパーとしては、パターンをウエハ上
のショット領域に一括露光し、順次ウエハを移動して他
のショット領域に対して一括露光を繰り返すステップ・
アンド・リピート方式のもの、あるいは最近では露光範
囲の拡大や露光性能の向上等の観点から、マスクとウエ
ハとを同期移動して、矩形その他の形状のスリット光で
走査・照明してウエハ上のショット領域を逐次露光し、
順次ウエハを移動して他のショット領域に対して走査・
露光を繰り返すステップ・アンド・スキャン方式のもの
も開発され、実用に供されるようになっている。

【０００４】この種の投影露光装置においては、露光光
としては、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線
（波長３６５ｎｍ）などが使用されているが、最近では
マイクロデバイスのさらなる微細化に対応すべく短波長
化が進行し、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦ（波長
１９３ｎｍ）、さらにはＦ_２ （波長１５３ｎｍ）など
のエキシマレーザ光が使用され、あるいはその使用が検
討されている。

【０００５】このようなエキシマレーザ光を射出する光
源（ビーム源）は、一般に大型であるため、露光装置の
本体部から分離して、同一の床面上に設置され、あるい
は露光本体部が設置されるクリーンルームの床下のスペ
ースに設置される。このため、露光本体部と光源との間
の規則的あるいは不規則的な振動などによる相対位置の
変化などにより光ビーム（照明光）の光軸（強度分布の
中心）が規則的にあるいは不規則的に変動する。かかる
光ビームの光軸が変動すると、例えば、フライアイイン
テグレータへ入射する光ビームの光軸が許容範囲を超え
てずれると、フライアイインテグレータから出射される
光ビームの光量が変動（低下）する。

【０００６】このため、従来は、光ビームの光軸のずれ
を照度又は光量変化として捉えて、光源の出力の制御や
光ビームの減光率の制御などによる光量制御、あるいは
露光時間の調整などにより対応していたが、これによる
と、フライアイインテグレータへ入射する光ビームの光
軸が許容範囲を逸脱してずれると、光量制御では対応で
きない場合があるとともに、露光時間の調整では処理時
間を増大させ、スループットの低下を招く。このため、
光ビームの光軸の変動を検出し、光ビームの光軸のずれ
を相殺するように調整することが行われていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光本
体部は可動部としての基板ステージなどを備えているた
め、その移動に伴う露光本体部の重心位置の変化などに
よっても、光ビームの光軸にずれを生じるので、ステー
ジがある特定の位置にあるときに該光軸のずれを相殺す
るように調整したとしても、ステージが他の位置にある
場合には、やはり光軸のずれを生じるという問題があっ
た。

【０００８】特に、ステップ・アンド・リピート方式や
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、投影
光学系に対して基板ステージを相対的に移動させて、ウ
エハ上の複数のショット領域に対して順次露光を繰り返
すので、各ショット領域に対する露光毎に厳密にはステ
ージ位置の変化に伴う光軸ずれが生じ、マイクロデバイ
スのさらなる微細化に対応すべくより高精度な露光処理
を実現するためには、かかる点をも考慮する必要があ
る。

【０００９】なお、ウエハ上の各ショット領域に対して
露光処理を行う直前に光軸のずれを計測・調整するよう
にすれば、かかる問題を解消できると考えられるが、光
軸の計測・調整のためには、ある程度の時間を要するの
で、各ショット領域毎に行うとすれば、スループットが
著しく低下するという新たな問題を生じる。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
ステージ位置にかかわらず露光エネルギービームの光軸
が常に適正な状態で露光することを、スループットを低
下させることなく実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に
対応つけて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものでは
ない。

【００１２】１．上記目的を達成するため、本発明の第
１の観点による露光方法は、露光エネルギービーム（Ｉ
Ｌ）をマスク（Ｒ）に照射し、該マスクのパターンの像
を基板（Ｗ）上に投影することにより前記基板を露光す
る露光方法において、前記基板を載置するためのステー
ジ（ＷＳ）が所定の計測位置にあるときに、前記露光エ
ネルギービームの光軸の位置情報を計測し、該計測され
た光軸の位置情報、及び前記ステージが前記計測位置に
あるときと前記ステージの移動可能範囲内に前記計測位
置とは離間して選定された複数位置に前記ステージがあ
るときとの前記露光エネルギービームの光軸の変位情報
のそれぞれに基づいて、前記ステージに載置された基板
を露光するときに前記露光エネルギービームの光軸調整
を行うことを特徴とする。

