JPH01243519A - 露光装置と露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はウェハ上にマスクパターンを転写、焼付するの
に十分均一な所望露光量を安定して供給するのに適する
Ｘ線露光装置の露光量制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、Ｘ線露光装置において露光時間を調整するこ
とによって、所望露光量の照射をおこなっていた。具体
的な従来の方法として、 ■ウェハに塗布された感光剤のＸ線感度と経験等によっ
て求めたＸ線照度とにより露光時間を決定していた。

■公開昭６０−１９８７２６号のように、Ｘ線検出器を
Ｘ線照射域内の適宜の取付位置に設置し、Ｘ線照度の時
間的変動を検出し露光時間を制御していた。

ｒ発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
上記従来例は、ウェハ面上の露光領域の全域にわたって
、−律に露光時間を決めていたため、ウェハの各地点で
の照度ムラに対しては、まった（補正できなかった。

この事は、特にＸ線露光装置の利用分野であると言われ
ている１／４μｍのバターニングの領域では、期待して
いる素子の性能が得られない等の重大な欠点となる。

また、露光量を均一にするために、照明光の強度ムラを
小さ（する方法として、光源を遠くに離す方法等が考え
られるが、この場合は、同時に照明強度を小さくしてし
まうという欠点があった。本発明の目的は光源を遠く離
すことな（均一な照明強度の得られる露光装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は放射
線源と被露光物体との間に、放射線の照射方向を横切る
方向に移動可能なアパーチャ手段と、被露光物体上での
放射線強度分布が一様になる様に前記アパーチャ手段の
移動を制御する手段とを設けた事により簡易な構成で、
エネルギー損失を大きくする事なく均一な照度分布の露
光域を得られる露光装置を可能にするものである。

〔実施例〕

第１図に本発明が適用される露光装置の構成の概要を示
す。１図において、１０１はウェハ、１０２はウェハに
対して４０μｍ程度の間隔をおいて平行に対面するマス
ク、１０２ａはマスクを保持するマスクステージ、１０
３はウェハを移動させるウェハ移動ステージで、本例に
おいては露光領域を次々に、移動させてウェハ全面を露
光する、いわゆるステッパー露光装置である。１０４は
ウェハ移動ステージ上に設けられたセンサーで、ウェハ
に入射する照明光の強度を、露光領域内の任意の点で測
定することが可能である。１０５は開口部を有する可動
アパーチャであり、補助シャッター１０６と共に、露光
シャッターを構成する。１０７はベリリウムの薄膜であ
り、この薄膜を境界としてマスク側は、例えば減圧され
たＨｅ雰囲気であり、光源側は高真空雰囲気となる。１
０８はＸ線光源であるＳＯＲリングの発光点である。シ
ンクロトロン放射光は電子ビームの軌道面に平行な方向
には均一であり、垂直方向には対称の強度分布を有する
。１０９は凸面シリンドリカルミラーであり、シンクロ
トロンの放射光を、強度分布を有する方向に拡大し、露
光装置のマスクおよびウェハの位置において、必要な露
光領域を照射するものである。−船釣には、反射耐が単
一の曲率を有するシリンドリカルミラーを馬いた場合、
露光領域内で、一つのピークを有する一次元の照明強度
分布となる。第５図にウェハ上に塗布されたレジストの
感度の波長における依存比を考慮して重みづけされた照
明強度分布の計算例を示す。

第３図に、可動アパーチャ部を有する露光シャッターの
具体的な構成の例を示す。ベルト１０５は開口部を有し
ており、例えばステンレス等の金属の薄板ベルトであり
、この薄板は光源のＸ線を遮断するのに十分な厚さを有
している。

２０１．２０２はベルト１０５をまきつけたローラーで
あり、駆動モータ２０３によって回転させることにより
ベルト１０５の開口部を可動アパーチャとして動作させ
ることができる。そして、開口部の可動方向は、照明光
の強度ムラを有する方向に一致している。ベルト１０５
には開口部が２ケ所設けられており、開口部２０４は露
光領域の露光時間を局所的に制御するところの可動アパ
ーチャとして動作し、その先縁２０６および後縁２０７
は露光領域内を移動する際の移動速度を制御される。ま
た開口部２０８は開口部２０４が露光シャッターとして
動作している際に、照明光が遮断されない為に必要な開
口領域を有する。

２０９は開口部２０４の位置を検出するフォトセンサで
あり、開口部２０４が露光領域を通過する際のタイミン
グをとる。２１０はベルトの移動方向を示す。

第４図に可動アパーチャすなわち開口部２０４の先縁２
０６．及び後縁２０７の移動の様子の一例を示す。第４
図において、横軸は時刻を示し、縦軸は可動アパーチャ
の移動方向の位置すなわち照明光の強度ムラを有する方
向の位置座標であり、Ｌｏで示される部分が露光領域で
ある。この例において、露光領域内で先縁２０６及び後
縁２０７の移動速度がそれぞれ独立に変化させるように
制御される。

