JPH02106917A - 露光装置及び露光方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子等の製造に用いられる露光装置に関
し、特に高い照度が得られるエネルギーｆＱ（放電灯、
レーザ発振器等）をもつ露光装置に関するものである。

（従来の技術〕 従来、この種の露光装置として、マスク、又はレチクル
に形成されたパターン領域の像を、投影レンズ系を介し
て感光基板であるウエノ＼上へ投影するステップアンド
リピート方式の投影型露光装置、所謂ステッパーが知ら
れている。

現在、ＩＣ１ＶＬＳＩの製造現場で使われているステッ
パーは、波長４３６ｎｍ（ｇ線）、又は３６５ｎａ＋（
ｉ線）等の光を発生する水銀放電灯（水銀ランプ）を露
光用光源としている。このステッパーは、レチクルのパ
ターンを１／１．１１５、ｌ／１０等に縮小してウェハ
上に投影する投影レンズを有するが、その投影レンズは
年々高分解能で、低いデイスト−ジョン量（像の歪み、
倍率誤差等）のものが要求され、使用条件や環境条件に
よる影響で生ずる結像特性の変動が無視できなくなって
きている。

そこで例えば特開昭６０−７８４５４号公報に開示され
ているように、投影レンズの結像特性を変動させる１つ
の要因として、露光用照明光が投影レンズを通ったとき
に、照明光のエネルギーの一部が投影レンズに吸収され
ることに着目し、その吸収により生じる結像特性変動、
特に倍率誤差、焦点誤差を演算により求め、それを補正
することが知られている。

この従来の技術では、投影レンズにレチクルを介して入
射する露光エネルギーの蓄積線を時々刻々演算で求める
ことで、等価的に結像特性の変動を予測している。そし
て算出された結像特性の変動の補正には、投影レンズ内
の密封された空気間隔内の圧力を制御する方式、あるい
は投影レンズとレチクル、又はウェハの機械的な間隔を
調整する方式が採用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術によれば、露光エネルギーの一部吸収に
起因した投影レンズの結像特性変動を極めて良好に、か
つ安定して補正することができる。

ところでステッパーでは、１枚のウエノλ上の複数のシ
ョット領域をステップアンドリピート方式で露光してい
くため、各ショッＨＪＩ域毎の露光時間を短縮すること
で、１枚当りの処理時間を短くし、スルーブツトを高め
ることが行なわれている。ｎ光時間の短縮は、ショッＨ
Ｉ域に与えるべき適正露光量が定まっていることから、
実際上は露光用照明光の照度を上げることで達成するこ
とになる。

しかしながら、スループットの向上をねらって高照度化
すべく、照明系やランプの改良を重ねていくと、照明系
が高照度化し過ぎてしまい、その結果投影レンズに吸収
されるエネルギー量も増大し、投影レンズの諸収差へ悪
影響を及ぼすとともに、その過大な蓄積エネルギー量に
よって結像特性の変動補正が不十分なものになるといっ
た問題が生じる。このため、照明系からの照明光の照度
は、一方的に増大させる訳にはいかず、投影レンズ固有
の条件から、ある上限が定められていた。

その上限を守る１つの手法として、ランプからレチクル
までの照明光路中で、投影レンズの瞳とほぼ共役な位置
に、光１１減衰用の金属性のフィルターを配置し、一定
量だけ像面（レチクル面）照度を低下させることも提案
されている。

このようなフィルターを設ける場合、フィルターの減衰
率（透過率）は、使用し得るレチクルのうち最もパター
ン密度の低いレチクルを用いて、最もスルーブツトの高
い露光シーケンス（例えばファーストプリント）でステ
ッパーを稼（肋させたときでも、投影レンズの蓄積エネ
ルギー量が上限を超えない照度となるように選ぶ必要が
あった。

ところが、デバイス製造に用いられるレチクルは、回路
パターンによって様々の透過率を有する。

ここでレチクルの透過率とは、投影レンズの有効視野内
、もしくはその視野内の予め定められた有効露光領域内
にしめるレチクルのパターン領域中の透明部面積の割合
を意味する。

例えば、配線用のパターンを有するレチクルの透過率は
比較的高く、３０〜６０％程度であるのに対し、コンタ
クトホール用のパターンを存するレチクルの透過率は、
極めて低く３〜６％程度と１／Ｉ　０位になっている。

このため、配線層露光用の透過率の高いレチクルに対し
ては、投影レンズを限界に近い状態で効率的に使えるが
、透過率の低いレチクルに対しては、投影レンズを限界
から大幅に下回った状態で非効率的に使うことになって
しまうといった問題があった。

そこで本発明では、上記のような非効率な状態を改善し
、透過率の低いレチクル（マスク）におけるスループッ
トを向上させた露光装置を得ることを目的とする。

さらに本発明は、レチクル（マスク）の透過率に応じて
露光動作条件の最適化を計り、デバイス製造時の装置稼
働を、より効率的にした露光装置を得ることを目的とす
る。

［問題点を解決する為の手段］ まず本発明においては、露光用照明光、又はエネルギー
線のマスク上、又は像面上での照度（単位時間あたりの
照度）を可変にする調整手段を設ける。さらに、投影光
学系（投影手段）にマスクを介して入射する照明光（エ
ネルギー線）の一部が、投影光学系に蓄積するエネルギ
ー量（１枚のウェハの露光処理の間における平均Ｈ積エ
ネルギー！、あるいは時々刻々変化する入射エネルギー
量と発散エネルギー量との代数和）を、マスクの透過率
、照明光の照度、又は露光動作条件の基づいて算出する
。そして投影光学系にＮ積したエネルギー量が、予め定
めておいた許容蓄積エネルギー量以下となるように、調
整手段によって照明光の照度を調整するように構成した
。