【００１３】基板を載置するステージの位置に依存する
露光エネルギービームの光軸のずれは、露光本体部の機
械的な剛性と該ステージの駆動に伴う露光本体部の重心
位置の変化によって生じるから、該ステージの位置によ
る再現性がある。本発明では、この点に着目し、ステー
ジが所定の計測位置（例えば、基板の受け渡し位置）に
あるときとステージがその移動可能範囲内で選定された
複数の位置（例えば、各ショット領域に対して露光する
ときのステージの位置）にあるときとの露光エネルギー
ビームの光軸の相対的な変位情報を予め求めておき、ス
テージが該計測位置にあるときに計測された光軸の位置
情報及び該変位情報に基づいて露光エネルギービームの
光軸調整を行うようにした。これにより、露光時のステ
ージの位置に依存する光軸のずれが相殺された状態で露
光処理を行うことができるから、ステージ位置にかかわ
らず、常に光軸が適正な状態で露光することができるよ
うになる。また、所定の計測位置で光軸の位置情報を実
際に計測した後は、各ショット領域に対する一連の露光
処理時に、光軸の位置情報の計測を行わなくてよいの
で、スループットの低下も低く抑えることができる。

【００１４】特に、所定の計測位置を基板の受け渡し位
置に設定すれば、ステージは基板受け渡し位置において
は、基板の受け渡しのために比較的に長時間停止してい
るから、その停止時間を利用して光軸の位置情報を計測
できるので、光軸の計測のためのスループットの低下を
実質的に無くすことができるとともに、光軸の計測を露
光本体部が十分に安定した状態で、且つ十分な時間をか
けて行うことができるから、計測の精度も高くすること
ができる。

【００１５】２．上記目的を達成するため、本発明の第
２の観点による露光方法は、露光エネルギービーム（Ｉ
Ｌ）をマスク（Ｒ）に照射して、該マスクのパターンを
基板（Ｗ）上の複数のショット領域のそれぞれに転写す
る露光方法において、前記基板上の複数のショット領域
を露光するときの前記ステージの位置に対応して、前記
露光エネルギービームの光軸ずれ情報をそれぞれ検出
し、前記基板上の各ショット領域を露光するときに前記
検出された光軸ずれ情報に基づいて、前記露光エネルギ
ービームの光軸調整を行うことを特徴とする。

【００１６】基板を載置するステージの位置に依存する
光ビームの光軸のずれは、露光本体部の機械的な剛性と
該ステージの駆動に伴う露光本体部の重心位置の変化に
よって生じるから、該ステージ位置による再現性があ
る。本発明では、この点に着目し、基板上の複数のショ
ット領域を露光するときのステージの位置に対応して、
露光エネルギービームの光軸のずれ情報をそれぞれ検出
しておき、基板上の各ショット領域を露光するときに当
該光軸ずれ情報に基づいて、光軸調整を行うようにした
から、各ショット領域について、常に光軸が適正な状態
で露光を行うことができる。また、各ショット領域のそ
れぞれについて光軸ずれ情報を計測した後は、各ショッ
ト領域に対する一連の露光処理時に、当該情報の計測を
行わなくてよいので、スループットの低下も低く抑える
ことができる。

【００１７】３．上記目的を達成するため、本発明の第
３の観点による露光装置は、マスク（Ｒ）に形成された
パターンの像を基板（Ｗ）上に投影することによって前
記基板を露光する露光装置において、露光エネルギービ
ーム（ＩＬ）を発生するビーム源（１２）と、該ビーム
源と異なるベース上に設置され、前記露光エネルギービ
ームのもとで前記マスクのパターンを前記基板上に転写
するための露光本体部（１１）と、前記基板を載置する
ためのステージ（ＷＳ）が所定の計測位置にあるとき
と、該ステージが該計測位置に対して離間した複数の基
準位置にあるときとの前記露光エネルギービームの光軸
の変位情報がそれぞれ記憶保持された記憶装置（２０
ａ）と、前記ステージが前記計測位置にあるときの前記
露光エネルギービームの光軸のずれ量を検出する検出装
置（２９）と、前記検出装置の検出結果及び前記記憶装
置に保持された変位情報に基づいて前記露光エネルギー
ビームの光軸を調整する調整装置（２３，２４）と、を
有することを特徴とする。本発明によると、上記本発明
の第１の観点による露光方法を実施するために好適な露
光装置が提供される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１９】図１は本発明の実施形態のステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置の全体の概略構成図で
ある。同図において、１１は露光装置の本体部（露光本
体部）であり、１２は露光本体部１１に対して露光エネ
ルギービームとしてのＡｒＦエキシマレーザ光を供給す
る露光光源（ビーム源）である。これらの露光本体部１
１及び露光光源１２は、互いに独立的に構成されて、不
図示のクリーンルーム内の同一の床面上に設置されてい
る。なお、露光光源１２は、クリーンルームの外の同一
若しくは異なる床面上に設置され、又はクリーンルーム
の床面の下側に画成されたユーティリティースペース
（機械室）に設置される場合もある。これらの露光本体
部１１及び露光光源１２は、それぞれ防振装置を介して
設置されている。露光本体部１１と露光光源１２との間
には、ビーム・マッチング・ユニット（ＢＭＵ：光軸整
合装置）１３が設けられている。

