JPH09326344A - 露光方法 - Google Patents
露光方法Info
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- JPH09326344A JPH09326344A JP8141319A JP14131996A JPH09326344A JP H09326344 A JPH09326344 A JP H09326344A JP 8141319 A JP8141319 A JP 8141319A JP 14131996 A JP14131996 A JP 14131996A JP H09326344 A JPH09326344 A JP H09326344A
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70058—Mask illumination systems
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
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- G—PHYSICS
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- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
- G03F7/70558—Dose control, i.e. achievement of a desired dose
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- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70608—Monitoring the unpatterned workpiece, e.g. measuring thickness, reflectivity or effects of immersion liquid on resist
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
Landscapes
- 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)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光用照明光の波長を短くすることなく、焦
点深度のマージンに関する条件を満たした上でより解像
度を向上させる。 【解決手段】 光源１からの照明光ＩＬのもとで、レチ
クルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハ
Ｗ上に投影した状態で、レチクルＲ及びウエハＷを投影
光学系ＰＬに対して同期走査して露光を行う。フォーカ
ス制御精度、下地パターンの段差、及びフォトレジスト
に所定係数を乗じて得られる幅の和が焦点深度より小さ
いという焦点深度のマージンに関する条件を、投影光学
系の開口数を大きくしても満たせるように、フォトレジ
ストを薄くする。フォトレジストを薄くすると、フォト
レジストの厚さむらに応じて積算露光量の目標値を変え
る必要があるため、レジスト厚測定装置４６でレジスト
厚を計測し、この計測結果に基づいて積算露光量を制御
する。
点深度のマージンに関する条件を満たした上でより解像
度を向上させる。 【解決手段】 光源１からの照明光ＩＬのもとで、レチ
クルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハ
Ｗ上に投影した状態で、レチクルＲ及びウエハＷを投影
光学系ＰＬに対して同期走査して露光を行う。フォーカ
ス制御精度、下地パターンの段差、及びフォトレジスト
に所定係数を乗じて得られる幅の和が焦点深度より小さ
いという焦点深度のマージンに関する条件を、投影光学
系の開口数を大きくしても満たせるように、フォトレジ
ストを薄くする。フォトレジストを薄くすると、フォト
レジストの厚さむらに応じて積算露光量の目標値を変え
る必要があるため、レジスト厚測定装置４６でレジスト
厚を計測し、この計測結果に基づいて積算露光量を制御
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するための露光
方法に関する。
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程中
で、マスクパターンを感光基板上に転写するための露光
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、露光用の
照明光のもとでマスクとしてのレチクルのパターンの像
を投影光学系を介して感光基板としてのフォトレジスト
が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写
する露光装置が使用されている。従来、露光装置として
は、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置が主
に使用されていたが、最近は投影光学系に過度の負担を
かけることなく大面積のパターンを転写するために、レ
チクル及びウエハを投影光学系に対して同期走査するス
テップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投
影露光装置も注目されている。
照明光のもとでマスクとしてのレチクルのパターンの像
を投影光学系を介して感光基板としてのフォトレジスト
が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写
する露光装置が使用されている。従来、露光装置として
は、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置が主
に使用されていたが、最近は投影光学系に過度の負担を
かけることなく大面積のパターンを転写するために、レ
チクル及びウエハを投影光学系に対して同期走査するス
テップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投
影露光装置も注目されている。
【０００３】図１７は従来の投影露光装置の一例の概略
構成を示し、この図１７において、照明光学系１０１か
らの露光用の照明光がレチクルＲのパターン形成面（下
面）のパターン形成領域を照明している。その照明光の
もとで、レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系
１０２を介して所定倍率で縮小した投影像が、ウエハＷ
上に塗布されたフォトレジストを露光している。投影光
学系１０２の開口数は開口絞り１０３によって規定され
ている。その後、そのフォトレジストを現像することに
よって、その投影像が凹凸のレジストパターンとして現
れる。
構成を示し、この図１７において、照明光学系１０１か
らの露光用の照明光がレチクルＲのパターン形成面（下
面）のパターン形成領域を照明している。その照明光の
もとで、レチクルＲに形成されたパターンを投影光学系
１０２を介して所定倍率で縮小した投影像が、ウエハＷ
上に塗布されたフォトレジストを露光している。投影光
学系１０２の開口数は開口絞り１０３によって規定され
ている。その後、そのフォトレジストを現像することに
よって、その投影像が凹凸のレジストパターンとして現
れる。
【０００４】そのようにウエハＷ上に結像投影されるレ
チクルＲのパターンの像の解像度Ｒ及び焦点深度Ｄはそ
れぞれ次式で表される。 Ｒ＝ｋ1 ・λ／ＮＡ （１） Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （２） 但し、ｋ1 及びｋ2 はそれぞれプロセス係数（以下、
「ｋファクタ」と呼ぶ）、λは露光用照明光の波長、Ｎ
Ａは投影光学系１０２の開口数である。図１７に示すよ
うに、投影光学系１０２のウエハ側（像側）の結像光束
の開口半角をθPL 2 として、周囲の気体を空気であると
すると、開口数ＮＡはsin θPL2 で表される。また、レ
チクルＲからウエハＷに対する投影光学系１０２の投影
倍率をβ（βは１／５、又は１／４等）、投影光学系１
０２による結像光束のレチクル側（物側）の開口半角を
θPL1 とすると、開口半角θPL2 とθPL1 との間には次
の関係がある。このとき、レチクルＲからの回折光の内
で、回折角がθPL1 以下である回折光がレチクルＲのパ
ターンの投影像の結像に寄与することになる。
チクルＲのパターンの像の解像度Ｒ及び焦点深度Ｄはそ
れぞれ次式で表される。 Ｒ＝ｋ1 ・λ／ＮＡ （１） Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （２） 但し、ｋ1 及びｋ2 はそれぞれプロセス係数（以下、
「ｋファクタ」と呼ぶ）、λは露光用照明光の波長、Ｎ
Ａは投影光学系１０２の開口数である。図１７に示すよ
うに、投影光学系１０２のウエハ側（像側）の結像光束
の開口半角をθPL 2 として、周囲の気体を空気であると
すると、開口数ＮＡはsin θPL2 で表される。また、レ
チクルＲからウエハＷに対する投影光学系１０２の投影
倍率をβ（βは１／５、又は１／４等）、投影光学系１
０２による結像光束のレチクル側（物側）の開口半角を
θPL1 とすると、開口半角θPL2 とθPL1 との間には次
の関係がある。このとき、レチクルＲからの回折光の内
で、回折角がθPL1 以下である回折光がレチクルＲのパ
ターンの投影像の結像に寄与することになる。
【０００５】 sin θPL1 ＝β・sin θPL2 ＝β・ＮＡ （３） 更に、照明光学系１０１からの露光用の照明光のレチク
ルＲに対する開口半角をθILとして、照明光学系１０１
のコヒーレンスファクタ、即ち照明光学系１０１の射出
側の開口数（＝sin θIL）の投影光学系１０２の入射側
の開口数（＝sin θPL1)に対する比の値をσ（σ値）と
すると、照明光の開口半角θILは（３）式を用いて次の
ように表される。また、そのσ値の範囲は、０≦σ＜１
である。
ルＲに対する開口半角をθILとして、照明光学系１０１
のコヒーレンスファクタ、即ち照明光学系１０１の射出
側の開口数（＝sin θIL）の投影光学系１０２の入射側
の開口数（＝sin θPL1)に対する比の値をσ（σ値）と
すると、照明光の開口半角θILは（３）式を用いて次の
ように表される。また、そのσ値の範囲は、０≦σ＜１
である。
【０００６】 sin θIL＝σ・sin θPL1 ＝σ・β・ＮＡ （４） そして、上記の解像度Ｒ及び焦点深度Ｄを決定するｋフ
ァクタｋ1 及びｋ2 の値は、先ずコヒーレンスファクタ
であるσ値によって変化する。更に、ｋファクタｋ1 及
びｋ2 の値は、照明光学系１０１を２次光源の形状が円
形である通常の照明法から、２次光源の形状が光軸から
偏心した複数の光源よりなる所謂変形照明法や輪帯照明
法等に切り換えることによっても変化すると共に、投影
光学系１０２の瞳面（レチクルＲのパターン形成面に対
する光学的フーリエ変換面）に所定の光学フィルタ（所
謂瞳フィルタ）を配置することによっても変化する。更
に、ｋファクタｋ1 及びｋ2 の値は、レチクルＲとし
て、周期的なパターン中に所定位相差を付与する所謂位
相シフトレチクルや、周期的なパターン中に所定の透過
率分布を付与する所謂ハーフトーンレチクル等を使用す
る際にも変化する。以上のような種々の条件によって、
ｋファクタｋ1 及びＫ2 の値はほぼ以下の範囲で変化す
る。
ァクタｋ1 及びｋ2 の値は、先ずコヒーレンスファクタ
であるσ値によって変化する。更に、ｋファクタｋ1 及
びｋ2 の値は、照明光学系１０１を２次光源の形状が円
形である通常の照明法から、２次光源の形状が光軸から
偏心した複数の光源よりなる所謂変形照明法や輪帯照明
法等に切り換えることによっても変化すると共に、投影
光学系１０２の瞳面（レチクルＲのパターン形成面に対
する光学的フーリエ変換面）に所定の光学フィルタ（所
謂瞳フィルタ）を配置することによっても変化する。更
に、ｋファクタｋ1 及びｋ2 の値は、レチクルＲとし
て、周期的なパターン中に所定位相差を付与する所謂位
相シフトレチクルや、周期的なパターン中に所定の透過
率分布を付与する所謂ハーフトーンレチクル等を使用す
る際にも変化する。以上のような種々の条件によって、
ｋファクタｋ1 及びＫ2 の値はほぼ以下の範囲で変化す
る。
【０００７】 ０．４５≦ｋ1 ≦０．６，０．７≦ｋ2 ≦２．０ （５） そのため従来は、以上の種々の条件を駆使することによ
って、焦点深度Ｄが深く、且つ解像度Ｒが高い露光条件
を露光対象のデバイスに応じて使い分けていた。また、
焦点深度Ｄは（２）式で表されるが、投影露光装置でウ
エハをオートフォーカス方式で合焦させる際の精度であ
るフォーカス制御精度をＣF 、ウエハ上の下地パターン
の段差（以下、アライメントマークの段差で代表させる
ために「マーク段差」と呼ぶ）をＤM とすると、焦点深
度Ｄからフォーカス制御精度ＣF、及びマーク段差ＤM
を差し引いて得られる幅（＝Ｄ−ＣF −ＤM)が、この投
影露光装置の運用者側で使用できる実質的な焦点深度の
幅、即ち使用可能な焦点深度となる。
って、焦点深度Ｄが深く、且つ解像度Ｒが高い露光条件
を露光対象のデバイスに応じて使い分けていた。また、
焦点深度Ｄは（２）式で表されるが、投影露光装置でウ
エハをオートフォーカス方式で合焦させる際の精度であ
るフォーカス制御精度をＣF 、ウエハ上の下地パターン
の段差（以下、アライメントマークの段差で代表させる
ために「マーク段差」と呼ぶ）をＤM とすると、焦点深
度Ｄからフォーカス制御精度ＣF、及びマーク段差ＤM
を差し引いて得られる幅（＝Ｄ−ＣF −ＤM)が、この投
影露光装置の運用者側で使用できる実質的な焦点深度の
幅、即ち使用可能な焦点深度となる。