第６図に第４図の一部を横軸に位置、縦軸に時刻をとっ
て示す。この動作例においては、先縁２０６も後縁２０
７も露光領域内で等加速度運動である。露゛光領域の各
位置における先縁２０６の通過時刻と、後縁２０７の通
過時刻との差は、その位置における露光時間となる。

第７図に第６図に対応する露光領域内の各位置における
露光時間を示す。

第８図は第５図に示される照明強度と第７図に示される
露光時間との積をとったもので、すなわち本動作例にお
ける、露光領域内の露出量を表したものである。速度制
御された可動アパーチャにより、第５図に示されるムラ
をもつ照明光源であっても第８図のように、より均一化
された露出量を実現していることが示されている。

以上述べた例では可動アパーチャの動作を露光領域内で
等加速度運動としたものについて説明したが、可動アパ
ーチャの制御によって原理的には露出量を完全に均一と
することも可能である。

具体的な制御の方法の例について述べる。

露光領域内において、照度が変化する方向に対して座標
をとり、露光領域内の点をＮケ所とり、それぞれＹ、、
Ｙ２．・・・、Ｙｎとする。

装置内の照明強度センサー１０４によって計測されたデ
ータに基づき、ウェハ上のレジストの感度の波長特性に
よって重み付は換算された、Ｙ＋の位置での、実際上の
照明強度を１１とする。必要な露光量をＥとすると、 Ｔ　＋　＝　Ｅ　／　Ｉ　Ｉ（１） が、露光領域内Ｙ１における適切な露光時間である。

これに対し、移動アパーチャの先縁のＹ、を通過する時
刻をＴｐｔ　（Ｐ　ｌ　、　　ｐ　２．・・・）とする
。Ｐｌ　＋Ｐ２は、可動アパーチャの動作制御パラメー
ターである。同様に移動アパーチャの後縁のＹ、を通過
する時刻をＴＥＩ　（Ｐ　１＋　　Ｐ２＋　・・・）と
する。

このとき各パラメータＰｋに対し、 Ｅ　＝　ａ　Σ（ＴＥＩ−ＴＦＩ−Ｔ＋）２（２）を最
小とするＰｋを計算によって求め、可動アパーチャの動
作制御を行なう。

このとき、可動アパーチャの制御に起因する誤差が最小
となる。

制御パラメーターの数を、Ｎヶ以上設定すれば露光領域
上の各点について Ｔ　Ｅｌ　−Ｔ　Ｆｌ　−Ｔ　＋　＝　Ｏ（３）とする
ことも可能である。

この場合は露光領域内の各点Ｙ１において、露光量を同
一にすることが可能であり、従って全露光領域内での均
一化を高精度で実現することが可能である。

この場合の例として、最も速く露光を終了する移動方法
が存在することを示すことができる。例えば第５図に示
すような照明強度分布が得られたとする。ＩＰは照明強
度の露光領域におけるピーク値であり、Ｙｐはピークを
与える位置である。Ｉｕ、　　Ｉｔ。

はそれぞれ両端の照明強度である。

可動アパーチャの最高速度をＶ□８として開口部先縁の
通過時刻ＴＦと後縁の通過時刻ＴＥを次の式によって決
める。

１）Ｙ１≦Ｙ≦ｙｐ ２）　Ｙｐ≦Ｙ≦ＹＮ 但しＴＦｏ：先縁がＹ、を通過する時刻（４）、　　（
５）、　　（６）、　　（７）で定まる先縁及び後縁の
動作の様子を第９図に示す。

この場合、開口部の先縁が露光領域内に入り、開口部の
後縁が露光領域を脱するまでに要する時間△Ｔは となり、（３）式を満たす可動アパーチャの実現しつる
動作のうち、最小の八Ｔを与える動作である。

可動アパーチャの開口長さをＬＥとすると、イ）ＬＯ≦
ＬＥの場合には、露光領域内に先縁と、後縁とが同時に
存在することはないので、それぞれの動作に相互に影響
しない制御パラメータを設けることができ、制御の自由
度が高い。

口）％ＬＯ＜ＬＥ≦Ｌｏの場合は、少なくとも露光領域
の％の領域内では、先縁と後縁が同時に存在することは
ないので、それぞれの領域では・先縁、後縁の動作に相
互に影響しない制御パラメータを設けることができ、結
局先縁または後縁のいずれかの制御パラメータのみを制
御することによって補正することができる。

イ）１口）いずれかの場合も、可動アパーチャの速度と
開口長さＬＥとの間に、制御上の束縛条件はない。ＬＥ
≦％Ｌｏの場合は露光領域中に、ＬＥと可動アパーチャ
の移動速度との間に束縛条件が存在なり、△Ｔが大きく
なるので露光に要する時間は太き（なってしまう。

さらに、本発明による可動アパーチャによって、露光量
を均一とする方法を前提とすれば（８）式は第２図に示
す照明系の設計の最適化の手法を与える。

第１０図は第２図による照明光学系において、凸面シリ
ンドリカルミラーの曲率Ｒを変えて露光領域の照明強度
分布の様子を表わした例である。可動アパーチャを（４
）、　　（５）、　　（６）、　　（７）に示す動作に
従い露光をさせた場合、以下の（９）式で表わせるη を縦軸に、１／Ｒを横軸にしてとったグラフを第１１図
に示す。