【００２０】次に、露光本体部１１の構成について説明
する。以下の説明においては、投影光学系１４の光軸に
平行にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する平面（水平面）内で
図の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸をと
って説明する。なお、Ｙ軸に平行な方向が走査方向（ス
キャン方向）である。

【００２１】露光本体部１１は不図示のチャンバ内に収
納されており、このチャンバの床面上に定盤１５が設置
され、定盤１５上にウエハステージＷＳが配置されてい
る。ウエハステージＷＳは、リニアモータなどによりＸ
及びＹ方向に移動するＸＹステージ１６及びＸＹステー
ジ１６上に載置されたＺステージ１７から構成されてい
る。Ｚステージ１７上には、不図示のウエハホルダが吸
着保持されており、フォトレジストが塗布された露光対
象としてのウエハＷは該ウエハホルダに吸着保持され
る。Ｚステージ１７はウエハＷを回転方向に微動する機
能及びウエハＷの表面を投影光学系１４の像面に一致さ
せるためのフォーカス・レベリング機能を有している。

【００２２】ウエハステージＷＳのＺテーブル１７上に
は移動鏡１８が固定されており、レーザ干渉計１９が移
動鏡１８にレーザ光を照射し、その反射光を受光するこ
とにより、ウエハステージＷＳの位置が計測され、その
計測値は制御装置２０に供給され、この制御装置２０に
より、ウエハステージＷＳの移動が制御される。

【００２３】また、ウエハテーブルＷＳの上側には、投
影光学系１４が配置され、投影光学系１４のさらに上側
には、レチクルステージＲＳが配置され、レチクルステ
ージＲＳ上に転写すべきパターンが形成されたレチクル
Ｒが吸着保持される。レチクルステージＲＳは、リニア
モータなどによりＹ方向に移動されるとともに、Ｘ方
向、Ｙ方向、及び回転方向に微動する機能を有する。レ
チクルステージＲＳ上には移動鏡２１が固定されてお
り、レーザ干渉計２２が移動鏡２１にレーザ光を照射
し、その反射光を受光することにより、レチクルステー
ジＲＳの位置が計測され、その計測値は制御装置２０に
供給され、この制御装置２０により、レチクルステージ
ＲＳの移動が制御される。レチクルステージＲＳのさら
に上側には、照明光学系が配置されている。

【００２４】露光光源１２からの光ビーム（照明光）Ｉ
Ｌは、光軸補正用ミラー２３、光軸補正用ハービング２
４、反射ミラー２５、反射ミラー２６、レンズ群２７、
ビームスプリッタ２８を有するビーム・マッチング・ユ
ニット１３を介して、露光本体部１１の照明光学系に導
入される。露光本体部１１に導入された光ビームは、光
軸補正用ミラー３１、光軸補正用ハービング３２、ビー
ムスプリッタ３３を介して、光ビームの強度分布を均一
化するためのフライアイレンズユニット３４に入射され
る。フライアイレンズユニット３４は、例えば１段目の
フライアイレンズに対してリレーレンズ系を介して２段
目のフライアイレンズを配置して構成され、２段目のフ
ライアイレンズの出射側に不図示の可変開口絞りが配置
されている。開口絞りから出射された光ビームは、不図
示の視野絞り及びリレーレンズ系などを介して反射ミラ
ー３５に至り、その反射光がコンデンサレンズ３６を経
て、レチクルステージＲＳ上のレチクルＲを照明する。
この光ビームＩＬはレチクルＲのパターン形成面（下
面）においてＸ方向に細長いスリット状の照明領域を有
している。そして、この光ビームＩＬのもとで、レチク
ルＲの照明領域内のパターンの反転像が投影光学系１４
を介して所定の投影倍率β（βは例えば、１／４，１／
５など）でウエハＷ上の矩形の露光領域に露光される。

【００２５】走査露光時には、その照明領域に対して、
レチクルステージＲＳを介してレチクルＲが＋Ｙ方向
（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲで移動するのに同期して、
その露光領域に対して、ウエハステージＷＳを介してウ
エハＷを−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度β・ＶＲ（β
は投影倍率）で移動する。レチクルＲ及びウエハＷはそ
れぞれ助走開始後に加速され、所定速度に達して定速運
動するようになってから、照明領域への光ビームＩＬの
照射が開始されて、レチクルＲのパターンの転写が行わ
れる。そして、１つのショット領域への転写が終了する
と、光ビームＩＬの照射が停止されて、ウエハステージ
ＷＳのステッピングによって次のショット領域が助走開
始位置に移動し、以下、ステップ・アンド・スキャン方
式で各ショット領域へのパターンの転写が順次行われ
る。