［作　用］ 本発明では、投影光学系に蓄積したエネルギー量が、投
影光学系の結像特性に変動を与えるという現象に基づい
て、蓄積エネルギー量に対応した値（情報）を予測演算
により求めることで、蓄積エネルギー量が常に許容値以
下になるように、露光動作を進めることができる。この
ためマスク、レチクルの透過率が高いときは蓄積エネル
ギー量の許容値を守るように動作し、レチクルの透過率
が低いときは逆に許容値の範囲内で最大の照度が得られ
るように動作可能なので、透過率の低いレチクルによる
露光処理はスループットが高まることになる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例によるステッパーの構成
を示す斜視図であり、基本構成は特開昭６０−７８４５
４号公報に開示されたものと同じである。

水銀ランプｌは、楕円鏡２の第１焦点に発光点が位置す
るように配置され、楕円鏡２で集光された照明光は、短
波長域で反射率が高いグイクロイックミラー３で反射さ
れ、ロータリーシャッタ４のところで最小径に集束され
る。シャッタ４を通った照明光はレンズ系５、光量可変
減衰フィルター６を介して、オブチカルインテグレータ
としてのフライアイレンズ７に入射する。フライアイレ
ンズ７の射出端には多数の２次光源像が結像し、各２次
光源からの光はミラー８で垂直に反射された後、コンデ
ンサーレンズ９に入射し、レチクルＲ上で重畳される。

このフライアイレンズ７とコンデンサーレンズ９の作用
で、レチクルＲにおける照明光の照度分布は数％以下の
極めて均一なものになる。

また、第１図では図示を省略したが、フライアイレンズ
７とコンデンサーレンズ９との間には、例えば特開昭６
１−１９１２９号公報に開示されているようなリレー系
が設けられ、レチクルＲと共役な像面が作られる。そし
てこの共役像面には、レチクルＲのパターン領域ＰＡに
合わせて照明領域を制限する可変照明視野絞り（レチク
ルブラインド）が配置される。

向、レチクルＲのパターン領域ＰＡの周辺には、レチク
ルＲに関する各種情報（レチクル名、パターン領域ＰＡ
の大きさ、アライメントマークの位置等）がバーコード
ＢＣとして形成されている。

さて、パターン領域ＰＡ内には、クロム層等の遮光体で
微細な回路パターンが形成されており、パターン中の透
明部を通った照明光は、投影レンズ系１０を介してレジ
ストの塗布されたウェハＷへ達する。ウェハＷは、投影
レンズ１０に関してレチクルＲと共役になるようにウェ
ハステージ１■上に！！置される。ウェハステージ１１
はｘ１ｙ方向に２次元移動するとともに、レーザ干渉計
により高精度に座標位置が計測される。セカンドプリン
トの場合、ウェハＷ上には複数のショット領域ＳＡがマ
トリックス状に形成されている。

また、投影レンズ１０には結像特性を補正するためのレ
ンズコントローラ１２が設けられている。

このレンズコントローラ１２ば、先の特開昭６０７８４
５４号公報、又は特開昭６１−１９１２９号公報に開示
されているように、投影レンズ１０自体の倍率、焦点位
置を圧力制御で微小量補正するとともに、投影レンズｌ
ＯとウェハＷとの間隔をフォーカスセンサーのオフセッ
ト調整で補正する機能を有する。

主制御系２０は、ステッパーの露光シーケンス、アライ
メントシーケンス等の基本動作を制御するとともに、レ
チクルＲの透過率に応じて照明光の照度を最適に制御す
るための演算を行なう。

レチクルＲの透過率は、ウェハステージ１１に設けられ
た照度センサー２１により検出される。

照度センサー２１の受光面は、使用される最大の大きさ
のパターン領域ＰＡの投影像（最大有効露光領域）と同
等、もしくはそれ以上の大きさ、あるいは投影視野（例
えば２３ｍ径の円）を包含する大きさに定められる。

また、レチクルＲの透過率に関する情報をバーコードＢ
Ｃに入れておく場合は、レチクルＲのローディング時に
バーコードＢＣを読み取るバーコードリーダ２２が透過
率情報の入力手段になる。

さて、主制御系２０は、照度センサー２１からの信号、
あるいはバーコードリーダ２２からの信号に基づいて、
減衰フィルター６の駆動系２３に、最適な減衰量に対応
した駆動指令を出力する。また主制御系２０は水銀ラン
プ１を駆動するための電力供給源２４へ、露光シーケン
スに対応した適正な１１力供給を行なうような指令も出
力する。この電力供給源２４は、レチクルＲを照明する
光の照度（強度）を逐次検出する光電センサー２５から
の信号に基づいて、供給電力の確認を行なう。

また充電センサー２５からの信号は、シャンター４の開
時間を光量積分（インテグレータ）モードで自動側で１
する場合、シャンク−制御系（不図示）にも入力される
。シャッター制御系は、主制御系２０との間でシャッタ
ー４の開放タイミング、開成タイミングの情報をやり取
りするとともに、主制御系２０からの設定値に応じてシ
ャッター４をタイマーモード（定時間方式）で制御する
こともできる。