【０００８】実際には、ウエハ上のフォトレジストの厚
さ（レジスト厚）をＴR とすると、そのフォトレジスト
の現像後に良好なレジストパターンを得るためには、そ
のレジスト厚ＴR に所定の１以下の係数ＫUDを乗じて得
られる幅（フォトレジストの露光に必要な焦点深度幅）
が、その使用可能な焦点深度の幅内に収まっていればよ
い。そこで、以下ではそのレジスト厚ＴR に係数ＫUDを
乗じて得られる幅ＴR・ＫUDを、使用可能な焦点深度ＵＤ
ＯＦ（Usable Depth Of Focus ）と呼ぶ。以上より、
（２）式の焦点深度Ｄは次式のように、フォーカス制御
精度ＣF 、マーク段差ＤM 、及び使用可能な焦点深度Ｕ
ＤＯＦ（＝ＴR・ＫUD）の和よりも広い必要がある。以下
の（６）式の条件を「焦点深度のマージンに関する条
件」と呼ぶ。
さ（レジスト厚）をＴR とすると、そのフォトレジスト
の現像後に良好なレジストパターンを得るためには、そ
のレジスト厚ＴR に所定の１以下の係数ＫUDを乗じて得
られる幅（フォトレジストの露光に必要な焦点深度幅）
が、その使用可能な焦点深度の幅内に収まっていればよ
い。そこで、以下ではそのレジスト厚ＴR に係数ＫUDを
乗じて得られる幅ＴR・ＫUDを、使用可能な焦点深度ＵＤ
ＯＦ（Usable Depth Of Focus ）と呼ぶ。以上より、
（２）式の焦点深度Ｄは次式のように、フォーカス制御
精度ＣF 、マーク段差ＤM 、及び使用可能な焦点深度Ｕ
ＤＯＦ（＝ＴR・ＫUD）の和よりも広い必要がある。以下
の（６）式の条件を「焦点深度のマージンに関する条
件」と呼ぶ。
【０００９】 ＣF ＋ＤM ＋ＴR・ＫUD≦Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （６） 一般的な例を挙げると、露光用照明光に水銀ランプのｉ
線（λ＝３６５ｎｍ）を使用し、ｋファクタｋ1 を０．
５５として、ウエハ上に６４ＭビットＤＲＡＭのパター
ンに相当する線幅０．４μｍのライン・アンド・スペー
スパターン（Ｌ／Ｓパターン）の像を投影する、即ち解
像度Ｒを０．４μｍとするための投影光学系の開口数Ｎ
ＡをＮＡ1 とすると、開口数ＮＡ1 は、（１）式より次
のようになる。
線（λ＝３６５ｎｍ）を使用し、ｋファクタｋ1 を０．
５５として、ウエハ上に６４ＭビットＤＲＡＭのパター
ンに相当する線幅０．４μｍのライン・アンド・スペー
スパターン（Ｌ／Ｓパターン）の像を投影する、即ち解
像度Ｒを０．４μｍとするための投影光学系の開口数Ｎ
ＡをＮＡ1 とすると、開口数ＮＡ1 は、（１）式より次
のようになる。
【００１０】 ０．４＝０．５５・０．３６５／ＮＡ1 ， ＮＡ1 ≒０．５０ （７） 更に、ウエハ上のマーク段差ＤM を０．８μｍ、レジス
ト厚ＴR を１μｍ、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定め
る係数ＫUDを０．７として、ｋファクタｋ2 を２．０と
したときに、（６）式の焦点深度のマージンに関する条
件を満たす投影光学系の開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、
開口数ＮＡ2 は次のようになる。
ト厚ＴR を１μｍ、使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定め
る係数ＫUDを０．７として、ｋファクタｋ2 を２．０と
したときに、（６）式の焦点深度のマージンに関する条
件を満たす投影光学系の開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、
開口数ＮＡ2 は次のようになる。
【００１１】 ０．５＋０．８＋１×０．７≦２．０×０．３６５／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．６０ （８） （７）式及び（８）式より、水銀ランプのｉ線を用いて
６４ＭビットＤＲＡＭのパターンを製造するための投影
光学系の開口数ＮＡの条件は、０．５≦ＮＡ≦０．６と
なる。また、ｋファクタｋ1 及びｋ2 を上述のような値
に設定するためには、コヒーレンスファクタであるσ値
を、０．７≦σ＜０．８ 程度に設定することが望まし
い。更に、従来より周期的なパターンに対しては、変形
照明法や輪帯照明法を適用することによって、焦点深度
を狭くすることなく解像度を向上できることが知られて
おり、より解像度を高めるためにその変形照明法や輪帯
照明法を併用することも試みられている。
６４ＭビットＤＲＡＭのパターンを製造するための投影
光学系の開口数ＮＡの条件は、０．５≦ＮＡ≦０．６と
なる。また、ｋファクタｋ1 及びｋ2 を上述のような値
に設定するためには、コヒーレンスファクタであるσ値
を、０．７≦σ＜０．８ 程度に設定することが望まし
い。更に、従来より周期的なパターンに対しては、変形
照明法や輪帯照明法を適用することによって、焦点深度
を狭くすることなく解像度を向上できることが知られて
おり、より解像度を高めるためにその変形照明法や輪帯
照明法を併用することも試みられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、水銀ラン
プのｉ線を露光用の照明光として使用し、投影光学系の
開口数ＮＡを０．５≦ＮＡ≦０．６ 程度に設定するこ
とによって、６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パター
ン、即ち解像度Ｒが０．４μｍ程度のパターンの像をウ
エハ上に高精度に転写することができる。更に、最近は
次世代の半導体デバイスである２５６ＭビットＤＲＡＭ
の製造が開始されようとしており、そのためには解像度
Ｒを０．２５μｍ程度に高める必要がある。そのように
解像度Ｒを高めるためには、（１）式より露光用照明光
の波長λを短くするか、又は投影光学系の開口数ＮＡを
大きくすればよい。
プのｉ線を露光用の照明光として使用し、投影光学系の
開口数ＮＡを０．５≦ＮＡ≦０．６ 程度に設定するこ
とによって、６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パター
ン、即ち解像度Ｒが０．４μｍ程度のパターンの像をウ
エハ上に高精度に転写することができる。更に、最近は
次世代の半導体デバイスである２５６ＭビットＤＲＡＭ
の製造が開始されようとしており、そのためには解像度
Ｒを０．２５μｍ程度に高める必要がある。そのように
解像度Ｒを高めるためには、（１）式より露光用照明光
の波長λを短くするか、又は投影光学系の開口数ＮＡを
大きくすればよい。
【００１３】しかしながら、単に波長λを短くするか、
開口数ＮＡを大きくすると、（２）式の焦点深度Ｄが狭
くなって、（６）式の焦点深度のマージンに関する条件
が満たされなくなる。特に、（２）式より分かるよう
に、焦点深度Ｄは開口数ＮＡの２乗に反比例して小さく
なるため、従来は開口数ＮＡを更に大きくすることは考
えられていなかった。そこで、従来は、露光光源として
ＫｒＦエキシマレーザ光源（露光用波長λ＝２４８ｎ
ｍ）を使用して、０．２５μｍの解像度Ｒを得ると共
に、（イ）ウエハ平坦化技術の導入、及び（ロ）フォー
カス制御技術の向上によって（６）式の焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たすようにしていた。
開口数ＮＡを大きくすると、（２）式の焦点深度Ｄが狭
くなって、（６）式の焦点深度のマージンに関する条件
が満たされなくなる。特に、（２）式より分かるよう
に、焦点深度Ｄは開口数ＮＡの２乗に反比例して小さく
なるため、従来は開口数ＮＡを更に大きくすることは考
えられていなかった。そこで、従来は、露光光源として
ＫｒＦエキシマレーザ光源（露光用波長λ＝２４８ｎ
ｍ）を使用して、０．２５μｍの解像度Ｒを得ると共
に、（イ）ウエハ平坦化技術の導入、及び（ロ）フォー
カス制御技術の向上によって（６）式の焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たすようにしていた。
【００１４】その（イ）のウエハ平坦化技術とは、ウエ
ハの反りや回路パターンの段差を小さくするために露光
前に物理的、又は化学的にウエハの表面の平面度を高め
る技術であり、これによってマーク段差ＤM は、従来の
０．８μｍから０．１μｍ程度に小さくなる。また、
（ロ）のフォーカス制御技術の向上によって、フォーカ
ス制御精度ＣF は従来の０．５μｍから０．４μｍ程度
に改善されている。この露光条件での投影光学系の開口
数ＮＡを見積もると、先ずｋファクタｋ1 を０．５５と
して、（１）を満たす開口数ＮＡ1 は次のようになる。
ハの反りや回路パターンの段差を小さくするために露光
前に物理的、又は化学的にウエハの表面の平面度を高め
る技術であり、これによってマーク段差ＤM は、従来の
０．８μｍから０．１μｍ程度に小さくなる。また、
（ロ）のフォーカス制御技術の向上によって、フォーカ
ス制御精度ＣF は従来の０．５μｍから０．４μｍ程度
に改善されている。この露光条件での投影光学系の開口
数ＮＡを見積もると、先ずｋファクタｋ1 を０．５５と
して、（１）を満たす開口数ＮＡ1 は次のようになる。
【００１５】 ０．２５＝０．５５×０．２４８／ＮＡ1 ， ＮＡ1 ≒０．５５ （９） また、（６）式の焦点深度のマージンに関する条件を満
たす開口数ＮＡ2 は次のようになる。なお、線幅が細く
なったためｋファクタｋ2 は１．７となっており、使用
可能な焦点深度ＵＤＯＦを定める係数ＫUDは０．７のま
まである。
たす開口数ＮＡ2 は次のようになる。なお、線幅が細く
なったためｋファクタｋ2 は１．７となっており、使用
可能な焦点深度ＵＤＯＦを定める係数ＫUDは０．７のま
まである。
【００１６】 ０．４＋０．１＋１×０．７≦１．７×０．２４８／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．５９ （１０） 即ち、この露光条件では開口数ＮＡの範囲は、０．５５
≦ＮＡ≦０．６ 程度となる。また、焦点深度を狭くす
ることなく更に解像度を向上するために、変形照明法や
ハーフトーンレチクルを併用することも検討されてい
る。
≦ＮＡ≦０．６ 程度となる。また、焦点深度を狭くす
ることなく更に解像度を向上するために、変形照明法や
ハーフトーンレチクルを併用することも検討されてい
る。
【００１７】しかしながら、２５６ＭビットＤＲＡＭ相
当の半導体デバイスを製造するために、露光光源を水銀
ランプからＫｒＦエキシマレーザ光源に変更すると、投
影露光装置自体が高価となり、投資に見合う利益を享受
し難い、即ちコスト・パフォーマンスが悪いという不都
合があった。更に現状では、その次世代の半導体デバイ
スである１ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを形成
するための投影露光装置として、露光光源としてＡｒＦ
エキシマレーザ光源（波長λが１９３ｎｍ）を使用した
装置の開発が計画されており、その次の４ＧビットＤＲ
ＡＭ相当の回路パターンを形成するための投影露光装置
として、現状ではより短波長の露光用照明光である例え
ばＸ線を使用した装置の開発も計画されている。即ち、
現状では次世代の半導体デバイスを製造するためには、
露光用照明光をより短波長化して対応するという考え方
が主流である。しかしながら、露光用照明光を短波長化
するために露光光源を切り換えると、投影露光装置の製
造コストが大幅に上昇し、コスト・パフォーマンスが益
々悪化するという不都合がある。
当の半導体デバイスを製造するために、露光光源を水銀
ランプからＫｒＦエキシマレーザ光源に変更すると、投
影露光装置自体が高価となり、投資に見合う利益を享受
し難い、即ちコスト・パフォーマンスが悪いという不都
合があった。更に現状では、その次世代の半導体デバイ
スである１ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを形成
するための投影露光装置として、露光光源としてＡｒＦ
エキシマレーザ光源（波長λが１９３ｎｍ）を使用した
装置の開発が計画されており、その次の４ＧビットＤＲ
ＡＭ相当の回路パターンを形成するための投影露光装置
として、現状ではより短波長の露光用照明光である例え
ばＸ線を使用した装置の開発も計画されている。即ち、
現状では次世代の半導体デバイスを製造するためには、
露光用照明光をより短波長化して対応するという考え方
が主流である。しかしながら、露光用照明光を短波長化
するために露光光源を切り換えると、投影露光装置の製
造コストが大幅に上昇し、コスト・パフォーマンスが益
々悪化するという不都合がある。
【００１８】本発明は斯かる点に鑑み、露光用照明光の
波長を短くすることなく、より解像度を向上できると共
に、焦点深度のマージンに関する条件をも満たすことが
できる露光方法を提供することを目的とする。言い換え
ると本発明は、露光用照明光として水銀ランプのｉ線を
使用して次世代の２５６ＭビットＤＲＡＭ相当のパター
ンを形成でき、ＫｒＦエキシマレーザ光を使用して１Ｇ
ビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、ＡｒＦエキ
シマレーザ光を使用して４ＧビットＤＲＡＭ相当のパタ
ーンを形成できるような露光方法を提供することを目的
とするものである。
波長を短くすることなく、より解像度を向上できると共
に、焦点深度のマージンに関する条件をも満たすことが
できる露光方法を提供することを目的とする。言い換え
ると本発明は、露光用照明光として水銀ランプのｉ線を
使用して次世代の２５６ＭビットＤＲＡＭ相当のパター
ンを形成でき、ＫｒＦエキシマレーザ光を使用して１Ｇ
ビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、ＡｒＦエキ
シマレーザ光を使用して４ＧビットＤＲＡＭ相当のパタ