【００２６】露光光源１２からほぼ水平面内の＋Ｙ方向
に射出された紫外パルス光よりなる光ビームＩＬは、不
図示のビームエキスパンダにより所定の断面形状に整形
される。ビームエキスパンダを通過した光ビームＩＬ
は、光軸補正用ミラー２３によりほぼ下方（−Ｚ方向）
に反射された後、光軸補正用ハービング２４を経て、反
射ミラー２５により＋Ｙ方向に反射され、反射ミラー２
６により＋Ｚ方向に反射され、レンズ系２７を介して、
ビームスプリッタ２８に至る。ビームスプリッタ２８で
＋Ｙ方向に反射された主ビームは露光本体部１１に供給
される。ビームスプリッタ２８を透過した副ビームは光
軸ずれ検出用のＣＣＤカメラなどを有する光軸ずれモニ
タユニット２９に入射される。

【００２７】光軸補正用ミラー２３及び光軸補正用ハー
ビング２４からなる光軸補正系は、図２に示されている
ように構成されている。即ち、光軸補正用ミラー２３
は、支点４１と、ムービングコイルモータなどの伸縮自
在の駆動素子からなるＹ軸アクチュエータ４２及びＸ軸
アクチュエータ４３とに支持されており、Ｙ軸アクチュ
エータ４２及びＸ軸アクチュエータ４３の伸縮量は制御
装置２０により制御される。また、光軸補正用ハービン
グ２４は、それぞれ光透過性の平行平面ガラスからなる
Ｘハービング２４Ｘ及びＹハービング２４Ｙから構成さ
れている。これらのＸハービング２４Ｘ及びＹハービン
グ２４Ｙはそれぞれ回転モータ４４，４５によって微少
回転され、回転モータ４４，４５の回転量も制御装置２
０によって制御される。

【００２８】露光光源１２からの光ビームＩＬは、光軸
補正用ミラー２３によってほぼ−Ｚ方向に反射された
後、Ｘハービング２４Ｘ及びＹハービング２４Ｙを通過
している。Ｘ軸アクチュエータ４２及びＹ軸アクチュエ
ータ４３を適宜に伸縮して、光軸補正用ミラー２３の角
度を微少変更することにより、反射光の角度（進行方
向）はＹ軸に平行な軸を中心としてδθｘ、及びＸ軸に
平行な軸を中心としてδθｙだけ変化する。さらに、Ｘ
ハービング２４ＸをＹ軸に平行な軸の周りに微少回転す
ることによって、光ビームＩＬの光路はＸ方向にδｄｘ
だけ横シフト（位置ずれ）し、Ｙハービング２４ＹをＸ
軸に平行な軸の周りに微少回転することによって、光ビ
ームＩＬの光路はＹ方向にδｄｙだけ横シフトする。従
って、光ビームＩＬの光軸ずれ（角度ずれ及び位置ず
れ）を所定の範囲内で適宜に補正制御することができ
る。

【００２９】再度、図１を参照する。この光軸補正系２
２，２３を経た光ビームＩＬは反射ミラー２５、反射ミ
ラー２６、及びレンズ系２７を経てビームスプリッタ２
８に入射し、入射した光ビームのうちの一部（例えば、
１％程度）はビームスプリッタ２８を透過して光軸ずれ
モニタユニット２９に入射され、光軸ずれモニタユニッ
ト２９において進行方向（入射角）のずれ量（角度ずれ
量）及び横シフト量（位置ずれ量）の検出が行われ、検
出結果が制御装置２０に供給される。また、ビームスプ
リッタ２８に入射した光ビームＩＬの大部分（例えば、
９９％程度）は、反射されて露光本体部１１に向かう。

【００３０】図３（Ａ）は、光軸ずれモニタユニット２
９の構成を示している。同図において、ビームスプリッ
タ２８を透過した光ビームＩＬは、ハーフミラー５１に
入射し、ハーフミラーを５１を透過した光束は、適当な
減光フィルタ５２、及び焦点距離ｆの集光レンズ５３を
経て、ＣＣＤカメラなどからなる２次元撮像素子５４に
入射する。集光レンズ５３及び撮像素子５４により角度
ずれモニタが構成されている。撮像素子５４の撮像信号
を制御装置２０で処理することによって図３（Ｃ）に示
すように、撮像素子５４の撮像面５５において、光束Ｉ
Ｌ２の中心の所定の基準点５５ａに対するＸ方向、及び
Ｙ方向への位置ずれ量Δｘ２、Δｙ２が検出される。

【００３１】この場合、撮像素子５４の撮像面５５は、
図１のフライアイレンズユニット３４の入射面に対して
ほぼ光学的フーリエ変換面（瞳面）の関係にあり、光ビ
ームＩＬのＹ軸の周りの角度ずれをδθｘ’、Ｘ軸周り
の角度ずれをδθｙ’とすると、これと位置ずれ量Δｘ
２、Δｙ２との間には次の関係がある。