コンソール２６はオペレータとステッパーとのマン・マ
シンインターフェイスであり、各種パラメータやコマン
ドの入出力を行なう。

尚、第１図に示したレンズコントローラ１２は、主；ν
ｊ御系２０との間、及びシャッター制御系との間で各種
指令や情報のやり取りを行なっている。

そして、このレンズコントローラ１２は、ステッパーが
稼動している間は、露光処理中か否かを問わず常時投影
レンズ１０の結像特性の補正制御を行なう、また電力供
給源２４は、例えば特開昭６０−１４４９３８号公報に
開示されているように、ランプｌへの供給電力を露光時
にのみ一時的に公称値から増大させるフラッシュ露光方
式、あるいは公称電力で駆動するノーマル露光方式で動
作可能な構成になっている。

第２図は第１図のうち、減衰フィルター６、駆動系２３
、ランプｌ、電力供給源２４、及び主制御系２０内の照
度制御演算部の構成の一例を模式％式％ 電力供給源２４は、直流入力電圧Ｖｉにシリアルに接続
された電力制御素子２４Ａ、ランプ１に流れる電流値を
検出する電流検出回路２４Ｂ、ランプｌに印加された電
圧値を検出する電圧検出回路２４Ｃ、ランプ１に供給さ
れる電力を電流値と電圧値の積により求める電力演算回
路２４Ｄ、ランプ１の供給電力に応じた計測値Ｖｍと外
部から設定される基準値Ｖｒとの偏差を求め、この偏差
が零になるように電力制御素子２４Ａをフィードバック
制御する誤差増幅回路２４Ｂとを基本構成として備えて
いる。そして本実施例ではさらに、光電センサー２５の
信号を増幅するアンプ２４Ｇ１アンプ２５Ｇの出力信号
Ｓ１と主制御系２０から出力された信号Ｓ、との差を求
める減算回路２４Ｈ１切り替えスイッチ２４Ｊを設ける
。

主制御系２０には、信号Ｓ１の大きさ、レチクルＲの透
過率ηに関する情報、露光動作条件の各種パラメータを
記憶するデータ記憶部２０Ａ、照度制御のための演算部
２０Ｂ、ランプ１の点灯状態をフラッシュ露光方式、又
はノーマル露光方式にするためのタイミングやフランシ
ュアツブ率を設定するフラッシュ・ノーマル制御部２０
Ｃ１及び照度安定化のための安定化部２０Ｄが設けられ
ている。さらに、減衰フィルター６は円板状のプレート
に４つの７４ルター６ａ、Ｈ１６ｃ１６ｄが配置され、
照明光を離散的に４段階に切り替えて減光することがで
きる。ここでフィルター６８は単なる透明部で、フィル
ター６ｂ、６ｃ、６ｄの順で光減衰率が大きくなってい
る。フィルター６のプレートは、駆動系２３の制御によ
りモータ６ｅで回転駆動される。

このフィルタープレート６の各フィルター６ａ。

６ｂ、６ｃ、６ｄは、照明光学系中で投影レンズｌＯの
瞳（入射瞳）とほぼ共役な位置、すなわちフライアイレ
ンズ７の射出端の位置、もしくはそれとほぼ共役な位置
に配設される。

次に本実施例の動作を説明するが、本実施例のステッパ
ーでは第１図に示したレンズコントローラ１２により常
時、結像特性の補正を行なっているものとして説明する
。

〔土工］」ｊ」■Ｌ到二■ まずオペレータは、ｌショット毎の適正露光量に対応し
た値Ｄｏｓ、１枚のウェハＷ上の露光ショツト数Ｎｓ、
シタット領域ＳＡの大きさによって決まるウェハステー
ジ１１の１シツツト毎のステッピング時間Ｔｓｔｐ　、
　１枚のウェハの露光が完了してから次のウェハがステ
ージｌｌ上に載置されるまでの平均的なウェハ交換時間
Ｔｃ、及びステージ１１に載置されたウェハＷをグロー
バルアライメントするために、ウェハ上のアライメント
マークを検出して、ウェハＷ上の最初のショット領域を
レチクルＲに合わせるまでに要する平均的なアライメン
ト時間Ｔａ１ｇ等を、コンソール２６から入力する。尚
、アライメント時間Ｔａ１ｇは、ファーストプリントの
際は零である。また各時間Ｔｓｔｐ　、　Ｔ　ｃ、　Ｔ
ａ１ｇは、ステッパーに設けられた計時カウンターを使
って過去に実測したデータに基づいてオートセットする
ようにしてもよい。

以上の各露光動作条件のデータは、データ記憶部２０Ａ
にデータＤｅｘρとして記憶される。

次に主制御系２０は、安定化部２０Ｄから信号Ｓｓを出
力してスイッチ２４Ｊを図示の状態から切り替えて、電
圧Ｖｄを零にし、フラッシュ・ノーマル制ｉ１１部２０
Ｃからノーマル露光時の公称電力に対応した電圧Ｖｐを
加算回路２４Ｆに出力させる。加算回路２４Ｆは基準値
Ｖｒとして、■「＝Ｖｐを出力するので、ランプ１は公
称入力電力に応じた強度で点灯する。また主制御系２０
は、駆動系２３を介して、例えば減衰率が零のフィルタ
ー６ａを選択するように制御する。

次にレチクルＲが存在しない状態、もしくは素ガラスを
レチクルの代りに設置した状態で、主制御系２０はシャ
ッター４を開く、このとき投影レンズ１０の直下に、照
度センサー２１が位置するようにウェハステージ１１を
位置決めしておく。