この図に示されるように、ηが極小となり凸面シリンド
リカルミラーの曲率半径Ｒ３が存在する。

Ｒｏの値は、シンクロトロン光源のプロフィール、露光
領域の大きさ、また光源、ミラー及びマスクの配置等に
よって異なるが、それぞれ（１１）式で表わされるηを
最小とするＲ８を凸面シリンドリカルミラーの曲率半径
とすることにより、露光シーヤツターの開口時間が最も
短く、時間的な効率のよい露光システムが実現できる。

しかしながら、実際の曲率半径の選定にあたっては、必
ずしもＲ８とすることが最適とならない。

本発明による露出量の均一化方法において、均一化に影
響を与える誤差要因には、照明光強度の測定誤差や、可
動アパーチャの移動速度制御誤差がある。

これらの誤差の許容値は、要求される露光量の精度から
決定されるが、いづれの誤差も、照明光の強度ムラが小
さい方が、より小さくすることが容易になってくる。こ
れは、シリンドリカルミラーの曲率半径を小さくする方
向であるので、同時に露光時間を長くする。シリンドリ
カルミラーの曲率半径をＲ８よりも大きくするのは、照
明光のムラを大きくし、かつ露光時間も長（なる方向で
あるから、無益である。

以上のことから、シリンドリカルミラーの曲率半径とし
てはＲ８を最大限とし、露光時間の許容できる範囲で小
さい曲率半径とするのが良い。−方Ｒを小さ（すると、
照明光の強度ムラが小さくなり、本発明による可動アパ
ーチャの働きによって露出量を均一化することの有益性
がなくなってくる。シリンドリカルミラーの曲率半径を
Ｒ６とじたときのη１Ｔ１１ｎに対し、３ηｍｉｎ程度
までが有益性がみとめられる。

第１１図において、Ｒ＝３０ｍの場合が７７　＝３．６
ηｍｉｎを与える強度分布である。

本実施例においては、可動アパーチャの動作を、一つの
ピークをもつ照明強度分布の例について説明したが、−
次元の照明強度分布であり、その照度の変化が連続であ
れば、どのような分布形状であっても、露光量の均一化
が可能である。

また照明強度ムラ工については、実際の露光、現像を行
なって測定する方法によって測定することも可能である
し、またシンクロトロンの放射光源からの光線追跡によ
る計算によって求めることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、露光領域内で１次元の照明強度ム
ラを有する照明系をもつ露光装置において、露光シャッ
タとして、速度制御を可動とした可動アパーチャを設け
、露光領域内の局所的な露光時間を制御することにより
、露光量のムラが照明強度のムラより小さくすることが
でき、露光装置の解像力を高めることができる。

また、露光プロセスの解像力から要請される露出量の均
一性に対する要求は、本発明による可動アパーチャの局
所露光時間制御によって満たすことができるため、照明
系に要求される照明強度ムラの許容限度は、この局所露
光時間制御の性能による要請から定まることになるが、
この許容限度は従来要求されていた照明強度ムラに対す
る要求よりも充分大きくなる。

一般に照明強度と、その均一性は設計上は相反する要求
であるので、均一性の許容限度が太き（なれば、その分
照明強度を上げることができる。このことは露光時間を
短縮することを可能とし、露出中の時間的変動要因に起
因する露光誤差を小さくし、また露光装置の処理速度い
わゆるスルーブツトをあげることができる。

さらには本発明による可動アパーチャを備えた露光装置
では、従来とは異なるより強力な照明強度をもつ照明系
において、より適切な露光がなされることが示された。

露光に要する時間を、評価関数として用いることにより
、照明光学系の最適設計の指針を与えることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は露光システムの概念図、 第２図はシンクロトロン放射光を使った照明系の例、第
３図は本発明の実施例となる可動アパーチャの例、第４
図は可動アパーチャの移動の様子を示した図、第５図は
照明強度分布の例、 第６図は第４図の一部、 第７図は第６図の例における露光時間分布の図、第８図
は露光量分布の例、 第９図は理想的な可動アパーチャの移動の様子の例、第
１０図はシリンドリカルミラーの曲率を変えた場合の照
明強度分布の例、 第１１図はシリンドリカルミラーの最適化を示すスであ
る。 図中、 １０４：センサー　　　１０５：可動アパーチャ１０６
：補助シャッタ　１０８　：　ＳＯＲリング発光１０９
：凸面シリンドリカルミラー ２０３：駆動モータ ２０４：開口部 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線源と、被露光物体との間に配置され、放射
   線透過部と遮断部を有し、少なくとも放射線の被露光物
   体への照射方向を横切る方向に移動可能なアパーチャ手
   段と、被露光物体上への放射線強度分布が一様になる様
   に前記アパーチャ手段の移動を制御する手段とを有する
   事を特徴とする露光装置。