【００３２】Δｘ２＝ｆ・δθｘ’ …（１Ａ） Δｙ２＝ｆ・δθｙ’ …（１Ｂ） このとき、フライアイレンズユニット３４の光軸に対す
る角度ずれ量δθｘ’、δθｙ’が０の状態で、位置ず
れ量Δｘ２、Δｙ２が０になるように、撮像面５５にお
ける基準点５５ａが設定されており、制御装置２０は
（１Ａ）式、（１Ｂ）式より光ビームＩＬの露光本体部
１１に対する角度ずれ量δθｘ’、δθｙ’を算出す
る。

【００３３】一方、ハーフミラー５１で反射された光束
は、反射ミラー５６、倍率ｍの縮小光学系５７を経て、
ＣＣＤカメラなどからなる２次元の撮像素子５８に入射
する。縮小光学系５７と撮像素子５８との間には、撮像
素子５８への入射光量調整のための適当な減光フィルタ
（不図示）が設置されている。撮像素子５８の撮像信号
を制御装置２０で処理することにより、図３（Ｂ）に示
すように、撮像素子５８の撮像面５９において、光束の
中心の所定の基準点５９ａに対するＸ方向、及びＹ方向
への位置ずれ量Δｘ１，Δｙ１が検出される。

【００３４】この場合、撮像素子５８の撮像面５９は、
図１のフライアイレンズユニット３４の入射面に対して
ほぼ共役であり、光ビームＩＬのＸ軸方向の位置ずれ量
をΔｄｘ’、Ｙ軸方向の位置ずれ量をΔｄｙ’とする
と、これらと位置ずれ量Δｘ１，Δｙ１との間には次の
関係がある。

【００３５】Δｘ１＝ｍ・δｄｘ’ …（２Ａ） Δｙ１＝ｍ・δｄｙ’ …（２Ｂ） また、フライアイレンズユニット３４に対する位置ずれ
量δｄｘ’、δｄｙ’が０の状態で、撮像面５９での位
置ずれ量Δｘ１，Δｙ１が０になるように、撮像面５９
上での基準点５９ａが設定されており、制御装置２０は
（２Ａ）式、（２Ｂ）式より光ビームＩＬの露光本体部
１１に対する位置ずれ量δｄｘ’、δｄｙ’を算出す
る。

【００３６】角度ずれ量δθｘ’、δθｙ’、及び位置
ずれ量δｄｘ’、δｄｙ’を算出した後に制御装置２０
は、図２に示した光軸ずれ補正系での角度ずれの補正量
δθｘ、δθｙをそれぞれ−δθｘ’、−δθｙ’に設
定し、且つ位置ずれの補正量δｄｘ、δｄｙをそれぞれ
−δｄｘ’、−δｄｙ’に設定する。即ち、光軸ずれモ
ニタユニット２９で検出される角度ずれ量δθｘ’、δ
θｙ’、及び位置ずれ量δｄｘ’、δｄｙ’がそれぞれ
０になるように、光軸補正用ミラー２３及び光軸補正用
ハービング２４（２４Ｘ，２４Ｙ）を駆動制御する。こ
れによって、光ビームＩＬの露光本体部１１に対する角
度ずれ量及び位置ずれ量（以下、まとめれ光軸ずれ
量）、ひいては光ビームＩＬの露光本体部１１のフライ
アイレンズユニット３４に対する光軸ずれ量がほぼ０に
なる。

【００３７】再度、図１を参照する。ビーム・マッチン
グ・ユニット１３のビームスプリッタ２８での反射光
（主ビーム）は、露光本体部１１に導かれ、光軸補正用
ミラー３１によりほぼ上方（＋Ｚ方向）に反射された
後、光軸補正用ハービング３２を経て、ビームスプリッ
タ３３に至る。ビームスプリッタ３３で＋Ｙ方向に反射
された主ビームはフライアイレンズユニット３４に供給
される。ビームスプリッタ３３を透過した副ビームは光
軸ずれモニタユニット３７に入射される。

【００３８】光軸補正用ミラー３１及び光軸補正用ハー
ビング３２は、図２に示した、光軸補正系の光軸補正用
ミラー２３及び光軸補正用ハービング２４と同様の構成
なので、その説明は省略する。また、光軸ずれモニタユ
ニット３７も図３に示した光軸ずれモニタユニット２９
と同様の構成なので、その説明は省略する。