ーンを形成できるような露光方法を提供することを目的
とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、露光用照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）上
の転写用パターンを感光材料が塗布された基板（Ｗ）上
に転写露光する露光方法において、基板（Ｗ）上に塗布
されたその感光材料の厚さに応じて露光用照明光（Ｉ
Ｌ）の積算露光量を制御するものである。
方法は、露光用照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）上
の転写用パターンを感光材料が塗布された基板（Ｗ）上
に転写露光する露光方法において、基板（Ｗ）上に塗布
されたその感光材料の厚さに応じて露光用照明光（Ｉ
Ｌ）の積算露光量を制御するものである。
【００２０】斯かる本発明では、投影光学系を使用する
ものとすると、転写される像の解像度を向上するため
に、露光用照明光の波長λを短くするのではなく、
（１）式における投影光学系の開口数ＮＡを大きくす
る。ところが、単に開口数ＮＡを大きくすると、（２）
式より焦点深度Ｄがその２乗に反比例して狭くなって、
（６）式の焦点深度のマージンに関する条件が満たされ
なくなる。そこで、本発明ではその（６）式の条件を満
たすために、（６）式における感光材料（フォトレジス
ト）の厚さＴR を薄くして、使用可能な焦点深度ＵＤＯ
Ｆ（＝ＴR・ＫUD）を狭くする。ところが、感光材料の厚
さＴR を薄くすると、その感光材料を適正に感光させる
ために必要な積算露光量は小さくなり、適正な感光時間
が短くなるため、その積算露光量の高精度な制御が困難
となる。
ものとすると、転写される像の解像度を向上するため
に、露光用照明光の波長λを短くするのではなく、
（１）式における投影光学系の開口数ＮＡを大きくす
る。ところが、単に開口数ＮＡを大きくすると、（２）
式より焦点深度Ｄがその２乗に反比例して狭くなって、
（６）式の焦点深度のマージンに関する条件が満たされ
なくなる。そこで、本発明ではその（６）式の条件を満
たすために、（６）式における感光材料（フォトレジス
ト）の厚さＴR を薄くして、使用可能な焦点深度ＵＤＯ
Ｆ（＝ＴR・ＫUD）を狭くする。ところが、感光材料の厚
さＴR を薄くすると、その感光材料を適正に感光させる
ために必要な積算露光量は小さくなり、適正な感光時間
が短くなるため、その積算露光量の高精度な制御が困難
となる。
【００２１】例えば、感光材料を薄く塗布する際の微小
な温度変化、湿度変化、感光材料の保管時間の長短等に
よって感光材料の厚さむらが生じてしまうことがある。
それにより、その感光材料に対する感光時間も変化する
ため、例えば感光材料のコータからの平均的な厚さ情報
のみに基づいて、個々の基板に対する露光用照明光の積
算露光量をそれぞれ目標値に対して高精度に制御するの
は困難である。それに対処するため、本発明では例えば
露光の直前に基板（Ｗ）上の感光材料の厚さＴ R を実際
に計測し、この厚さに基づいて積算露光量を制御するこ
ととした。これによって、投影光学系の開口数ＮＡを大
きくして解像度を向上したときに、焦点深度が狭くなっ
ても、焦点深度のマージンに関する条件を満足し、且つ
適正な積算露光量が得られる。また、積算露光量を制御
するためには、ステッパー型の投影露光装置であれば照
度や露光時間を制御することになるが、ステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置では照度の制御の他
に、基板（Ｗ）の走査速度やスリット状の照明領域の幅
の制御でも積算露光量を制御できる。
な温度変化、湿度変化、感光材料の保管時間の長短等に
よって感光材料の厚さむらが生じてしまうことがある。
それにより、その感光材料に対する感光時間も変化する
ため、例えば感光材料のコータからの平均的な厚さ情報
のみに基づいて、個々の基板に対する露光用照明光の積
算露光量をそれぞれ目標値に対して高精度に制御するの
は困難である。それに対処するため、本発明では例えば
露光の直前に基板（Ｗ）上の感光材料の厚さＴ R を実際
に計測し、この厚さに基づいて積算露光量を制御するこ
ととした。これによって、投影光学系の開口数ＮＡを大
きくして解像度を向上したときに、焦点深度が狭くなっ
ても、焦点深度のマージンに関する条件を満足し、且つ
適正な積算露光量が得られる。また、積算露光量を制御
するためには、ステッパー型の投影露光装置であれば照
度や露光時間を制御することになるが、ステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置では照度の制御の他
に、基板（Ｗ）の走査速度やスリット状の照明領域の幅
の制御でも積算露光量を制御できる。
【００２２】この場合、マスク（Ｒ）に対応させて所定
の基準となる厚さでのその感光材料に対する適正積算露
光量を予め記憶しておき、その感光材料の厚さのその所
定の基準となる厚さからの差分を求め、この差分に基づ
いて露光用照明光（ＩＬ）の積算露光量を設定すること
が望ましい。これによって、その感光材料の厚さが変化
したときでも、簡単な計算で適正な積算露光量を求める
ことができる。
の基準となる厚さでのその感光材料に対する適正積算露
光量を予め記憶しておき、その感光材料の厚さのその所
定の基準となる厚さからの差分を求め、この差分に基づ
いて露光用照明光（ＩＬ）の積算露光量を設定すること
が望ましい。これによって、その感光材料の厚さが変化
したときでも、簡単な計算で適正な積算露光量を求める
ことができる。
【００２３】次に、マスク（Ｒ）上の転写用パターンが
投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影露光さ
れる場合に、基板（Ｗ）上に塗布されたその感光材料の
厚さが０．５μｍ以下であるときには、投影光学系（Ｐ
Ｌ）の開口数を０．６８以上にすることが望ましい。従
来の露光方法では、単に開口数を０．６以上にすると、
（６）式の焦点深度のマージンに関する条件が満たされ
なくなるが、感光材料の厚さＴR が０．５μｍ以下であ
るときには、フォーカス制御技術の向上や平坦化技術の
併用によって、開口数が０．６８以上で０．８程度まで
はその（６）式の条件が満たされる。これによって、露
光用照明光の波長を短くすることなく、即ち、高価な露
光光源を使用することなく転写できるパターンの解像度
を１世代分程度高めることができ、且つ焦点深度のマー
ジンに関する条件も満たされる。
投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影露光さ
れる場合に、基板（Ｗ）上に塗布されたその感光材料の
厚さが０．５μｍ以下であるときには、投影光学系（Ｐ
Ｌ）の開口数を０．６８以上にすることが望ましい。従
来の露光方法では、単に開口数を０．６以上にすると、
（６）式の焦点深度のマージンに関する条件が満たされ
なくなるが、感光材料の厚さＴR が０．５μｍ以下であ
るときには、フォーカス制御技術の向上や平坦化技術の
併用によって、開口数が０．６８以上で０．８程度まで
はその（６）式の条件が満たされる。これによって、露
光用照明光の波長を短くすることなく、即ち、高価な露
光光源を使用することなく転写できるパターンの解像度
を１世代分程度高めることができ、且つ焦点深度のマー
ジンに関する条件も満たされる。
【００２４】次に、本発明による第２の露光方法は、露
光用照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）上の転写用パ
ターンを感光材料が塗布された基板（Ｒ）上に転写露光
する露光方法において、基板（Ｒ）上に塗布されたその
感光材料の厚さに応じてその投影光学系（８）の開口数
の切り替えの制御を行うものである。斯かる本発明によ
れば、例えば基板（Ｗ）上に塗布された感光材料の厚さ
が０．２μｍ以下のときに投影光学系（ＰＬ）の開口数
を０．７以上とし、基板（Ｗ）上に塗布された感光材料
の厚さが１．０μｍ以上のときには投影光学系（ＰＬ）
の開口数を０．６以下に切り換える。例えば露光用照明
光がＫｒＦエキシマレーザ光である場合（波長が２４８
ｎｍ）、開口数０．６以下では２５６ＭビットＤＲＡＭ
相当のパターン（解像度が０．２５μｍ程度）を高精度
に転写でき、開口数０．７以上では１ＧビットＤＲＡＭ
相当のパターン（解像度が０．１８μｍ程度）を高精度
に転写できる。これによって１台の露光装置で２世代の
半導体デバイスに相当するパターンを高精度に転写でき
る。
光用照明光（ＩＬ）のもとでマスク（Ｒ）上の転写用パ
ターンを感光材料が塗布された基板（Ｒ）上に転写露光
する露光方法において、基板（Ｒ）上に塗布されたその
感光材料の厚さに応じてその投影光学系（８）の開口数
の切り替えの制御を行うものである。斯かる本発明によ
れば、例えば基板（Ｗ）上に塗布された感光材料の厚さ
が０．２μｍ以下のときに投影光学系（ＰＬ）の開口数
を０．７以上とし、基板（Ｗ）上に塗布された感光材料
の厚さが１．０μｍ以上のときには投影光学系（ＰＬ）
の開口数を０．６以下に切り換える。例えば露光用照明
光がＫｒＦエキシマレーザ光である場合（波長が２４８
ｎｍ）、開口数０．６以下では２５６ＭビットＤＲＡＭ
相当のパターン（解像度が０．２５μｍ程度）を高精度
に転写でき、開口数０．７以上では１ＧビットＤＲＡＭ
相当のパターン（解像度が０．１８μｍ程度）を高精度
に転写できる。これによって１台の露光装置で２世代の
半導体デバイスに相当するパターンを高精度に転写でき
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明による露光方法の実
施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例
は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で
露光を行う場合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を示す概略構成図であり、この
図１において、露光光源としてのＫｒＦエキシマレーザ
光源１よりパルス発光された波長２４８ｎｍのレーザビ
ームよりなる照明光ＩＬは、減光ユニット２で所定の減
光率で減光された後、第１レンズ３、偏向ミラー４及び
第２レンズ６よりなるビームエキスパンダを介して、１
段目のフライアイレンズ７に入射する。第２レンズ６及
びフライアイレンズ７より、通常照明用のインプット光
学系５Ａが構成され、このインプット光学系５Ａは交換
装置８を介して、後述の輪帯照明用のインプット光学系
５Ｂと交換できるように構成されている。
施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例
は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で
露光を行う場合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を示す概略構成図であり、この
図１において、露光光源としてのＫｒＦエキシマレーザ
光源１よりパルス発光された波長２４８ｎｍのレーザビ
ームよりなる照明光ＩＬは、減光ユニット２で所定の減
光率で減光された後、第１レンズ３、偏向ミラー４及び
第２レンズ６よりなるビームエキスパンダを介して、１
段目のフライアイレンズ７に入射する。第２レンズ６及
びフライアイレンズ７より、通常照明用のインプット光
学系５Ａが構成され、このインプット光学系５Ａは交換
装置８を介して、後述の輪帯照明用のインプット光学系
５Ｂと交換できるように構成されている。
【００２６】１段目のフライアイレンズ７で照度分布が
均一化された照明光ＩＬは、照明光の方向による照度分
布のむらを補正するための平行平板ガラスよりなる照度
分布補正板９、リレーレンズ１０、及び偏向ミラー１１
を介して、２段目の通常照明用のフライアイレンズ１２
の入射面に入射する。１段目のフライアイレンズ７の入
射面は２段目のフライアイレンズ１２の入射面と共役で
あり、後者のフライアイレンズ１２の入射面では、前者
のフライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの
入射面の拡大像が重畳される。また、フライアイレンズ
１２は交換装置１４を介して、後述の２段目の輪帯照明
用のフライアイレンズ１３と交換できるように構成され
ている。以下、２段目のフライアイレンズ１２以降の照
明光学系、及び投影光学系ＰＬの光軸を光軸ＡＸとし
て、光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な面内で
図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸を
取って説明する。
均一化された照明光ＩＬは、照明光の方向による照度分
布のむらを補正するための平行平板ガラスよりなる照度
分布補正板９、リレーレンズ１０、及び偏向ミラー１１
を介して、２段目の通常照明用のフライアイレンズ１２
の入射面に入射する。１段目のフライアイレンズ７の入
射面は２段目のフライアイレンズ１２の入射面と共役で
あり、後者のフライアイレンズ１２の入射面では、前者
のフライアイレンズ７を構成する各レンズエレメントの
入射面の拡大像が重畳される。また、フライアイレンズ
１２は交換装置１４を介して、後述の２段目の輪帯照明
用のフライアイレンズ１３と交換できるように構成され
ている。以下、２段目のフライアイレンズ１２以降の照
明光学系、及び投影光学系ＰＬの光軸を光軸ＡＸとし
て、光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な面内で
図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸を
取って説明する。