またレチクルブラインドは全開、又は最大育効露光領域
に合わせて開けておく。そして主制御系２０は、このと
きの照度センサー２１の出力をＰ。

として記憶する。

次に、第１図に示すように露光用のレチクルＲを位置決
めし、同様にシャッター４を開放して照度センサー２１
からの出力をＰｒとして記憶する。

そして主制御Ｂ系２０はレチクルＲの透過率ηをＰｒ　
／　Ｐ　ｏの演算によって求め、それをデータ記憶部２
ＯＡへ格納する。透過率ηはＯ〈η〈１の範囲である。

尚、この動作の間、光電センサー２５で受光した照明光
の照度（正確には単位時間あたりのレチクル上照明光量
）Ｉｆを求めておき、この照明光量Ｉｆと適正露光量の
値Ｄｏｓとに基づいてｌショットの平均露光時間Ｔｅｘ
ｐを算出してデータ記憶部２０Ａへ格納する。平均露光
時間ＴｅｘｐはＴｅｘｐ　’；Ｄｏ　ｓ／　Ｉ　ｆで算
出される。

次に主制御系２０の演算部２０Ｂは、単位時間当りに投
影レンズｌＯへ入射（又は通過）する平均的な入射エネ
ルギー量（平均蓄積エネルギーりＥを算出する。そして
本実施例では、複数枚のウェハを連続して処理すること
を前提として、１枚のウェハの処理時間にしめる照明光
の通過時間合計の割合、すなわち露光時間効率τを用い
て、以下の式（１）に基づいて入射エネルギーＩＥを算
出する。

Ｅ＝η・Ｉｆ・τ＋ΔＥ　　　・・・・・・（１）ここ
で単位時間当りのエネルギー量ΔＥは、露光動作中にウ
ェハＷで反射された照明光の一部が投影レンズ１０に入
射することによって生ずる誤差分である。このエネルギ
ー量ΔＥは、かなり小さい場合が多いので無視してもか
まわないが、反射率の高いウェハ、例えば表面にアルミ
層をもつウェハでは無視できないこともある。

さらに本実施例では、例えば特開昭６２−１８３５２２
号公報に開示された手法によって、ウェハの反射率に関
する値Ｋｗを求めであるものとする。そこでウェハ面上
での単位時間当りの照明光線をＫ・Ｉｆ（Ｋは定数）と
すると、単位時間当りの平均エネルギー量ΔＥは式（２
）で求められる。

ΔＥ＝η　・Ｋ−１ｆ−Ｋｗ・　τ　　・・・・・・　
（２）従って式（１）と（２）をまとめると式（３）が
得られる。

Ｅ−η・τ・Ｉｆ・　（１＋に−Ｋｗ）・・・・・・（
３）一方、露光時間効率τは、初めに設定された露光動
作条件の各パラメータＮｓ、Ｔｃ、ＴａＪｇ、Ｔｓｔｐ
　、　Ｔ１３Ｘｌ）から式（４）によって求める。

Ｎ　ｓ　−Ｔｅｘｐ Ｎ　ｓ　−（Ｔｅｘｐ＋Ｔｓｔｐ）　＋　Ｔａ１ｇ　　
＋　Ｔｃ・・・・・・　（４） この式（４）で分母は１枚のウェハの処理に要するトー
タルの時間であり、分子は１枚のウェハにおけるトータ
ルの露光時間である。

尚、式（４）において、照明光の照度（照明光ｊｉｆｆ
）を調整した後においては、露光時間Ｔｅｘｐが変化す
ることになるので、式（４）は次の式（５）で扱うとよ
い。

Ｎｓ　　０Ｔｅｘｐ＋Ｔｓｓ この式（５）で時間Ｔｓｓは、 Ｔｓｓ＝Ｎ　５−Ｔｓｔｐ　＋Ｔａ１ｇ　＋Ｔｃ　−（
６）であり、一定値と考えてよい。

演算部２０Ｂは上記式（３）、（５）に各パラメータの
値を代入して、平均入射エネルギー量Ｅを算出する。

次にｆＪ３１Ｅ部２０Ｂは、投影レンズ１０に対して予
め設定された許容平均入射エネルギー量Ｅｍと、算出さ
れたエネルギー量Ｅとの大小関係（ＥｍＥ）を求める。

ここで許容エネルギー１ｊｌ　Ｅ　ｍとは、この値を瞬
間的にでも起えると、ただちに投影レンズＩＯに悪影響
を与えるというものではなく、瞬間的なエネルギー量の
許容値よりはかなり低めに設定される。この許容エネル
ギー量Ｅ　ｍは予め実験等により求め、データ記憶部２
ＯＡに記憶されている。

その結果演算部２０Ｂは、Ｅｍ−Ｅ＜０のとき、照明光
の照度を低下させるものと判定する。

そこでｆＩ算郡部２０Ｂ、照度低下に必要な照明光の濾
衰率を求める。

そのため演算部２０Ｂは、弐（３）、（５）をまとめて
変形した式（７）の演算を行なう。

Ｅ Ｉｆｍ η・　（１＋に−Ｋｗ） Ｎｓ　　−Ｔｅｘｐ ところがｎ光時間ＴｅｘｐはＴｅｘｐ−Ｄｏｓ／１ｒで
あるから、式（７）は式（８）に変形される。

Ｉｆｍ η・　（１＋Ｋ・Ｋｗ） Ｎｓ　　９　Ｄｏｓ さらに式（８）を照明光Ｎｆｆについてまとめてみると
式（９）に変形される。

・・・　（９） そこで演算部２０Ｂは式（９）の已にＥｍを代入すると
ともに、他の定数η、Ｋ、Ｋｗ、Ｎｓ。

Ｄｏｓ、Ｔｓｓを代入して、許容エネルギー量Ｅｍに対
応した許容照明光量１ｆｍを算出する。

ここで先に求めた照明光量Ｉ「とＩｆｍとの比を求めれ
ば、Ｉ　ｆ　／　Ｉ　ｒ　ｍが求めるべき減衰率である
。そして演算部２０Ｂは、この算出された減衰率よりも
大きな減衰率をもつフィルター６を選ぶ。