【００３９】次に、ウエハステージＷＳの位置に応じた
光軸ずれ量（光軸の位置情報）を収集する作業について
説明する。この作業は、投影露光装置を設置した際の初
期調整時又は投影露光装置のメンテナンス時などに行う
作業である。ウエハステージＷＳの中心（重心）、及び
レチクルステージＲＳの中心（重心）をそれぞれ投影光
学系１４の光軸上に移動させる。投影光学系１４の光軸
は、両ステージＷＳ、ＲＳを除く機構部のほぼ重心を通
過するように設計されているため、通常は両ステージＷ
Ｓ、ＲＳをそのように配置した状態が最も安定した状態
であると考えられる。

【００４０】この状態で、ビーム・マッチング・ユニッ
ト１３の光軸ずれ補正系（光軸補正用ミラー２３及び光
軸補正用ハービング２４）による補正量を０にして、露
光本体部１１の光軸ずれモニタユニット３７により光軸
ずれ量をモニタしながら、光軸ずれ補正系（光軸補正用
ミラー３１及び光軸補正用ハービング３２）を用いて、
フライアイレンズユニット３４の入射面に対する光軸ず
れ量（角度ずれ量及び位置ずれ量）を０となるように調
整する。このとき、ビーム・マッチング・ユニット１３
の光軸ずれモニタユニット２９の撮像素子５４，５８の
撮像面５５，５９に入射する光束ＩＬ２，ＩＬ１の中心
をそれぞれ基準点５５ａ，５９ａとして、これらの基準
点５５ａ，５９ａを制御装置２０の記憶装置（不揮発性
メモリ）２０ａに記憶保持する。これにより、ウエハス
テージＷＳ及びレチクルステージＲＳの中心が投影光学
系１４の光軸上に位置するときに、光ビームＩＬのフラ
イアイレンズユニット３４に対する光軸ずれ量が０にな
るとともに、光軸ずれモニタユニット２９を介してモニ
タされる光軸ずれ量も０になる。

【００４１】次に、ウエハステージＷＳを所定の計測位
置（ここでは、基板受け渡し位置とする）に移動して、
この状態で、ビーム・マッチング・ユニット１３の光軸
ずれモニタユニット２９により光軸ずれ量（角度ずれ量
及び位置ずれ量）を計測し、基板受け渡し位置における
光ビームの光軸の初期位置情報としてこれを記憶装置２
０ａに記憶保持する。その後、ウエハステージＷＳの移
動可能範囲に所定のピッチで碁盤目状に選定された複数
位置、すなわちウエハＷ上の複数のショット領域を露光
するときのウエハステージＷＳの位置（露光位置）に順
次ウエハステージＷＳを移動し、該露光位置における光
ビームＩＬの光軸の変位情報のそれぞれを、前記基板受
け渡し位置における光軸ずれ量との差分（オフセット）
として記憶装置２０ａに記憶保持する。

【００４２】なお、各基準位置において実際に計測した
変位情報に基づいて、ピッチなどを変更して、新たに碁
盤目状に複数位置を選定し、該新たな位置における変位
情報の各々をその近傍の位置に対応する元の変位情報に
基づいて、最小自乗法やその他の近似方法などを用いて
算出して、これを変位情報として記憶装置２０ａに記憶
保持してもよい。光軸の変位情報を収集する位置は、変
位情報の収集の効率やこの露光装置が予定するウエハの
サイズ及びショット配列などを考慮して適宜に選定され
る。

【００４３】次に、実際の露光処理時の処理について、
図４に示すフローチャートを参照して説明する。まず、
ウエハステージＷＳをウエハＷの受け渡し位置（ローデ
ィング位置）に移動して（ＳＴ１）、ウエハＷの交換を
行う（ＳＴ２）。このウエハＷの交換処理と並行して、
光軸ずれモニタユニット２９によりその位置（ウエハＷ
の受け渡し位置）における光軸の初期位置からのずれ量
（角度ずれ量及び位置ずれ量）を計測する（ＳＴ３）。
次に、記憶装置２０ａに記憶保持された変位情報を検索
して、露光処理を実施すべきショット領域に対応するウ
エハステージＷＳの位置（露光位置）についての変位情
報を読み出すとともに、この読み出された変位情報とＳ
Ｔ３で計測された光軸のずれ量とに基づいて、当該露光
位置における新たな光軸の変位情報とする（ＳＴ４）。
なお、ここでは、記憶装置２０ａに記憶保持されている
変位情報は、ウエハＷのショット領域に１対１に対応し
ているものとする。