【００２７】このとき、２段目のフライアイレンズ１２
の射出面はレチクルＲのパターン形成面に対して光学的
なフーリエ変換面（瞳面）となっており、この射出面に
複数の照明系開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ）が設
けられたσ絞りユニット１５が配置されている。図７
（ａ）は、そのσ絞りユニット１５を示し、この図７
（ａ）において、駆動軸１５ａの周りに回転自在な円板
よりなるσ絞りユニット１５上には、等角度間隔で大き
なσ値用のσ絞り７５Ａ、小さいσ値用のσ絞り７５
Ｂ、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃ、及び第２の輪帯
照明用のσ絞り７５Ｄが形成されている。σ絞り７５Ａ
〜７５Ｄの形状の詳細については後述する。
の射出面はレチクルＲのパターン形成面に対して光学的
なフーリエ変換面（瞳面）となっており、この射出面に
複数の照明系開口絞り（以下、「σ絞り」と呼ぶ）が設
けられたσ絞りユニット１５が配置されている。図７
（ａ）は、そのσ絞りユニット１５を示し、この図７
（ａ）において、駆動軸１５ａの周りに回転自在な円板
よりなるσ絞りユニット１５上には、等角度間隔で大き
なσ値用のσ絞り７５Ａ、小さいσ値用のσ絞り７５
Ｂ、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃ、及び第２の輪帯
照明用のσ絞り７５Ｄが形成されている。σ絞り７５Ａ
〜７５Ｄの形状の詳細については後述する。
【００２８】図１に戻り、装置全体の動作を統轄制御す
る主制御装置２９が照明系制御系３２に対して露光条件
等を指示するのに応じて、照明系制御系３２ではσ絞り
ユニット１５を回転させて所定のσ絞りをフライアイレ
ンズ１２の射出面に設定する。その動作と同時に照明系
制御系３２では、必要に応じて交換装置８を介して２つ
のインプット光学系５Ａ，５Ｂの交換を行うと共に、交
換装置１４を介して２つのフライアイレンズ１２及び１
３の交換をも行う。
る主制御装置２９が照明系制御系３２に対して露光条件
等を指示するのに応じて、照明系制御系３２ではσ絞り
ユニット１５を回転させて所定のσ絞りをフライアイレ
ンズ１２の射出面に設定する。その動作と同時に照明系
制御系３２では、必要に応じて交換装置８を介して２つ
のインプット光学系５Ａ，５Ｂの交換を行うと共に、交
換装置１４を介して２つのフライアイレンズ１２及び１
３の交換をも行う。
【００２９】フライアイレンズ１２から射出されてσ絞
りユニット１５中の所定のσ絞りを通過した照明光ＩＬ
は、分割プリズム板１６及び第１リレーレンズ１７を経
て、順次Ｚチルト方向に駆動される固定視野絞り（固定
レチクルブラインド）１８、及びＸＹ方向に駆動される
可動視野絞り２０に入射する。本例では可動視野絞り２
０は、レチクルＲのパターン形成面との共役面に配置さ
れ、固定視野絞り１８はその共役面から僅かにデフォー
カスした面に配置されている。そして、固定視野絞り１
８にはレチクルＲ上のスリット状の照明領域を規定する
ための矩形の固定の開口が形成され、且つ固定視野絞り
１８のＺ方向の位置及び傾斜角（チルト角）は、照明系
制御系３２が駆動装置１９を介して微調整できるように
構成されている。
りユニット１５中の所定のσ絞りを通過した照明光ＩＬ
は、分割プリズム板１６及び第１リレーレンズ１７を経
て、順次Ｚチルト方向に駆動される固定視野絞り（固定
レチクルブラインド）１８、及びＸＹ方向に駆動される
可動視野絞り２０に入射する。本例では可動視野絞り２
０は、レチクルＲのパターン形成面との共役面に配置さ
れ、固定視野絞り１８はその共役面から僅かにデフォー
カスした面に配置されている。そして、固定視野絞り１
８にはレチクルＲ上のスリット状の照明領域を規定する
ための矩形の固定の開口が形成され、且つ固定視野絞り
１８のＺ方向の位置及び傾斜角（チルト角）は、照明系
制御系３２が駆動装置１９を介して微調整できるように
構成されている。
【００３０】一方、可動視野絞り２０はＹ方向にそれぞ
れ独立に移動できる１対の可動ブレード２０ａ，２０ｂ
と、Ｘ方向にそれぞれ独立に駆動できる不図示の１対の
可動ブレードとから構成され、可動ブレード２０ａ，２
０ｂ等の動作は駆動装置２１を介して照明系制御系３２
によって制御される。ウエハＷ上の各ショット領域に対
して走査露光を行う場合、固定視野絞り１８のみでは走
査露光の開始直後、及び終了直前にレチクルＲ上のパタ
ーン領域以外の領域にも照明光ＩＬが照射されることが
ある。そこで、可動視野絞り２０は、走査露光の開始直
後、及び終了直前等に、固定視野絞り１８で規定される
レチクルＲ上の照明領域を更に制限する役割を果たして
いる。
れ独立に移動できる１対の可動ブレード２０ａ，２０ｂ
と、Ｘ方向にそれぞれ独立に駆動できる不図示の１対の
可動ブレードとから構成され、可動ブレード２０ａ，２
０ｂ等の動作は駆動装置２１を介して照明系制御系３２
によって制御される。ウエハＷ上の各ショット領域に対
して走査露光を行う場合、固定視野絞り１８のみでは走
査露光の開始直後、及び終了直前にレチクルＲ上のパタ
ーン領域以外の領域にも照明光ＩＬが照射されることが
ある。そこで、可動視野絞り２０は、走査露光の開始直
後、及び終了直前等に、固定視野絞り１８で規定される
レチクルＲ上の照明領域を更に制限する役割を果たして
いる。
【００３１】固定視野絞り１８、及び可動視野絞り２０
の開口を通過した照明光ＩＬは、第２リレーレンズ２
２、及びコンデンサレンズ２３を介して、レチクルＲの
パターン形成面（下面）のスリット状の照明領域２４を
均一な照度分布で照明する。本例の照明領域２４は、Ｘ
方向を長手方向とする矩形領域であり、走査露光時のレ
チクルＲの走査方向は図１の紙面に平行なＹ方向となっ
ている。その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲ上の照明
領域２４内のパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍
率β（βは１／４，１／５等）で縮小されて、フォトレ
ジストが塗布されたウエハＷの表面のスリット状の露光
領域３３に結像投影される。投影光学系ＰＬ内の瞳面
（レチクルＲのパターン形成面に対する光学的フーリエ
変換面）には、例えば虹彩絞り状の可変開口絞り４２が
設置され、主制御装置２９が駆動装置４３を介して可変
開口絞り４２の開口径を切り換えることによって、投影
光学系ＰＬの開口数ＮＡが例えば０．５〜０．８の間で
切り換えられるようになっている。
の開口を通過した照明光ＩＬは、第２リレーレンズ２
２、及びコンデンサレンズ２３を介して、レチクルＲの
パターン形成面（下面）のスリット状の照明領域２４を
均一な照度分布で照明する。本例の照明領域２４は、Ｘ
方向を長手方向とする矩形領域であり、走査露光時のレ
チクルＲの走査方向は図１の紙面に平行なＹ方向となっ
ている。その照明光ＩＬのもとで、レチクルＲ上の照明
領域２４内のパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍
率β（βは１／４，１／５等）で縮小されて、フォトレ
ジストが塗布されたウエハＷの表面のスリット状の露光
領域３３に結像投影される。投影光学系ＰＬ内の瞳面
（レチクルＲのパターン形成面に対する光学的フーリエ
変換面）には、例えば虹彩絞り状の可変開口絞り４２が
設置され、主制御装置２９が駆動装置４３を介して可変
開口絞り４２の開口径を切り換えることによって、投影
光学系ＰＬの開口数ＮＡが例えば０．５〜０．８の間で
切り換えられるようになっている。
【００３２】レチクルＲは、レチクルステージ２５上に
真空吸着で保持され、レチクルステージ２５は、不図示
のコラム上に設けられたレチクルベース２６上をＹ方向
に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び
回転方向に微動できるように構成されている。レチクル
ステージ２５の端部に移動鏡２７が固定され、移動鏡２
７及びこれに対向するように配置されたレーザ干渉計２
８によってレチクルステージ２５のＸ座標、Ｙ座標、及
び回転角が常時計測され、計測結果が主制御装置２９に
供給され、主制御装置２９ではその計測結果に基づいて
レチクルステージ駆動系３０を介してレチクルステージ
２５の動作を制御する。
真空吸着で保持され、レチクルステージ２５は、不図示
のコラム上に設けられたレチクルベース２６上をＹ方向
に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、及び
回転方向に微動できるように構成されている。レチクル
ステージ２５の端部に移動鏡２７が固定され、移動鏡２
７及びこれに対向するように配置されたレーザ干渉計２
８によってレチクルステージ２５のＸ座標、Ｙ座標、及
び回転角が常時計測され、計測結果が主制御装置２９に
供給され、主制御装置２９ではその計測結果に基づいて
レチクルステージ駆動系３０を介してレチクルステージ
２５の動作を制御する。
【００３３】一方、ウエハＷは真空吸着を行うウエハホ
ルダ３４を介してＺチルトθステージ３５上に保持さ
れ、Ｚチルトθステージ３５は３個のそれぞれＺ方向に
突没自在の支点３６Ａ〜３６Ｃを介してＸＹステージ３
７上に載置されている。この場合、ＸＹステージ３７内
の駆動部を介して３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを並行に突
没させることによって、Ｚチルトθステージ３５をＺ方
向に移動でき、それら３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを独立
に突没させることによってＺチルトθステージ３５のＸ
軸の周りの傾斜角、及びＹ軸の周りの傾斜角を制御で
き、且つＺチルトθステージ３５は所定範囲内でＺ軸の
周りに回転できるように構成されている。また、ＸＹス
テージ３７は、Ｚチルトθステージ３５をＹ方向に一定
速度で移動できると共に、Ｘ方向にステップ移動できる
ように構成されている。ウエハホルダ３４、Ｚチルトθ
ステージ３５、支点３６Ａ〜３６Ｃ、及びＸＹステージ
３７よりウエハステージが構成されている。
ルダ３４を介してＺチルトθステージ３５上に保持さ
れ、Ｚチルトθステージ３５は３個のそれぞれＺ方向に
突没自在の支点３６Ａ〜３６Ｃを介してＸＹステージ３
７上に載置されている。この場合、ＸＹステージ３７内
の駆動部を介して３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを並行に突
没させることによって、Ｚチルトθステージ３５をＺ方
向に移動でき、それら３個の支点３６Ａ〜３６Ｃを独立
に突没させることによってＺチルトθステージ３５のＸ
軸の周りの傾斜角、及びＹ軸の周りの傾斜角を制御で
き、且つＺチルトθステージ３５は所定範囲内でＺ軸の
周りに回転できるように構成されている。また、ＸＹス
テージ３７は、Ｚチルトθステージ３５をＹ方向に一定
速度で移動できると共に、Ｘ方向にステップ移動できる
ように構成されている。ウエハホルダ３４、Ｚチルトθ
ステージ３５、支点３６Ａ〜３６Ｃ、及びＸＹステージ
３７よりウエハステージが構成されている。
【００３４】また、Ｚチルトθステージ３５の端部に移
動鏡３９が固定され、移動鏡３９とこれに対向して配置
されたレーザ干渉計４０とによってＺチルトθステージ
３５（ウエハＷ）のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が常時
計測され、計測結果が主制御装置２９に供給され、主制
御装置３９は供給された計測値に基づいてウエハステー
ジ制御系４１を介してＸＹステージ３７、及びＺチルト
θステージ３５の動作を制御する。
動鏡３９が固定され、移動鏡３９とこれに対向して配置
されたレーザ干渉計４０とによってＺチルトθステージ
３５（ウエハＷ）のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が常時
計測され、計測結果が主制御装置２９に供給され、主制
御装置３９は供給された計測値に基づいてウエハステー
ジ制御系４１を介してＸＹステージ３７、及びＺチルト
θステージ３５の動作を制御する。
【００３５】更に、投影光学系ＰＬの側面にオートフォ
ーカス及びオートレベリング用の斜入射方式の多点の焦
点位置検出系４８が設置されている。本例では後述のよ
うにウエハＷ上に塗布されているフォトレジストの厚さ
が従来に比べて薄いこともあり、従来よりも高いフォー
カス制御精度が要求される。そこで、本例では例えば特
開平６−２８３４０３号公報で開示されているように、
先読み方式も併用した方式でウエハＷの表面の複数の計
測点での焦点位置（Ｚ方向の位置）を計測する。即ち、
本例の焦点位置検出系４８は、ウエハＷ上のスリット状
の露光領域３３、及びこの露光領域３３に対して走査方
向に先行する先読み領域内の複数（例えば１０個程度）
の計測点にスリット像を投影する照射光学系と、それら
スリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を
再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に
対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系と
から構成され、それら複数のフォーカス信号がフォーカ
ス信号処理系４９に供給されている。
ーカス及びオートレベリング用の斜入射方式の多点の焦
点位置検出系４８が設置されている。本例では後述のよ
うにウエハＷ上に塗布されているフォトレジストの厚さ
が従来に比べて薄いこともあり、従来よりも高いフォー
カス制御精度が要求される。そこで、本例では例えば特
開平６−２８３４０３号公報で開示されているように、
先読み方式も併用した方式でウエハＷの表面の複数の計