３つのフィルター６　ｂ　ｓ　６　ｃ、６ｄのフィルタ
ー６ａに対する減衰率は予めデータ記憶部２０Ａに格納
されている。従って、算出されたＩ　ｆ７１ｆｍよりは
小さくなく、かつできるだけｒ　ｆ／１ｆｍに近い減衰
フィルターが選ばれる。

これによって演算部２０Ｂは、選ばれたフィルターを表
わす信号Ｓｔを駆動系２３に出力する。

次に主制御系２０は、選ばれた減衰フィルターのもとで
得られるレチクル上での単位時間当りの照明光１１ｆｃ
を算出する０選ばれたフィルターのフィルター６ａに対
する減衰率をαＣとすると、Ｉ　ｒ　ｃ＝ａｃ−Ｉ　ｆ
　　　　・・・・・・（１０）である。

この照明光量１ｆｃが実際の露光動作におけるレチクル
上での照度となるから、演算部２０Ｂは露光動作条件の
パラメータのうち、露光時間Ｔｅｘｐを、Ｔｅｘｐ　＝
Ｄｏ　ｓ／　Ｉ　ｆ　ｃの演算により修正し、データ記
憶部２ＯＡに格納する。ただし、露光量制御がインテグ
レータ・モードのときは、シャッター４の開時間（ｎ光
時間Ｔｅｘｐ）が照明光量Ｉｆｃに対応して自動的に補
正されるので、露光時間Ｔ　ｅｘｐの修正演算は不要で
あるが、タイマー・モードのときは、修正された露光時
間Ｔ　ｅｘｐだけシャッター４の開放が行なわれる。ま
たより完全を期するなら、タイマー・モードの時は減衰
後の照度を実際に測定して減光線を確認してから、露光
動作に移っても良い。以上によって、露光動作条件の各
パラメータが決まるので、主制御系２０は露光シーケン
スに従って順次ウェハＷを露光していく、尚、第２図中
で、露光に必要なパラメータが修正されたときは、その
修正データはＤｃｈｇとして演算部２０Ｂから出力され
る。

以上、本動作ではレチクルＲの透過率ηを実測する際に
、フラッシュ・ノーマル制御部２０Ｃはノーマル露光に
対応した電圧Ｖｐを出力するものとした。しかしながら
実際の露光動作をフラッシュ露光で行なうときは、ラン
プ１の公称入力電力の約２倍程度の電力に対応した電圧
Ｖｐが出力されるように演算部２０Ｂは信号Ｓ３をフラ
ッシュ・ノーマル制御部２０Ｃに出力する。また透過率
ｌの情報をバーコードリーダ２２から入力する場合、あ
るいはコンソール２６からオペレータによって入力する
場合は、照度センサー２１を用いた実測が不要であるこ
とは言うまでもない、さらに、レチクルの透過率ηが小
さいために、フラッシュ露光モードで、かつフィルター
プレート６が減衰率零のフィルター６８にセットされる
場合もある。

この場合、レチクルＲ上での照明光量は、照明系が出力
し得る最大の照度に対応しており、その状態においても
許容エネルギーｆ！ｌＥ　ｍを超えることがないときは
、そのまま露光することになる。

尚、本実施例では４段階の減光率をもつフィルターを用
いたが、少な（とも２段階に照度切り替えできるフィル
ターを用いたステッパーでは、同様の効果が得られる。

〔の　　　モー　′ 第１の動作モードでは、フラッシュ露光とノーマル露光
との切り替えによるランプ１の発光強度の２段階切り替
えと、フィルター６による減衰率の４段階の切り替えと
を組み合わせて、離散的な照度調整が可能であった。こ
のため、許容平均入射エネルギー量Ｅｍに対して実露光
時の平均入射エネルギー量Ｅはほとんどの場合低く押え
られることになる。そこで平均入射エネルギー量Ｅを極
力Ｅｍに近づけた露光動作を第３図を参照して以下に説
明する。

基本的な動作は、第１の動作モードと同じであり、式（
３）、（５）、（９）を用いて、許容エネルギー量Ｅｍ
に対応した照明光量１ｆｍを求める。

第３図に示すように、例えばフィルター６ａ（減衰率零
）のもとてノーマル露光モードにしたときの照明光線を
Ｉｆ、、フラッシュ露光モードにしたときの照明光線を
Ｉｆ、とすると、算出された許容照明光量１ｆｍがＩｆ
、よりも大きいときは、それ以上照度を上げることはで
きない。

方、許容照明光１１ｆｍがＩｆ、とＩｆ、の間にあると
きは、フィルターを６ａにしたままランプ１の発光強度
を調整することができる。

この照明光１１１ｆ、、又は１ｆｔの実測値は、光電セ
ンサー２５により検出され、データ記憶部２０Ａに記憶
されているので、演算部２０Ｂは、加算回路２４Ｆに印
加される電圧Ｖｐの補正演算を行なう、フラッシュ・モ
ードのときの電圧ＶｐがＶＰ＋　であるとすると、第３
図に示すように、許容照明光ｉｌｌ　ｆ　ｍを得るため
の電圧Ｖｐは、次の式（１１）により求められる。