【００４４】次いで、新たに求めた光軸の変位情報が示
す光軸ずれ量を相殺するように、ビーム・マッチング・
ユニット１３の光軸ずれ補正系の光軸補正用ハービング
２４及び光軸補正用ミラー２３を駆動して、光ビームＩ
Ｌの光軸の角度及び位置を調整する（ＳＴ５）。これと
並行して、ウエハステージＷＳを露光位置、即ち、露光
すべきショット領域（この場合は最初のショット領域）
が投影光学系１４による投影位置に位置するように移動
する（ＳＴ６）。その後、ウエハＷに対して露光処理を
実施し（ＳＴ７）、次いで、他のショット領域に対し
て、順次同様に変位情報の読み出し、光軸の補正、ステ
ージの移動及び露光処理を繰り返すことにより（ＳＴ４
〜７）、ウエハＷ上の全てのショット領域に対して露光
処理を実施する（ＳＴ８）。全てのショット領域に対す
る露光処理が終了したならば、再度ウエハステージＷＳ
をウエハ受け渡し位置に移動して（ＳＴ１）、ウエハＷ
の交換を行うとともに（ＳＴ２）、これと並行して、そ
の位置における光軸ずれ量の計測を行い（ＳＴ３）、以
下、同様の処理を繰り返す。

【００４５】なお、通常は、露光装置は各種のショット
配列のウエハＷについて処理するから、各ショット領域
に対応するウエハステージＷＳの位置と、変位情報を計
測した基準位置とは必ずしも一致しないので、その場合
には、各ショット領域に対応するウエハステージＷＳの
位置に最も近い基準位置についての変位情報を使用する
ようにできる。あるいは、その近傍の複数の基準位置に
ついての変位情報に基づき、直線近似、曲線近似、若し
くは最小二乗近似などの近似方法により近似して、該ス
テージ位置についての妥当な変位情報を算出して、これ
を用いて光軸の補正を行うようにしてもよい。

【００４６】本実施形態によると、ウエハステージＷＳ
が所定の計測位置（ウエハＷの受け渡し位置）にあると
きとステージがその移動可能範囲内で碁盤目状に選定さ
れた複数の基準位置にあるときの光ビームの光軸の変位
情報（角度ずれ量及び位置ずれ量）を予め求めておき、
露光処理を行うに際し、ウエハステージＷＳが該計測位
置にあるときに光軸の位置情報（角度ずれ量及び位置ず
れ量）を計測し、該位置情報及び該変位情報に基づいて
光ビームの光軸調整を行うようにしている。これによ
り、床変動などに伴う露光本体部１１と露光光源１２と
の間の相対位置変化による光軸ずれが相殺されるととも
に、露光時のウエハステージＷＳの位置に依存する光軸
ずれが相殺された状態で露光処理を行うことができるか
ら、ウエハステージＷＳの位置にかかわらず、常に光軸
が適正な状態で露光処理を行うことができるようにな
る。

【００４７】また、ウエハＷの受け渡し位置で光軸のず
れ量を計測するようにしたから、ウエハＷの交換処理に
並行して光軸のずれ量の計測を行うことができ、光軸ず
れ量の計測のためにのみ装置を停止する必要がないの
で、その分だけスループットを向上することができる。
また、ウエハＷの受け渡し位置で光軸ずれ量を実際に計
測した後は、各ショット領域に対する一連の露光処理時
に、光軸ずれ量の計測を行わなくてよいので、スループ
ットの低下を低く抑えつつ、光ビームＩＬの光軸ずれが
ない適正な状態で各ショット領域について露光処理を行
うことができ、光軸ずれによる光量の低下などがなく、
適正な光量での露光を、他の光量調整装置などに依存す
ることなく実現することができる。

【００４８】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【００４９】例えば、上記実施形態においては、所定の
計測位置として、ウエハの受け渡し位置を選定している
が、これは、ウエハの交換動作と並行して光軸のずれ量
の計測やその補正を行うことにより、スループットを向
上することを考慮したためであり、ウエハステージＷＳ
の中心が投影光学系１４の光軸上にあるときのその位置
を計測位置としてもよく、あるいは他の位置を計測位置
としてもよい。また、変位情報としては、光軸の角度ず
れ量及び位置ずれ量のうちの一方のみであってもよい。
さらに、上記実施形態においてはウエハステージＷＳの
位置に応じた光軸のずれを補正するようにしているが、
必要があればレチクルステージＲＳの位置についても同
様に補正するようにすることができる。

【００５０】加えて、本発明は、レチクルとウエハとを
同期移動して、矩形その他の形状のスリット光で走査・
照明してウエハ上のショット領域を逐次露光し、順次ウ
エハを移動して他のショット領域に対して走査・露光を
繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装
置のみならず、ウエハ上のショット領域を一括露光し、
順次ウエハを移動して他のショット領域に対して一括露
光を繰り返すステップ・アンド・リピート方式の投影露
光装置にも適用することができる。

【００５１】さらに、露光装置の光源も特に限定され
ず、ＡｒＦ、Ｆ_２ などのエキシマレーザ、さらには軟
Ｘ線領域に発振スペクトルを有するＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅ
ｍｅＵｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）であっても適用可能で
ある。