測点での焦点位置（Ｚ方向の位置）を計測する。即ち、
本例の焦点位置検出系４８は、ウエハＷ上のスリット状
の露光領域３３、及びこの露光領域３３に対して走査方
向に先行する先読み領域内の複数（例えば１０個程度）
の計測点にスリット像を投影する照射光学系と、それら
スリット像からの反射光を受光してそれらスリット像を
再結像し、これら再結像されたスリット像の横ずれ量に
対応する複数のフォーカス信号を生成する集光光学系と
から構成され、それら複数のフォーカス信号がフォーカ
ス信号処理系４９に供給されている。
【００３６】フォーカス信号処理系４９では、一例とし
てそれら複数のフォーカス信号よりウエハＷの表面の露
光領域３３の平均的な面の焦点位置Ｚ1 、及びＹ軸の周
りでの傾斜角θY1を算出し、同様に露光領域３３に対す
る先読み領域での平均的な面の焦点位置Ｚ2 、及びＹ軸
の周りでの傾斜角θY2を算出し、算出結果を主制御装置
２９に供給する。主制御装置２９では、ウエハＷの走査
速度、及びオートフォーカス及びオートレベリング機構
の応答速度を考慮して、例えば露光領域３３及び先読み
領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の加重平均より制御対象の焦点
位置Ｚ3 を算出する。更に、主制御装置２９では、露光
領域３３及び先読み領域の傾斜角θY1，θY2の加重平均
より制御対象のＹ軸の周りの傾斜角θY3を算出すると共
に、露光領域３３及び先読み領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の
差分より制御対象のＸ軸の周りの傾斜角θX3を算出し、
これらの制御対象の焦点位置Ｚ3 及び傾斜角θY3，θX3
に基づいてオートフォーカス及びオートレベリング制御
を行う。
てそれら複数のフォーカス信号よりウエハＷの表面の露
光領域３３の平均的な面の焦点位置Ｚ1 、及びＹ軸の周
りでの傾斜角θY1を算出し、同様に露光領域３３に対す
る先読み領域での平均的な面の焦点位置Ｚ2 、及びＹ軸
の周りでの傾斜角θY2を算出し、算出結果を主制御装置
２９に供給する。主制御装置２９では、ウエハＷの走査
速度、及びオートフォーカス及びオートレベリング機構
の応答速度を考慮して、例えば露光領域３３及び先読み
領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の加重平均より制御対象の焦点
位置Ｚ3 を算出する。更に、主制御装置２９では、露光
領域３３及び先読み領域の傾斜角θY1，θY2の加重平均
より制御対象のＹ軸の周りの傾斜角θY3を算出すると共
に、露光領域３３及び先読み領域の焦点位置Ｚ1,Ｚ2 の
差分より制御対象のＸ軸の周りの傾斜角θX3を算出し、
これらの制御対象の焦点位置Ｚ3 及び傾斜角θY3，θX3
に基づいてオートフォーカス及びオートレベリング制御
を行う。
【００３７】走査露光時には、主制御装置２９は後述の
露光量制御系３１を介してＫｒＦエキシマレーザ光源１
のパルス発光を開始すると共に、レーザ干渉計２８及び
４０の計測値に基づいて、レチクルステージ２５を−Ｙ
方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度ＶＲで走査するのと同
期して、ウエハ側のＸＹステージ３７を＋Ｙ方向（又は
−Ｙ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査す
る。更に、主制御装置２９では、フォーカス信号処理系
４９から供給される露光領域３３及び先読み領域に対応
する複数のフォーカス信号に基づいて、所定周期で上述
のように制御対象の焦点位置Ｚ3 、及び傾斜角θY3，θ
X3を逐次算出し、ウエハステージ駆動系４１を介して支
点３６Ａ〜３６Ｃを駆動することによって、その焦点位
置Ｚ3 が投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点位置に収束
するようにオートフォーカス方式でウエハＷの焦点位置
を制御すると共に、それら傾斜角θY3，θX3が露光領域
３３の傾斜角に収束するようにオートレベリング方式で
ウエハＷの傾斜角を制御する。これによって、ウエハＷ
上の転写対象のショット領域にレチクルＲのパターンの
像が高い解像度で逐次転写される。なお、そのようにＫ
ｒＦエキシマレーザ光源１のパルス発光に同期してレチ
クルステージ２５、及びウエハ側のＸＹステージ３７を
駆動する露光方法は、例えば特開平６−１３２１９１号
公報に開示されている。
露光量制御系３１を介してＫｒＦエキシマレーザ光源１
のパルス発光を開始すると共に、レーザ干渉計２８及び
４０の計測値に基づいて、レチクルステージ２５を−Ｙ
方向（又は＋Ｙ方向）に一定速度ＶＲで走査するのと同
期して、ウエハ側のＸＹステージ３７を＋Ｙ方向（又は
−Ｙ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で走査す
る。更に、主制御装置２９では、フォーカス信号処理系
４９から供給される露光領域３３及び先読み領域に対応
する複数のフォーカス信号に基づいて、所定周期で上述
のように制御対象の焦点位置Ｚ3 、及び傾斜角θY3，θ
X3を逐次算出し、ウエハステージ駆動系４１を介して支
点３６Ａ〜３６Ｃを駆動することによって、その焦点位
置Ｚ3 が投影光学系ＰＬの最良結像面の焦点位置に収束
するようにオートフォーカス方式でウエハＷの焦点位置
を制御すると共に、それら傾斜角θY3，θX3が露光領域
３３の傾斜角に収束するようにオートレベリング方式で
ウエハＷの傾斜角を制御する。これによって、ウエハＷ
上の転写対象のショット領域にレチクルＲのパターンの
像が高い解像度で逐次転写される。なお、そのようにＫ
ｒＦエキシマレーザ光源１のパルス発光に同期してレチ
クルステージ２５、及びウエハ側のＸＹステージ３７を
駆動する露光方法は、例えば特開平６−１３２１９１号
公報に開示されている。
【００３８】また、本例はステップ・アンド・スキャン
方式であるため、ウエハＷ上の露光領域３３の走査方向
の幅は一括露光方式に比べて狭く、且つ走査露光中に連
続的にウエハＷの合焦が行われている。そのため、仮に
ウエハＷの表面が走査方向に緩やかにうねっているよう
な場合でも、各時点でウエハＷの露光領域３３を高精度
に最良結像面に合わせ込むことができ、ウエハＷ上の転
写対象のショット領域内の各点での露光時における焦点
位置のずれの平均値、即ちフォーカス制御精度はステッ
パーのような一括露光方式（ステップ・アンド・リピー
ト方式）に比べて高くなっている。但し、予めウエハＷ
の表面のうねりが小さいことが分かっているような場合
には、一括露光方式の投影露光装置でも十分に高いフォ
ーカス制御精度を得ることができる。
方式であるため、ウエハＷ上の露光領域３３の走査方向
の幅は一括露光方式に比べて狭く、且つ走査露光中に連
続的にウエハＷの合焦が行われている。そのため、仮に
ウエハＷの表面が走査方向に緩やかにうねっているよう
な場合でも、各時点でウエハＷの露光領域３３を高精度
に最良結像面に合わせ込むことができ、ウエハＷ上の転
写対象のショット領域内の各点での露光時における焦点
位置のずれの平均値、即ちフォーカス制御精度はステッ
パーのような一括露光方式（ステップ・アンド・リピー
ト方式）に比べて高くなっている。但し、予めウエハＷ
の表面のうねりが小さいことが分かっているような場合
には、一括露光方式の投影露光装置でも十分に高いフォ
ーカス制御精度を得ることができる。
【００３９】次に、本例の投影露光装置における露光量
制御方式につき説明する。先ず、Ｚチルトθステージ３
５上のウエハホルダ３４の近傍に、受光面がウエハＷの
表面と同じ高さになるように光電変換素子よりなる照射
量モニタ３８が設置されている。ウエハＷの表面での照
明光ＩＬの照度を直接検出する際には、照射量モニタ３
８の受光面が露光領域３３内に設置され、照射量モニタ
３８の検出信号がウエハＷの各ショット領域に対する積
算露光量の制御を行う露光量制御系３１に供給される。
制御方式につき説明する。先ず、Ｚチルトθステージ３
５上のウエハホルダ３４の近傍に、受光面がウエハＷの
表面と同じ高さになるように光電変換素子よりなる照射
量モニタ３８が設置されている。ウエハＷの表面での照
明光ＩＬの照度を直接検出する際には、照射量モニタ３
８の受光面が露光領域３３内に設置され、照射量モニタ
３８の検出信号がウエハＷの各ショット領域に対する積
算露光量の制御を行う露光量制御系３１に供給される。
【００４０】但し、実際にウエハＷへの露光を行ってい
る際には、ウエハＷ上での露光量を直接には計測できな
いため、図１のσ絞りユニット１５中の所定のσ絞りを
通過した照明光ＩＬの一部を分離してその光量を検出す
ることによって、間接的にウエハＷ上での露光量を計測
している。そのため、図１のσ絞りユニット１５と第１
リレーレンズ１７との間には分割プリズム板１６が配置
されている。即ち、分割プリズム板１６は照明光学系の
瞳面近傍に配置されている。
る際には、ウエハＷ上での露光量を直接には計測できな
いため、図１のσ絞りユニット１５中の所定のσ絞りを
通過した照明光ＩＬの一部を分離してその光量を検出す
ることによって、間接的にウエハＷ上での露光量を計測
している。そのため、図１のσ絞りユニット１５と第１
リレーレンズ１７との間には分割プリズム板１６が配置
されている。即ち、分割プリズム板１６は照明光学系の
瞳面近傍に配置されている。
【００４１】図２（ａ）は分割プリズム板１６をフライ
アイレンズ１２側から見た平面図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）の右側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の分割
プリズム板１６を左右に２分割したときのＡＡ線に沿う
断面図である。図２（ａ）に示すように、分割プリズム
板１６は所定の厚さの照明光ＩＬを透過するガラス基板
よりなり、その中央部及び右端部にそれぞれ照明光ＩＬ
の一部を取り出すためのプリズム型のビームスプリッタ
５３Ａ及び５３Ｂが埋め込まれている。ビームスプリッ
タ５３Ａ，５３Ｂはそれぞれ照明光ＩＬに対する透過率
が９５％で反射率が５％程度となっている。
アイレンズ１２側から見た平面図であり、図２（ｂ）は
図２（ａ）の右側面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の分割
プリズム板１６を左右に２分割したときのＡＡ線に沿う
断面図である。図２（ａ）に示すように、分割プリズム
板１６は所定の厚さの照明光ＩＬを透過するガラス基板
よりなり、その中央部及び右端部にそれぞれ照明光ＩＬ
の一部を取り出すためのプリズム型のビームスプリッタ
５３Ａ及び５３Ｂが埋め込まれている。ビームスプリッ
タ５３Ａ，５３Ｂはそれぞれ照明光ＩＬに対する透過率
が９５％で反射率が５％程度となっている。
【００４２】そして、図２（ｂ）に示すように、分割プ
リズム板１６の端部でフライアイレンズ１２側から入射
した照明光の内で、ビームスプリッタ５３Ｂによって反
射された照明光ＩＬＦは、リレーレンズ系５７Ｂを介し
て光電変換素子よりなるインテグレータセンサ５８Ｂに
入射し、インテグレータセンサ５８Ｂの出力信号が図１
の積算露光量演算部５６に供給されている。また、図１
において投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に照射され
た露光用の照明光ＩＬの内で、ウエハＷによって反射さ
れた反射光が、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図
２（ｂ）のビームスプリッタ５３Ｂに戻り、ビームスプ
リッタ５３Ｂで反射された反射光ＩＬＲが、リレーレン
ズ系５４Ｂを介して光電変換素子よりなる反射率モニタ
５５Ｂに入射し、反射率モニタ５５Ｂの出力信号が図１
の結像特性変動量算出部５９に供給されている。この反
射率モニタ５５Ｂの出力信号より、結像特性変動量算出
部５９ではウエハＷ上での照明光ＩＬに対する反射率を
求めることができる。
リズム板１６の端部でフライアイレンズ１２側から入射
した照明光の内で、ビームスプリッタ５３Ｂによって反
射された照明光ＩＬＦは、リレーレンズ系５７Ｂを介し
て光電変換素子よりなるインテグレータセンサ５８Ｂに
入射し、インテグレータセンサ５８Ｂの出力信号が図１
の積算露光量演算部５６に供給されている。また、図１
において投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に照射され
た露光用の照明光ＩＬの内で、ウエハＷによって反射さ
れた反射光が、投影光学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図
２（ｂ）のビームスプリッタ５３Ｂに戻り、ビームスプ
リッタ５３Ｂで反射された反射光ＩＬＲが、リレーレン
ズ系５４Ｂを介して光電変換素子よりなる反射率モニタ
５５Ｂに入射し、反射率モニタ５５Ｂの出力信号が図１
の結像特性変動量算出部５９に供給されている。この反
射率モニタ５５Ｂの出力信号より、結像特性変動量算出
部５９ではウエハＷ上での照明光ＩＬに対する反射率を
求めることができる。
【００４３】また、図２（ａ）に示すように、分割プリ
ズム板１６の端部において、ビームスプリッタ５３Ｂと
リレーレンズ系５７Ｂ，５４Ｂとの間の部分１６ａは矩
形の平板状となっており、ビームスプリッタ５３Ｂで反
射された光束が効率的にリレーレンズ系５７Ｂ，５４Ｂ
に導かれるようになっている。同様に、図２（ｃ）に示
すように、分割プリズム板１６の中央部にフライアイレ
ンズ１２側から入射した照明光の内で、ビームスプリッ
タ５３Ａによって反射された照明光ＩＬＦは、リレーレ
ンズ系５７Ａを介してインテグレータセンサ５８Ａに入
射する。また、図１のウエハＷからの反射光が、投影光