Ｖ　ｐ　＝Ｖｐ＋　　ＡＶＰ＋＝ＶＧｌ＋　’　　（Ｉ
ｆｌｌ／　Ｔｆ＋）・・・・・・　（１１） ノーマル・モードのときも同様で式（１２）により求め
る。

Ｖ　Ｐ　”Ｖｐｔ＋ΔＶｐｔ−Ｖρｚ　・　（Ｉｆｍ／
　Ｉｈ）そして演算部２０Ｂは、フラッシュ・ノーマル
制？１部２０Ｃへ算出した新たな電圧Ｖｐに応じた信号
Ｓ、を出力する。これによって、実露光時は許容照明光
１１１ｆｍとほぼ等しい照度が得られるように、ランプ
ｌはフラッシュモード（シャッター４の開放中のみ公称
定格電力よりも大きな電力により点灯）で駆動される。

次に、フィルター６による減衰が零の状態で算出された
許容照明光量１ｆｍが、ノーマル露光時の照明光ｆｆ１
ｌ　ｆ、よりも低い場合を、第４図を参照して説明する
０通常の水銀ランプは、定格入力電力よりも小さな電力
で駆動すると、放電が不安定になったり、放電が停止し
てしまう、このため、定格電力よりも下げてランプ１を
駆動することはさける必要がある。そこでこの場合は、
フィルター６による減衰と組み合わせて制御する。

まず第４図に示すように、フィルター６の切り替えによ
って変化する照明光量の供給電力調整による制御範囲を
確認する０例えばフィルター６ａの減衰率を零（透過率
βは１．０　）　、フィルター６ｂの減衰率を２０％（
β−０，８）　、フィルター６Ｃの減衰率を４０％（β
−〇、６）そしてフィルター６ｄの減衰率を６０％（β
＝　０．４　）とすると、許容照明光量１　ｒ　ｍは、
フィルターの透過率βが０．６、又は０．４のときに、
制御範囲内に入いることがわかる。そこで演算部２０Ｂ
は減衰率が４０％（β＝　０．６　）のフィルター６０
を選んでセットする。同時に演算部２０Ｂは制御範囲の
上限β・Ｉ「６、又は下限β・Ｉｆ２を求める０次に演
算部２０Ｂは次の式（１３）の関係から、目標照明光量
１ｆｒを求める。

ｌｆｍ　　　　Ｉｆｒ　　　　　　　　　［ｆｍ　　　
　Ｔｆｒ・・・・・・　（１３） この目標照明光量１　ｒ　ｒは、フィルター６による減
衰が零だった場合に、レチクル上で得られるべき照度に
対応している。この式（１３）からも明らかなように、
適正な減衰率（透過率β）が定まれば、ＩｆｒはＩｒｒ
＝Ｉｒｍ／βにより一義的に求められる。またＩｒｒは
かならず＋ｒｚ＜Ｉ　ｆ　ｒ＜ｌ　ｆ、に設定される。

後は、先の式（１１）、又は（１２）のＩｒｍにＩｆｒ
を代入して、以下の演算によりランプ供給電力に対応し
た電圧Ｖｐを求める。

以上、第２の動作モードでは、投影レンズを許容平均入
射エネルギー１１Ｅｍで決まる限度いっばいのところで
使うことができるため、露光シーケンス上の効率が最も
よくなるといった利点がある。

〔３・　　の　　　モー　′ この動作モードは、主制御系２０内の安定化部２０Ｄを
用いてランプｌの発光強度を一定値に安定させるもので
ある。一般に水銀ランプの発光強度は入力電力に応じて
変化するが、そのリニアリティはあまりよくない、そこ
で露光中のレチクル上照度を光電センサー２５で検出し
、ランプ１の発光強度の変化分を補正する電圧Ｖｄをア
ンプ２４Ｇ、ｉｌ算回路２４Ｈ１及び安定化部２００に
よって作り出し、この電圧Ｖｄを加算回路２４Ｆにより
電圧Ｖｐに加えてランプ１の発光強度を安定化する。こ
の場合、ノーマル露光モードのときはスイッチ２４Ｊを
第２図に示した位置に固定しておくが、フラッシュ露光
モードのときはシャッター４の開放中のみスイッチ２４
Ｊを第２図の位置にし、他の非露光期間中はスイッチ２
４Ｊをアースに落すように信号Ｓ、によって切り替える
。

さて、例えば先に説明した方法で、許容照明光量１ｆｍ
が定められたとすると、演算部２０Ｂはアンプ２４Ｇが
許容照明光量！ｒｍのときに出力すべき信号Ｓ１の大き
さを算出し、その値を信号Ｓ４として安定化部２０Ｄへ
送る。安定化部２０Ｄはフィルター６による減衰が行な
われる場合は、その減衰率（透過率β）に応じて減算回
路２４Ｈの増幅率を補正するとともに、信号Ｓ４で入力
した値を信号Ｓ、として減算回路２４Ｈに印加する。

減算回路２４Ｈは、光電センサー２５が照明光を受光し
ている間は次の式（１４）により電圧Ｖｄを算出する。

ｖａ−（５４３１）／β　　・・・・・・（１４）従っ
て１シツツトの露光動作中、ランプｌの供給電力を決定
する基準値Ｖ「は式（１５）で表わされる。

Ｖｒ＝Ｖｐ＋Ｖｄ＝Ｖｐ＋（３６−Ｓ＋　）／β・・・
・・・（１５） このため、例えばランプ１の発光強度が照明光１１　ｆ
ｍに対応した値から増大すると、電圧Ｖｄは負方向に変
化し、基準値Ｖ「を低下させる。これによってランプｌ
の発光強度は低下し、常に一定の発光強度を維持するよ
うにフィードバック制御が行なわれる。