【００５２】また、投影光学系１４はその全ての光学素
子が屈折素子（レンズ）であるもの以外に、反射素子
（ミラー等）のみからなる光学系であってもよいし、あ
るいは屈折素子と反射素子（凹面鏡、ミラー等）とから
なるカタディオプトリック光学系であってもよい。

【００５３】

【発明の効果】本発明は以上詳述したように構成したか
ら、ステージ位置にかかわらず露光エネルギービームの
光軸が常に適正な状態で露光できるようになり、しかも
スループットを低下させることも少ないという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の投影露光装置の要部構成
を示す図である。

【図２】 本発明の実施形態の光軸補正系の構成を示す
斜視図である。

【図３】 本発明の実施形態の光軸ずれモニタユニット
の説明図であり、（Ａ）は構成図、（Ｂ）は撮像素子の
撮像面を示す図、（Ｃ）は他の撮像素子の撮像面を示す
図である。

【図４】 本発明の実施形態の露光処理時の処理を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

Ｗ…ウエハ ＷＳ…ウエハステージ Ｒ…レチクル ＲＳ…レチクルステージ ＩＬ…光ビーム（照明光） １１…露光本体部 １２…露光光源 １３…ビーム・マッチング・ユニット １４…投影光学系 ２０…制御装置 ２０ａ…記憶装置 ２３，３１…光軸補正用ミラー ２４，３２…光軸補正用ハービング ２８，３３…ビームスプリッタ ２９，３７…光軸ずれモニタユニット ３４…フライアイレンズユニット ５４，５８…二次元撮像素子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光エネルギービームをマスクに照射
   し、該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露光方法において、 前記基板を載置するためのステージが所定の計測位置に
   あるときに、前記露光エネルギービームの光軸の位置情
   報を計測し、 該計測された光軸の位置情報、及び前記ステージが前記
   計測位置にあるときと前記ステージの移動可能範囲内に
   前記計測位置に対して離間して選定された複数位置に前
   記ステージがあるときとの前記露光エネルギービームの
   光軸の変位情報のそれぞれに基づいて、前記ステージに
   載置された基板を露光するときに前記露光エネルギービ
   ームの光軸調整を行うことを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記複数位置のそれぞれは、前記基板上
   の複数のショット領域を露光するときの前記ステージの
   位置に対応して選定されることを特徴とする請求項１に
   記載の露光方法。
3. 【請求項３】 前記露光エネルギービームの光軸調整
   は、前記計測された光軸の位置情報と、前記複数位置の
   うち前記基板を露光するときの前記ステージの位置また
   はその近傍の位置に対応する前記光軸の変位情報とに基
   づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の露光
   方法。
4. 【請求項４】 前記マスクのパターンは投影光学系を介
   して前記基板上に転写され、 前記基板の中心と前記投影光学系の光軸とが実質的に一
   致するときの前記ステージの位置を前記計測位置とした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
5. 【請求項５】 前記基板の受け渡し位置にあるときの前
   記ステージの位置を前記計測位置としたことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記光軸の変位情報は、前記光軸の位置
   と前記光軸の角度との少なくとも一方を含むことを特徴
   とする請求項１又は２に記載の露光方法。
7. 【請求項７】 露光エネルギービームをマスクに照射し
   て、該マスクのパターンを基板上の複数のショット領域
   のそれぞれに転写する露光方法において、 前記基板上の複数のショット領域を露光するときの前記
   ステージの位置に対応して、前記露光エネルギービーム
   の光軸ずれ情報をそれぞれ検出し、 前記基板上の各ショット領域を露光するときに前記検出
   された光軸ずれ情報に基づいて、前記露光エネルギービ
   ームの光軸調整を行うことを特徴とする露光方法。
8. 【請求項８】 マスクに形成されたパターンの像を基板
   上に投影することによって前記基板を露光する露光装置
   において、 露光エネルギービームを発生するビーム源と、 該ビーム源と異なるベース上に設置され、前記露光エネ
   ルギービームのもとで前記マスクのパターンを前記基板
   上に転写するための露光本体部と、 前記基板を載置するためのステージが所定の計測位置に
   あるときと、該ステージが該計測位置に対して離間した
   複数の基準位置にあるときとの前記露光エネルギービー
   ムの光軸の変位情報がそれぞれ記憶保持された記憶装置
   と、 前記ステージが前記計測位置にあるときの前記露光エネ
   ルギービームの光軸のずれ量を検出する検出装置と、 前記検出装置の検出結果及び前記記憶装置に保持された
   変位情報に基づいて前記露光エネルギービームの光軸を
   調整する調整装置と、 を有することを特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 前記マスクと前記基板とを同期移動しな
   がら前記マスクに形成されたパターンの像を前記基板上
   に投影して前記基板を走査露光することを特徴とする請
   求項８に記載の露光装置。