学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図２（ｃ）のビームスプ
リッタ５３Ａに戻り、ビームスプリッタ５３Ａで反射さ
れた反射光ＩＬＲが、リレーレンズ系５４Ａを介して反
射率モニタ５５Ａに入射する。そして、インテグレータ
センサ５８Ａ、及び反射率モニタ５５Ａの出力信号がそ
れぞれ図１の積算露光量演算部５６、及び結像特性変動
量算出部５９に供給されている。なお、図１における分
割プリズム板１６は側面図で表されているため、図１で
はリレーレンズ系５４Ｂ，５７Ｂ、インテグレータセン
サ５８Ｂ、及び反射率モニタ５５Ｂのみが現れている。
ズム板１６の端部において、ビームスプリッタ５３Ｂと
リレーレンズ系５７Ｂ，５４Ｂとの間の部分１６ａは矩
形の平板状となっており、ビームスプリッタ５３Ｂで反
射された光束が効率的にリレーレンズ系５７Ｂ，５４Ｂ
に導かれるようになっている。同様に、図２（ｃ）に示
すように、分割プリズム板１６の中央部にフライアイレ
ンズ１２側から入射した照明光の内で、ビームスプリッ
タ５３Ａによって反射された照明光ＩＬＦは、リレーレ
ンズ系５７Ａを介してインテグレータセンサ５８Ａに入
射する。また、図１のウエハＷからの反射光が、投影光
学系ＰＬ及びレチクルＲを経て図２（ｃ）のビームスプ
リッタ５３Ａに戻り、ビームスプリッタ５３Ａで反射さ
れた反射光ＩＬＲが、リレーレンズ系５４Ａを介して反
射率モニタ５５Ａに入射する。そして、インテグレータ
センサ５８Ａ、及び反射率モニタ５５Ａの出力信号がそ
れぞれ図１の積算露光量演算部５６、及び結像特性変動
量算出部５９に供給されている。なお、図１における分
割プリズム板１６は側面図で表されているため、図１で
はリレーレンズ系５４Ｂ，５７Ｂ、インテグレータセン
サ５８Ｂ、及び反射率モニタ５５Ｂのみが現れている。
【００４４】本例ではこのように分割プリズム板１６中
の中央部及び端部の２箇所にビームスプリッタ５３Ａ，
５３Ｂを配置しているため、例えばコヒーレンスファク
タ（σ値）の小さい照明を行うときには、中央部の領域
６０Ａ内のビームスプリッタ５３Ａでの反射光を使用
し、輪帯照明を行うときには、輪帯状の領域６０Ｂの端
部のビームスプリッタ５３Ｂでの反射光を使用するもの
とする。このように２箇所に配置されたビームスプリッ
タを使い分けることによって、σ値の小さい照明法、又
は輪帯照明法の何れでも正確に照明光の計測を行うこと
ができる。
の中央部及び端部の２箇所にビームスプリッタ５３Ａ，
５３Ｂを配置しているため、例えばコヒーレンスファク
タ（σ値）の小さい照明を行うときには、中央部の領域
６０Ａ内のビームスプリッタ５３Ａでの反射光を使用
し、輪帯照明を行うときには、輪帯状の領域６０Ｂの端
部のビームスプリッタ５３Ｂでの反射光を使用するもの
とする。このように２箇所に配置されたビームスプリッ
タを使い分けることによって、σ値の小さい照明法、又
は輪帯照明法の何れでも正確に照明光の計測を行うこと
ができる。
【００４５】また、例えば光軸から偏心した４つの開口
からなるσ絞りを用いる変形照明を行う場合には、分割
プリズム板１６中でそれら４つの開口の１つからの照明
光の光路上に別のビームスプリッタを配置し、このビー
ムスプリッタで反射された光束を受光するためのリレー
レンズ系及び光電変換素子を設けるようにしてもよい。
これによって、全ての照明条件において確実にフライア
イレンズ１２からの照明光、及びウエハからの反射光を
検出することができる。
からなるσ絞りを用いる変形照明を行う場合には、分割
プリズム板１６中でそれら４つの開口の１つからの照明
光の光路上に別のビームスプリッタを配置し、このビー
ムスプリッタで反射された光束を受光するためのリレー
レンズ系及び光電変換素子を設けるようにしてもよい。
これによって、全ての照明条件において確実にフライア
イレンズ１２からの照明光、及びウエハからの反射光を
検出することができる。
【００４６】図１に戻り、本例の分割プリズム板１６
は、一部にビームスプリッタ５３Ａ，５３Ｂを配置した
ものであるため、極めて薄くできている。これに対して
従来は、例えばσ絞りの直後に光軸に対してほぼ４５°
の傾斜角で大きな１枚のビームスプリッタを配置し、こ
のビームスプリッタの反射光を検出していたため、この
ビームスプリッタを配置するために広い空間を必要とし
ていた。本例によれば、薄い分割プリズム板１６を配置
するのみでよいため、照明光学系が小型化できると共
に、照明光学系の設計が容易になっている。
は、一部にビームスプリッタ５３Ａ，５３Ｂを配置した
ものであるため、極めて薄くできている。これに対して
従来は、例えばσ絞りの直後に光軸に対してほぼ４５°
の傾斜角で大きな１枚のビームスプリッタを配置し、こ
のビームスプリッタの反射光を検出していたため、この
ビームスプリッタを配置するために広い空間を必要とし
ていた。本例によれば、薄い分割プリズム板１６を配置
するのみでよいため、照明光学系が小型化できると共
に、照明光学系の設計が容易になっている。
【００４７】この場合、本例では、予め照射量モニタ３
８の出力信号とインテグレータセンサ５８Ａ，５８Ｂの
出力信号とを比較することによって、インテグレータセ
ンサ５８Ａ，５８Ｂの出力信号よりウエハＷ上での露光
量を求めるための変換係数が求められ、この変換係数が
露光量制御系３１内に記憶されている。そして、走査露
光時に照明光ＩＬのパルス発光が開始されると、積算露
光量演算部５６では、ウエハＷ上の各点に対する露光パ
ルス数をＮとして、インテグレータセンサ５８Ｂ（又は
５８Ａ）からの出力信号をそれまでのＮパルス分ずつ積
算して得られる積算信号を逐次露光量制御系３１に供給
する。露光量制御系３１では、その積算信号に上述の変
換係数を乗じてウエハＷ上の各点での積算露光量を求
め、この積算露光量が目標値に収束されるように露光量
を制御する。
８の出力信号とインテグレータセンサ５８Ａ，５８Ｂの
出力信号とを比較することによって、インテグレータセ
ンサ５８Ａ，５８Ｂの出力信号よりウエハＷ上での露光
量を求めるための変換係数が求められ、この変換係数が
露光量制御系３１内に記憶されている。そして、走査露
光時に照明光ＩＬのパルス発光が開始されると、積算露
光量演算部５６では、ウエハＷ上の各点に対する露光パ
ルス数をＮとして、インテグレータセンサ５８Ｂ（又は
５８Ａ）からの出力信号をそれまでのＮパルス分ずつ積
算して得られる積算信号を逐次露光量制御系３１に供給
する。露光量制御系３１では、その積算信号に上述の変
換係数を乗じてウエハＷ上の各点での積算露光量を求
め、この積算露光量が目標値に収束されるように露光量
を制御する。
【００４８】本例ではウエハＷ上のフォトレジスト層が
薄い場合があるが、このようにレジスト厚が薄いと、そ
の積算露光量の目標値は従来例よりも少なくなる。この
ように積算露光量の目標値が低いときには、走査露光方
式では例えば先ずステージ系の走査速度を速くすること
によって、ウエハＷ上の各点に対する露光時間を短縮す
る。しかしながら、ステージ系の走査速度には上限があ
るため、ステージ系の走査速度が上限に達したときには
照明光ＩＬの照度を低下させる必要がある。このように
照明光ＩＬの照度を低くするために、露光量制御系３１
は図１の減光ユニット２での減光率の制御を行う。ま
た、ウエハ上の各点に対する露光パルス数を所定の値に
設定するため、又はウエハ上の各ショット領域への露光
中のＫｒＦエキシマレーザ光源１の出力変動等に対応す
るためにも、減光ユニット２での減光率の制御を行う場
合がある。
薄い場合があるが、このようにレジスト厚が薄いと、そ
の積算露光量の目標値は従来例よりも少なくなる。この
ように積算露光量の目標値が低いときには、走査露光方
式では例えば先ずステージ系の走査速度を速くすること
によって、ウエハＷ上の各点に対する露光時間を短縮す
る。しかしながら、ステージ系の走査速度には上限があ
るため、ステージ系の走査速度が上限に達したときには
照明光ＩＬの照度を低下させる必要がある。このように
照明光ＩＬの照度を低くするために、露光量制御系３１
は図１の減光ユニット２での減光率の制御を行う。ま
た、ウエハ上の各点に対する露光パルス数を所定の値に
設定するため、又はウエハ上の各ショット領域への露光
中のＫｒＦエキシマレーザ光源１の出力変動等に対応す
るためにも、減光ユニット２での減光率の制御を行う場
合がある。
【００４９】図３は、本例の減光ユニット２の概略構成
を示し、この図３において、照明光ＩＬの光路上に対称
な傾斜角δで傾斜して２枚のガラス板６１Ａ及び６１Ｂ
が設置され、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光をそ
れぞれ遮光するための遮光板６２Ａ及び６２Ｂが配置さ
れている。それらガラス板６１Ａ及び６１Ｂは、不図示
の駆動装置によって対称に傾斜した状態を維持して傾斜
角δが可変となっている。この場合、その傾斜角δが変
化すると、照明光ＩＬに対するガラス板６１Ａ及び６１
Ｂでの透過率（＝１−減光率）が変化することを利用し
て、その傾斜角δを制御することによってその照明光Ｉ
Ｌに対する所望の減光率を得ている。このように２枚の
ガラス板６１Ａ，６１Ｂを対称に傾斜させているため、
照明光ＩＬの光路は、減光ユニット２への入射時と射出
時とで横ずれしないため、減光率を切り換えた場合でも
他の光学系の調整を要しない。更に、遮光板６２Ａ及び
６２Ｂによって、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光
が減光ユニット２の外に漏れないようになっている。
を示し、この図３において、照明光ＩＬの光路上に対称
な傾斜角δで傾斜して２枚のガラス板６１Ａ及び６１Ｂ
が設置され、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光をそ
れぞれ遮光するための遮光板６２Ａ及び６２Ｂが配置さ
れている。それらガラス板６１Ａ及び６１Ｂは、不図示
の駆動装置によって対称に傾斜した状態を維持して傾斜
角δが可変となっている。この場合、その傾斜角δが変
化すると、照明光ＩＬに対するガラス板６１Ａ及び６１
Ｂでの透過率（＝１−減光率）が変化することを利用し
て、その傾斜角δを制御することによってその照明光Ｉ
Ｌに対する所望の減光率を得ている。このように２枚の
ガラス板６１Ａ，６１Ｂを対称に傾斜させているため、
照明光ＩＬの光路は、減光ユニット２への入射時と射出
時とで横ずれしないため、減光率を切り換えた場合でも
他の光学系の調整を要しない。更に、遮光板６２Ａ及び
６２Ｂによって、ガラス板６１Ａ及び６１Ｂでの反射光
が減光ユニット２の外に漏れないようになっている。
【００５０】図３の減光ユニット２では照明光ＩＬに対
する減光率を所定範囲で連続的に切り換えることができ
るが、更に照明光ＩＬに対する減光率を大まかに複数段
階で切り換えたい場合には、その減光ユニット２の前後
に例えば円板上に透過率の異なる複数のＮＤフィルタを
配置してなるエネルギー粗調ユニットを配置してもよ
い。この場合、その円板を回転することによって、照明
光ＩＬに対する減光率を大まかに切り換えることがで
き、このエネルギー粗調ユニットと図３の減光ユニット
２とを組み合わせることによって、照明光ＩＬに対する
減光率を広い範囲で連続的に切り換えることができる。
する減光率を所定範囲で連続的に切り換えることができ
るが、更に照明光ＩＬに対する減光率を大まかに複数段
階で切り換えたい場合には、その減光ユニット２の前後
に例えば円板上に透過率の異なる複数のＮＤフィルタを
配置してなるエネルギー粗調ユニットを配置してもよ
い。この場合、その円板を回転することによって、照明
光ＩＬに対する減光率を大まかに切り換えることがで
き、このエネルギー粗調ユニットと図３の減光ユニット
２とを組み合わせることによって、照明光ＩＬに対する
減光率を広い範囲で連続的に切り換えることができる。
【００５１】次に、本例の投影露光装置に設けられてい
る投影光学系ＰＬの結像特性の補正機構につき説明す
る。即ち、パルス発光される照明光ＩＬの照射によっ
て、投影光学系ＰＬは次第に加熱され、更にウエハＷか
らの戻り光の内で投影光学系ＰＬを再透過する光束によ
っても投影光学系ＰＬは加熱されて、投影倍率βや最良
結像面の位置等の結像特性が変化する。また、大気圧の
変化によっても投影光学系ＰＬの結像特性が変化する。
その結像特性の変化を補正するため、本例では図１の結
像特性変動量算出部５９に対して、主制御装置２９より
照明光ＩＬの照度及びこれまでの露光時間等の情報を供
給する。更に、図２を参照して説明したように結像特性
変動量算出部５９には、ウエハＷからの反射光の一部を
光電変換した信号である、反射率モニタ５５Ｂ及び５５
Ａの出力信号も供給されている。また、結像特性変動量
算出部５９には不図示の大気圧センサからの計測値も供
給されている。
る投影光学系ＰＬの結像特性の補正機構につき説明す
る。即ち、パルス発光される照明光ＩＬの照射によっ
て、投影光学系ＰＬは次第に加熱され、更にウエハＷか
らの戻り光の内で投影光学系ＰＬを再透過する光束によ
っても投影光学系ＰＬは加熱されて、投影倍率βや最良
結像面の位置等の結像特性が変化する。また、大気圧の
変化によっても投影光学系ＰＬの結像特性が変化する。
その結像特性の変化を補正するため、本例では図１の結
像特性変動量算出部５９に対して、主制御装置２９より
照明光ＩＬの照度及びこれまでの露光時間等の情報を供
給する。更に、図２を参照して説明したように結像特性
変動量算出部５９には、ウエハＷからの反射光の一部を
光電変換した信号である、反射率モニタ５５Ｂ及び５５
Ａの出力信号も供給されている。また、結像特性変動量
算出部５９には不図示の大気圧センサからの計測値も供
給されている。
【００５２】結像特性変動量算出部５９では、反射率モ
ニタ５５Ｂ，５５Ａの出力信号の積分値、及びその他の
情報に基づいて投影光学系ＰＬの投影倍率βの変化量、
像面湾曲の変化量、最良結像面の焦点位置やその傾斜角