以上、本発明の第１の実施例においては、照度減衰用の
フィルター６として、離散的なものを用いたが、連続可
変のものでもよいことは言うまでもない、連続可変方式
の場合、照明光路中で開口径を可変にするものは、投影
レンズｌＯの瞳面にできる光源像（フライアイレンズ７
の射出端の光源像）の大きさを変化させ、ウェハ面上で
の照明光の開口数（Ｎ、Ａ、）を変化させることがある
のであまり好ましくない、従って、照明光束の径（特に
瞳面での径）を変えずに減光するフィルターがよい、ま
たフィルターの材質としては、金属板又はセラミック板
にランダムな配置で微小孔を形成したもの、あるいは金
属性のメツシュを用いると、ランプｌからの強力な照明
光の照射による高温化に耐え得るので好都合である。ま
たフィルターは１枚、ないし複数枚を組み合わせる構成
にし、その組み合わせ枚数を自動的に切り替えるように
してもよい。

また本実施例で説明した露光時間効率τについては、ス
テッパーのウェハ処理のシーケンスによって最適な演算
を行なう必要がある。とくに、ウェハＷ上の各ショット
領域ＳＡ毎にマークを検出して位置合わせを行なうグイ
・パイ・グイ（又はサイト・パイ・サイト）方式の場合
、ｌショット毎のアライメント時間をＴ　ａ　１　ｇ　
ｔ　％グローバルアライメントの時間をＴ　ａ　Ｉ　ｇ
　＋とすると、先の式（６）は式（６ａ）のようになる
。

Ｔｓｓ＝Ｎｓ（Ｔｓｔｐ　＋Ｔａ１ｇｇ）　＋Ｔａ１ｇ
＋＋Ｔｃ・・・・・・　（６ａ） 次に本発明の第２の実施例を第５図を参照して説明する
。第１の実施例と異なる点は、許容平均入射エネルギー
量Ｅｍに達するか否かを、レンズコントローラ１２で算
出されている特性変動予測値から判断する点である。第
５図に示した方法は、特開昭６３−５８３４９号公報に
開示された方法と同じである。

さて第５図において、時間１．．１．・・・・・・１１
）は一定時間Δｔ　（２ｍＳｅｃ〜５Ｓｅｃ）毎のサン
プリング時刻を表わし、レンズコントローラ１２は時間
Δｔの間に投影レンズ１０へ入射したエネルギー量ΔＱ
を式（“１６）によって求める。

ΔＱ＝ｒｔ−１ｆ・Δｔ・　（１＋に−Ｋｗ）　　・Ｄ
ｕ・・・・・・（１６） ここでＤｕは、Δを内におけるシャンター４の開時間合
計の比率である。そしであるサンプリング時刻Ｌｎでの
予測値Ｙｎを用いて、次のΔを後の時刻も、ｌでの予測
値Ｙ□、を求める。ここで投影レンズ個有の特性変動の
減衰率（Δ【の間に変動値が初期値から変化する率）を
ＣＬ　（０＜Ｃｔ＜１）とすると、レンズコントローラ
１２は式（１７）を演算する。

Ｙａ−＋　＝　Ｃｔ　（Ｙ　ｎ＋ΔＱ）　・・・・・・
（１７）以下、レンズコントローラ１２はΔもの経過の
たびに式（１７）を演算してい（ことで、入射エネルギ
ー量のリアルタイムな変化特性を求める。

そしてこの変化特性に従って倍率や焦点の変動を補正し
ていく、そこで例えば時刻ｔ、からむ、までは、６１間
の入射エネルギー量ΔＱがΔＱ１とすると、主制御系２
０は各サンプリング時刻毎に予測値Ｙｎをモニターし、
許容平均入射エネルギー量Ｅｍに対応して定められた許
容値Ｙｍを超えるか否かを判断する。第５図で主制御系
２０は時刻り、の時点で許容値Ｙｍを超えると判断し、
時刻Ｌ６以降はレチクル上の単位時間当りの照明光１１
１ｆを減光フィルター６、又はランプ制御により低下さ
せる。もちろんこれに伴って露光時間Ｔｅｘｐも少し長
（なる、従って次のサンプリング時刻も、からは新たな
入射エネルギー量としてΔＱ（ΔＱｔ＜ΔＱ、）が使わ
れる。

この結果、予測値の変化は、特性Ｃａから特性ｃｂのよ
うに変更され、許容値Ｙｍ以下に押えられる。尚、第５
図で時刻ｔ１゜以陣は露光が行なわれないため、予測値
Ｙ０、Ｙｌｌは単調に減少していく。

以上、本実施例によれば、はぼリアルタイムで算出され
る入射（蓄積）エネルギー量の予測値に基づいて、投影
レンズのエネルギー量に関する限界値を判断するので、
１枚のウェハの露光処理中においても、限界まで投影レ
ンズを用いることができる。尚、第１の実施例で求めた
許容平均入射エネルギー量Ｅｍと本実施例で求めた許容
値Ｙｍとの兼ね合いで照度調整の限界値、あるいは照度
調整線を決定してもよい。