の変化量を予測し、これらの予測結果を主制御装置２９
に知らせる。また、投影光学系ＰＬにはその一部のレン
ズエレメントを光軸ＡＸ方向に駆動すると共に、その光
軸ＡＸに垂直な平面に対して傾斜させるレンズ駆動機構
４４が設けられ、主制御装置２９がレンズ駆動制御系４
５を介してそのレンズ駆動機構４４の動作を制御できる
ように構成されている。
ニタ５５Ｂ，５５Ａの出力信号の積分値、及びその他の
情報に基づいて投影光学系ＰＬの投影倍率βの変化量、
像面湾曲の変化量、最良結像面の焦点位置やその傾斜角
の変化量を予測し、これらの予測結果を主制御装置２９
に知らせる。また、投影光学系ＰＬにはその一部のレン
ズエレメントを光軸ＡＸ方向に駆動すると共に、その光
軸ＡＸに垂直な平面に対して傾斜させるレンズ駆動機構
４４が設けられ、主制御装置２９がレンズ駆動制御系４
５を介してそのレンズ駆動機構４４の動作を制御できる
ように構成されている。
【００５３】そして、結像特性変動量算出部５９から結
像特性の変化量の予測値が主制御装置２９に供給される
と、主制御装置２９では、先ず投影倍率βの変化量や像
面湾曲の変化量を補正するために、レンズ駆動機構４４
を介して投影光学系ＰＬの一部のレンズエレメントを駆
動する。更に、最良結像面の焦点位置及び傾斜角の変化
量に合わせるように、主制御装置２９では、ウエハステ
ージ駆動系４１を介して支点３６Ａ〜３６Ｃを駆動する
ことによって、Ｚチルトθステージ３５（ウエハＷ）の
高さ及び傾斜角を補正する。これによって、投影光学系
ＰＬの結像特性が変化しても、ウエハＷの表面が投影光
学系ＰＬの最良結像面に合致した状態が維持される。
像特性の変化量の予測値が主制御装置２９に供給される
と、主制御装置２９では、先ず投影倍率βの変化量や像
面湾曲の変化量を補正するために、レンズ駆動機構４４
を介して投影光学系ＰＬの一部のレンズエレメントを駆
動する。更に、最良結像面の焦点位置及び傾斜角の変化
量に合わせるように、主制御装置２９では、ウエハステ
ージ駆動系４１を介して支点３６Ａ〜３６Ｃを駆動する
ことによって、Ｚチルトθステージ３５（ウエハＷ）の
高さ及び傾斜角を補正する。これによって、投影光学系
ＰＬの結像特性が変化しても、ウエハＷの表面が投影光
学系ＰＬの最良結像面に合致した状態が維持される。
【００５４】次に、本例の照明光学系につき詳細に説明
する。本例の照明光学系は、σ絞りの開口が円形の通常
の照明法と、輪帯照明法とを切り換えられるように構成
されている。そのため、図１において、２段目のフライ
アイレンズとしては、通常のフライアイレンズ１２と輪
帯照明用のフライアイレンズ１３とが交換自在に設けら
れている。この輪帯照明用のフライアイレンズ１３は、
投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下に設定し、且
つ輪帯照明を行う場合に使用される。
する。本例の照明光学系は、σ絞りの開口が円形の通常
の照明法と、輪帯照明法とを切り換えられるように構成
されている。そのため、図１において、２段目のフライ
アイレンズとしては、通常のフライアイレンズ１２と輪
帯照明用のフライアイレンズ１３とが交換自在に設けら
れている。この輪帯照明用のフライアイレンズ１３は、
投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．６以下に設定し、且
つ輪帯照明を行う場合に使用される。
【００５５】図４（ａ）は、その輪帯照明用のフライア
イレンズ１３の側面図、図４（ｂ）はフライアイレンズ
１３の平面図であり、図４（ｂ）に示すように、フライ
アイレンズ１３は、断面形状が十字型の金属部材６３の
周囲に断面形状が矩形のレンズエレメントを束ねたもの
である。この場合、フライアイレンズ１３の射出面には
図７のσ絞りユニット１５中の輪帯のσ絞り７５Ｃ，７
５Ｄの何れかが配置されるが、図４（ｂ）のフライアイ
レンズ１３のレンズエレメント部を通過する最大の断面
積を有する輪帯状の光束をＩＬＣとすると、それらのσ
絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口はその光束ＩＬＣ内に収まる
ように構成されている。従って、フライアイレンズ１３
のレンズエレメントの個数を少なくして製造コストを下
げることができると共に、σ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口
の全面を照明できる利点がある。
イレンズ１３の側面図、図４（ｂ）はフライアイレンズ
１３の平面図であり、図４（ｂ）に示すように、フライ
アイレンズ１３は、断面形状が十字型の金属部材６３の
周囲に断面形状が矩形のレンズエレメントを束ねたもの
である。この場合、フライアイレンズ１３の射出面には
図７のσ絞りユニット１５中の輪帯のσ絞り７５Ｃ，７
５Ｄの何れかが配置されるが、図４（ｂ）のフライアイ
レンズ１３のレンズエレメント部を通過する最大の断面
積を有する輪帯状の光束をＩＬＣとすると、それらのσ
絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口はその光束ＩＬＣ内に収まる
ように構成されている。従って、フライアイレンズ１３
のレンズエレメントの個数を少なくして製造コストを下
げることができると共に、σ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口
の全面を照明できる利点がある。
【００５６】また、そのように輪帯照明用のフライアイ
レンズ１３を使用する際には、フライアイレンズ１３の
入射面での照明光ＩＬの分布を輪帯状とした方が照明効
率が良い。そこで、輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を使用する際には、図１の照明系制御系３２は交換装置
８を介して、偏向ミラー４と照度分布補正板９との間に
輪帯照明用のインプット光学系５Ｂを配置する。
レンズ１３を使用する際には、フライアイレンズ１３の
入射面での照明光ＩＬの分布を輪帯状とした方が照明効
率が良い。そこで、輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を使用する際には、図１の照明系制御系３２は交換装置
８を介して、偏向ミラー４と照度分布補正板９との間に
輪帯照明用のインプット光学系５Ｂを配置する。
【００５７】図５はそのインプット光学系５Ｂを示し、
この図５において、図１の偏向ミラー４からの照明光Ｉ
Ｌは直線偏光であるとする。その照明光ＩＬはレンズ６
４によってほぼ平行光束となった後、１／４波長板６５
により円偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ６６に
入射し、偏光ビームスプリッタ６６においてＰ偏光成分
ＩＬＰとＳ偏光成分ＩＬＳとに分割される。なお、図１
において、インプット光学系５Ａ内にも１／４波長板
（不図示）が配置され、フライアイレンズ７に入射する
照明光ＩＬは円偏光に変換されている。
この図５において、図１の偏向ミラー４からの照明光Ｉ
Ｌは直線偏光であるとする。その照明光ＩＬはレンズ６
４によってほぼ平行光束となった後、１／４波長板６５
により円偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ６６に
入射し、偏光ビームスプリッタ６６においてＰ偏光成分
ＩＬＰとＳ偏光成分ＩＬＳとに分割される。なお、図１
において、インプット光学系５Ａ内にも１／４波長板
（不図示）が配置され、フライアイレンズ７に入射する
照明光ＩＬは円偏光に変換されている。
【００５８】図６（ａ）〜（ｄ）は、図５の各部におけ
る照明光の断面の照度分布を示し、図６（ａ）〜（ｄ）
の横軸は照明光学系の光軸ＡＸを基準としたその光軸Ａ
Ｘに垂直な方向の位置ｒを示し、縦軸はその位置ｒでの
照度を示している。先ず、図５の偏光ビームスプリッタ
６６に入射する照明光ＩＬの照度分布ＥIN（ｒ）は、図
６（ａ）に示すように光軸ＡＸを中心とした正規分布と
なっている。その照度分布ＥIN（ｒ）は、所定の比例係
数を除いて偏光ビームスプリッタ６６で分離された直後
のＰ偏光成分ＩＬＰ及びＳ偏光成分ＩＬＳの照度分布で
もある。
る照明光の断面の照度分布を示し、図６（ａ）〜（ｄ）
の横軸は照明光学系の光軸ＡＸを基準としたその光軸Ａ
Ｘに垂直な方向の位置ｒを示し、縦軸はその位置ｒでの
照度を示している。先ず、図５の偏光ビームスプリッタ
６６に入射する照明光ＩＬの照度分布ＥIN（ｒ）は、図
６（ａ）に示すように光軸ＡＸを中心とした正規分布と
なっている。その照度分布ＥIN（ｒ）は、所定の比例係
数を除いて偏光ビームスプリッタ６６で分離された直後
のＰ偏光成分ＩＬＰ及びＳ偏光成分ＩＬＳの照度分布で
もある。
【００５９】図５において、偏光ビームスプリッタ６６
を透過したＰ偏光成分ＩＬＰは、円柱の上下の部分７１
ａ，７１ｂを円錐状に加工した形状の光学部材７１を透
過する。この光学部材７１によって、Ｐ偏光成分ＩＬＰ
の照度分布はそのほぼ中心で分離され、且つ内側と外側
とが反転して再び平行光となるため、光学部材７１から
射出された直後のＰ偏光成分ＩＬＰの照度分布Ｅ２
（ｒ）は、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）の分布
を光軸ＡＸを中心として反転して広げたような分布とな
る。
を透過したＰ偏光成分ＩＬＰは、円柱の上下の部分７１
ａ，７１ｂを円錐状に加工した形状の光学部材７１を透
過する。この光学部材７１によって、Ｐ偏光成分ＩＬＰ
の照度分布はそのほぼ中心で分離され、且つ内側と外側
とが反転して再び平行光となるため、光学部材７１から
射出された直後のＰ偏光成分ＩＬＰの照度分布Ｅ２
（ｒ）は、図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）の分布
を光軸ＡＸを中心として反転して広げたような分布とな
る。
【００６０】一方、図５の偏光ビームスプリッタ６６で
反射されたＳ偏光成分ＩＬＳは、ミラー６７で反射され
て、円柱の上方の部分６８ａを円錐状に切り取り、下方
の部分６８ｂを円錐状に加工した形状の光学部材６８を
透過する。この光学部材６８によって、Ｓ偏光成分ＩＬ
Ｓの照度分布はそのほぼ中心で分離されて再び平行光と
なるため、光学部材６８から射出された直後のＳ偏光成
分ＩＬＳの照度分布Ｅ１（ｒ）は、図６（ｂ）に示すよ
うに、図６（ａ）の分布を光軸ＡＸを中心として広げた
ような分布となる。
反射されたＳ偏光成分ＩＬＳは、ミラー６７で反射され
て、円柱の上方の部分６８ａを円錐状に切り取り、下方
の部分６８ｂを円錐状に加工した形状の光学部材６８を
透過する。この光学部材６８によって、Ｓ偏光成分ＩＬ
Ｓの照度分布はそのほぼ中心で分離されて再び平行光と
なるため、光学部材６８から射出された直後のＳ偏光成
分ＩＬＳの照度分布Ｅ１（ｒ）は、図６（ｂ）に示すよ
うに、図６（ａ）の分布を光軸ＡＸを中心として広げた
ような分布となる。
【００６１】そして、光学部材７１から射出されたＰ偏
光成分ＩＬＰは、１／２波長板７２によってＳ偏光に変
換された後、ミラー７３で反射されて偏光ビームスプリ
ッタ７０に入射して反射される。一方、光学部材６８か
ら射出されたＳ偏光成分ＩＬＳは、１／２波長板６９に
よってＰ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ７
０を透過し、偏光ビームスプリッタ７０からは光学部材
６８及び７１から射出された偏光成分を合成した光束が
射出され、この光束は１／４波長板７４を介して円偏光
の照明光ＩＬ’に変換されて、この照明光ＩＬ’が図１
の照度分布補正板９に入射する。このように合成された
照明光ＩＬ’の照度分布ＥOUT(ｒ）は、図６（ｄ）に示
すように平坦な輪帯状となっている。即ち、本例のイン
プット光学系５Ｂによって、図１の１段目のフライアイ
レンズ７を使用する場合と同様に照度分布の均一化が行
われている。更に、本例では照明光ＩＬ’の断面形状が
輪帯状に整形されているため、輪帯照明を行う場合に照
明光の利用効率が高くなっている。
光成分ＩＬＰは、１／２波長板７２によってＳ偏光に変
換された後、ミラー７３で反射されて偏光ビームスプリ
ッタ７０に入射して反射される。一方、光学部材６８か
ら射出されたＳ偏光成分ＩＬＳは、１／２波長板６９に
よってＰ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ７
０を透過し、偏光ビームスプリッタ７０からは光学部材
６８及び７１から射出された偏光成分を合成した光束が
射出され、この光束は１／４波長板７４を介して円偏光
の照明光ＩＬ’に変換されて、この照明光ＩＬ’が図１
の照度分布補正板９に入射する。このように合成された
照明光ＩＬ’の照度分布ＥOUT(ｒ）は、図６（ｄ）に示
すように平坦な輪帯状となっている。即ち、本例のイン
プット光学系５Ｂによって、図１の１段目のフライアイ
レンズ７を使用する場合と同様に照度分布の均一化が行
われている。更に、本例では照明光ＩＬ’の断面形状が
輪帯状に整形されているため、輪帯照明を行う場合に照
明光の利用効率が高くなっている。
【００６２】また、不図示であるが、図５の偏光ビーム
スプリッタ７０の射出面にはリレーレンズが配置され、
このリレーレンズと図１のリレーレンズ１０とによっ
て、偏光ビームスプリッタ７０の射出面と図４の輪帯照
明用のフライアイレンズ１３の入射面とがほぼ共役とな
っている。そして、図５の照明光ＩＬ’の図４（ｂ）の
フライアイレンズ１３の入射面での断面形状は、ほぼフ
ライアイレンズ１３を通過する最大断面積の輪帯状の光
束ＩＬＣを僅かに広げた形状となっている。これによっ
て輪帯照明を行う場合の、照明光の損失が小さくなって
いる。
スプリッタ７０の射出面にはリレーレンズが配置され、
このリレーレンズと図１のリレーレンズ１０とによっ
て、偏光ビームスプリッタ７０の射出面と図４の輪帯照