また、１枚のウェハの露光動作中に照度を変える場合は
、式（１６）の演算において、ｔｒが変化することにな
るので、６１間の新たな入射量ΔＱを求めるために、光
電センサー２５からの信号ＳｌをΔｔの間だけ積算する
積分回路を設け、その積分値を式（１６）のＩｆ・Δ乞
・Ｄｕの代りに用いればよい。

以上本発明の第１、第２の実施例においては、水銀ラン
プを用いたステッパーについて説明したが、紫外域の強
力なレーザビームを発生するエキシマレーザ源を光源と
したステッパーでも全く同様の効果が得られる。

エキシマレーザの場合は、パルス発振であるため、各パ
ルス毎の光Ｎ（例えばピーク値）やパルス間隔（発振周
期）を調整すればよい、また、フィルター６の減衰率を
正確に知る必要があるときは、レチクルＲがない状態で
ウェハステージ１１上の照度センサー２１を用いると、
極めて簡単に減衰率を求められる。さらに、各実施例で
は、レチクルのパターンの粗宙、透明部の有無等に起因
した透過率を論じたが、エマルジョンマスク等ではパタ
ーンそのもののコントラストが中間調であるため、照度
センサー２１はパターンコントラスト（４度）を測定す
ることになる。このエマルジョンマスクの場合にも、本
発明を同様に適用することができる。

ところで各実施例では、ステッパーを例にしたが、投影
光学系を用いたミラープロジェクションアライナ−１等
倍投影レンズによる一括露光装置でも同様の効果が得ら
れる。さらに、本発明はＸ線露光装置に対しても同様の
考え方で、マスクの熱影響の対策を行なうことができる
。第６図は典型的なＸ線露光装置の構成を示し、Ｘ線源
ＩＡからのＸ線ＩＢはマスクＭのパターン領域ＰＡを介
してプロキシミティ・ギャンブで配置されたウェハＷへ
達する。マスクＭは一般的には、シリコン基板の中央を
くりぬいたフレームＭｆと、フレームＭｌの下面に張設
されたポリイミド等の薄膜（１〜５μｍ厚）Ｍｓから成
り、パターン領域ＰＡは薄膜Ｍｓ上に金属等のＸ線吸収
体を蒸着して形成される。この場合、Ｘ線源ＩＡがＳＯ
Ｒ等のように強力なＸ線ＩＢを発生すると、パターン領
域ＰＡの金属層はＸ線の吸収により温度変化を起す。こ
のためパターン領域ＰＡが熱膨張を起し、マスクＭのパ
ターン面の平面性が失なわれる。そこでＸ線ＩＢの照度
を低下させるためのフィルター６Ａを設けるか、Ｘ線′
ｒＡＩＡを制御する系を設け、熱膨張の影響が生しない
程度にマスクＭへ照射されるＸ線の照度を押える。マス
クＭの熱膨張は、パターン領域ＰＡ内の金属層の面積に
対応しているので、ウェハステージ１８上にＸ線センサ
ー２１Ａを設けてマスクＭＯＸ線に対する透過率（又は
濃度）を計測し、許容値以上になるときはフィルター６
Ａを挿入すればよい。

〔発明の効果］ 以上本発明によれば、投影光学系もしくはマスクに照明
光（エネルギー線）のエネルギーが蓄積することによっ
て生じる影響を、マスクの透過率や吸収率の差異にかか
わらず、はぼ一定に近づけることができ、極めて歩留り
よく半導体製造ができ、しかも露光シーケンス上の効率
を格段に高めることができる。

〔主要部分の符号の説明〕

ｌ・・・ランプ ４・・・シャッター ６・・・減光フィルター １０・・・投影レンズ １２・・・レンズコントローラ ２０・・・主制御系 ２Ｉ・・・照度センサー ２３・・・駆動系 ２４・・・電力供給源 ２５・・・光電センサー Ｒ・・・レチクル Ｗ・・・ウェハ 出別人　　株式会社　ニコン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスク上の所定領域を照明光で照射し、該所定領
   域内に形成されたパターンの像を投影光学系を介して感
   応基板へ露光する装置において、前記照明光のうち前記
   マスクを介して前記投影光学系へ入射する照明光のエネ
   ルギー量に応じた第１の情報を入力するための入力手段
   と； 前記パターンの像の前記感応基板への露光時間と非露光
   時間とに基づいて露光時間効率に関する第２の情報を予
   め算出するとともに、該第２の情報と前記第１の情報と
   に基づいて前記投影光学系に蓄積され得るエネルギー量
   に関する第３の情報を予め算出する演算手段と； 予め設定された前記投影光学系の許容蓄積エネルギー量
   に関する第４の情報と前記第３の情報とを比較し、その
   比較結果に基づいて前記照明光の照度を調整する照度調
   整手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
2. （２）マスク上の所定領域にエネルギー線を照射するエ
   ネルギー源と、前記エネルギー線の一部を吸収する特性
   を有し、前記マスクの所定領域内に形成されたパターン
   を感応基板へ投影する投影手段とを備えた露光装置にお
   いて、所定の露光動作条件と前記エネルギー線の照度に
   応じた値とに基づいて、前記投影手段に蓄積され得るエ
   ネルギー量に対応した第１の値を算出し、予め設定され
   た許容蓄積エネルギー量に対応した第２の値との大小関
   係を算出する演算手段と； 該演算結果に基づいて、前記エネルギー源、もしくは前
   記露光動作条件が許す範囲内で、前記第１の値が前記第
   ２の値以下で最大となるように前記エネルギー線の照度
   を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする露光装
   置。