明用のフライアイレンズ１３の入射面とがほぼ共役とな
っている。そして、図５の照明光ＩＬ’の図４（ｂ）の
フライアイレンズ１３の入射面での断面形状は、ほぼフ
ライアイレンズ１３を通過する最大断面積の輪帯状の光
束ＩＬＣを僅かに広げた形状となっている。これによっ
て輪帯照明を行う場合の、照明光の損失が小さくなって
いる。
【００６３】次に、既に説明したように図１において、
本例ではσ絞りユニット１５を回転することによって照
明系の開口絞り（σ絞り）を切り換えており、そのσ絞
りは図７（ａ）に示す４種類のσ絞り７５Ａ〜７５Ｄ中
から選択される。図７（ａ）において、大きなσ値（コ
ヒーレンスファクタ）用のσ絞り７５Ａの開口の半径を
ｒα、小さいσ値用のσ絞り７５Ｂの開口の半径をｒα
１、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃの輪帯状開口の外
半径及び内半径をそれぞれｒβ及びｒβ２として、第２
の輪帯照明用のσ絞り７５Ｄの輪帯状開口の外半径及び
内半径をそれぞれｒβ及びｒβ１とする。
本例ではσ絞りユニット１５を回転することによって照
明系の開口絞り（σ絞り）を切り換えており、そのσ絞
りは図７（ａ）に示す４種類のσ絞り７５Ａ〜７５Ｄ中
から選択される。図７（ａ）において、大きなσ値（コ
ヒーレンスファクタ）用のσ絞り７５Ａの開口の半径を
ｒα、小さいσ値用のσ絞り７５Ｂの開口の半径をｒα
１、第１の輪帯照明用のσ絞り７５Ｃの輪帯状開口の外
半径及び内半径をそれぞれｒβ及びｒβ２として、第２
の輪帯照明用のσ絞り７５Ｄの輪帯状開口の外半径及び
内半径をそれぞれｒβ及びｒβ１とする。
【００６４】そして、本例では基本的に図１の投影光学
系ＰＬの開口数ＮＡが０．５〜０．６の範囲では輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用し、開口数ＮＡが
０．６８〜０．８の範囲では円形開口のσ絞り７５Ａ，
７５Ｂを使用する。また、照明光学系のσ値は、通常は
０．６〜０．８に設定し、コンタクトホールパターンを
転写する際には例えば０．３〜０．４程度に小さく設定
する。そのため、投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いる
と、開口数ＮＡが０．６以下のときに使用される輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口の外半径ｒβは、開
口数を単位として、次のように設定される。
系ＰＬの開口数ＮＡが０．５〜０．６の範囲では輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄを使用し、開口数ＮＡが
０．６８〜０．８の範囲では円形開口のσ絞り７５Ａ，
７５Ｂを使用する。また、照明光学系のσ値は、通常は
０．６〜０．８に設定し、コンタクトホールパターンを
転写する際には例えば０．３〜０．４程度に小さく設定
する。そのため、投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いる
と、開口数ＮＡが０．６以下のときに使用される輪帯照
明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの開口の外半径ｒβは、開
口数を単位として、次のように設定される。
【００６５】 β・０．６×０．６≦ｒβ＜β・０．８×０．６ （１１） また、σ絞り７５Ｄ（２／３輪帯）の開口の内半径ｒβ
１は（２／３）ｒβに設定され、σ絞り７５Ｃ（１／２
輪帯）の開口の内半径ｒβ２は（１／２）ｒβに設定さ
れている。一方、開口数ＮＡが０．６８以上で使用され
るσ絞り７５Ａの半径ｒαは、開口数０．６８をほぼ
０．７とみなして、開口数を単位として次のように設定
される。
１は（２／３）ｒβに設定され、σ絞り７５Ｃ（１／２
輪帯）の開口の内半径ｒβ２は（１／２）ｒβに設定さ
れている。一方、開口数ＮＡが０．６８以上で使用され
るσ絞り７５Ａの半径ｒαは、開口数０．６８をほぼ
０．７とみなして、開口数を単位として次のように設定
される。
【００６６】 β・０．６×０．７≦ｒα＜β・０．８×０．７ （１２） 更に、図７（ｂ）に示すように、輪帯照明用の開口の半
径ｒβは、大きなσ値用の開口の半径ｒαに比べて小さ
くなるように、例えば０．６／０．７分の１程度となる
ように設定されている。また、小さいσ値用のσ絞り７
５Ｂの半径ｒα１はその半径ｒαの１／２程度に設定さ
れており、コンタクトホールパターンを転写する際には
そのσ絞り７５Ｂが使用される。
径ｒβは、大きなσ値用の開口の半径ｒαに比べて小さ
くなるように、例えば０．６／０．７分の１程度となる
ように設定されている。また、小さいσ値用のσ絞り７
５Ｂの半径ｒα１はその半径ｒαの１／２程度に設定さ
れており、コンタクトホールパターンを転写する際には
そのσ絞り７５Ｂが使用される。
【００６７】図１に戻り、本例の投影露光装置では、主
制御装置２９によって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが
０．５〜０．６に設定されると、照明系制御系３２は交
換装置１４を介して輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を選択すると共に、σ絞りユニット１５を駆動して輪帯
照明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの何れかをそのフライア
イレンズ１３の射出面に設定する。更に、照明系制御系
３２は交換装置８を介してインプット光学系５Ｂを選択
する。
制御装置２９によって投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが
０．５〜０．６に設定されると、照明系制御系３２は交
換装置１４を介して輪帯照明用のフライアイレンズ１３
を選択すると共に、σ絞りユニット１５を駆動して輪帯
照明用のσ絞り７５Ｃ，７５Ｄの何れかをそのフライア
イレンズ１３の射出面に設定する。更に、照明系制御系
３２は交換装置８を介してインプット光学系５Ｂを選択
する。
【００６８】また、主制御装置２９が投影光学系ＰＬの
開口数ＮＡを０．６８〜０．８に設定したときには、照
明系制御系３２によって、通常のフライアイレンズ１２
が選択され、円形のσ絞り７５Ａ，７５Ｂの何れかがそ
のフライアイレンズ１２の射出面に設定され、且つイン
プット光学系５Ａが選択される。これによって、常に最
適なσ値のもとで、且つ照明光ＩＬの利用効率を低下さ
せることなくレチクルＲのパターンがウエハＷ上に転写
される。
開口数ＮＡを０．６８〜０．８に設定したときには、照
明系制御系３２によって、通常のフライアイレンズ１２
が選択され、円形のσ絞り７５Ａ，７５Ｂの何れかがそ
のフライアイレンズ１２の射出面に設定され、且つイン
プット光学系５Ａが選択される。これによって、常に最
適なσ値のもとで、且つ照明光ＩＬの利用効率を低下さ
せることなくレチクルＲのパターンがウエハＷ上に転写
される。
【００６９】次に、本例の投影露光装置でレチクルＲの
パターンをウエハＷ上に転写露光する際に得られる解像
度等について説明する。先ず、本例においても、投影光
学系ＰＬによる投影像の解像度Ｒは、露光用の照明光Ｉ
Ｌの波長λ、ｋファクタｋ1 、及び投影光学系ＰＬの開
口数ＮＡを用いて、（１）式と同じく次式で表される。
パターンをウエハＷ上に転写露光する際に得られる解像
度等について説明する。先ず、本例においても、投影光
学系ＰＬによる投影像の解像度Ｒは、露光用の照明光Ｉ
Ｌの波長λ、ｋファクタｋ1 、及び投影光学系ＰＬの開
口数ＮＡを用いて、（１）式と同じく次式で表される。
【００７０】Ｒ＝ｋ1 ・λ／ＮＡ （１３） また、投影光学系ＰＬの投影像の焦点深度をＤとする
と、ｋファクタｋ2 を用いて焦点深度は（２）式で表さ
れる。更に、フォーカス制御精度ＣF 、マーク段差（下
地パターンの段差）ＤM 、レジスト厚ＴR 、運用者側で
使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
用いると、本例でも（６）式と同じ次式よりなる「焦点
深度のマージンに関する条件」を満たす必要がある。
と、ｋファクタｋ2 を用いて焦点深度は（２）式で表さ
れる。更に、フォーカス制御精度ＣF 、マーク段差（下
地パターンの段差）ＤM 、レジスト厚ＴR 、運用者側で
使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
用いると、本例でも（６）式と同じ次式よりなる「焦点
深度のマージンに関する条件」を満たす必要がある。
【００７１】 ＣF ＋ＤM ＋ＴR・ＫUD≦Ｄ＝ｋ2 ・λ／ＮＡ2 （１４） また、本例においても、（イ）ウエハ平坦化技術の導入
によってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ（更には０．
０５μｍ）程度に小さくすると共に、（ロ）フォーカス
制御技術の向上によってフォーカス制御精度ＣF を０．
４μｍ程度にしている。更に本例では、投影光学系ＰＬ
の開口数ＮＡを大きくして焦点深度Ｄが狭くなった場合
でも、（１４）式の焦点深度のマージンに関する条件が
満たせるようにレジスト厚ＴR を０．２μｍ程度（従来
例では１μｍ以上）にまで薄くするものとする。また、
使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
０．７として、線幅が狭くなるのを考慮してｋファクタ
ｋ2 を１．７とする。
によってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ（更には０．
０５μｍ）程度に小さくすると共に、（ロ）フォーカス
制御技術の向上によってフォーカス制御精度ＣF を０．
４μｍ程度にしている。更に本例では、投影光学系ＰＬ
の開口数ＮＡを大きくして焦点深度Ｄが狭くなった場合
でも、（１４）式の焦点深度のマージンに関する条件が
満たせるようにレジスト厚ＴR を０．２μｍ程度（従来
例では１μｍ以上）にまで薄くするものとする。また、
使用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
０．７として、線幅が狭くなるのを考慮してｋファクタ
ｋ2 を１．７とする。
【００７２】これらの条件のもとで、（１４）式を満た
す開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、波長λは２４８ｎｍで
あるため、開口数ＮＡ2 は次のようになる。 ０．４＋０．１＋０．２×０．７≦１．７×０．２４８／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．８１ （１５） 即ち、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．８１まで大き
くしても焦点深度のマージンに関する条件が満たされる
ことになる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７８と
して、この値を（１３）式に代入することによって、解
像度Ｒは次のようになる。但し、ｋファクタｋ1 を０．
５５としている。
す開口数ＮＡをＮＡ2 とすると、波長λは２４８ｎｍで
あるため、開口数ＮＡ2 は次のようになる。 ０．４＋０．１＋０．２×０．７≦１．７×０．２４８／ＮＡ2 2， ＮＡ2 ≦０．８１ （１５） 即ち、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．８１まで大き
くしても焦点深度のマージンに関する条件が満たされる
ことになる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７８と
して、この値を（１３）式に代入することによって、解
像度Ｒは次のようになる。但し、ｋファクタｋ1 を０．
５５としている。
【００７３】 Ｒ＝０．５５×０．２４８／０．７８≒０．１８（μｍ） （１６） この解像度０．１８μｍは１ＧビットＤＲＡＭ相当の回
路パターンの解像度である。但し、解像度Ｒがそのよう
に小さくなると、最適化後のｋファクタｋ2 の値は更に
１．４程度に小さくなるため、（１４）式のｋファクタ
ｋ2 に１．４を代入することによって、焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たす開口数ＮＡの上限は０．７４
となる。また、余裕を見て（１３）式の開口数ＮＡとし
て０．７を代入することによって、解像度Ｒはほぼ０．
１９μｍとなる。従って、本例の投影露光装置におい
て、露光用照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光
（波長２４８ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジス
トの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系Ｐ
Ｌの開口数ＮＡを０．７〜０．７４程度に設定すること
によって、焦点深度のマージンに関する条件を満たした
上で、１ＧビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイスの回路
パターンを高精度にウエハ上に転写できることになる。
路パターンの解像度である。但し、解像度Ｒがそのよう
に小さくなると、最適化後のｋファクタｋ2 の値は更に
１．４程度に小さくなるため、（１４）式のｋファクタ
ｋ2 に１．４を代入することによって、焦点深度のマー
ジンに関する条件を満たす開口数ＮＡの上限は０．７４
となる。また、余裕を見て（１３）式の開口数ＮＡとし
て０．７を代入することによって、解像度Ｒはほぼ０．
１９μｍとなる。従って、本例の投影露光装置におい
て、露光用照明光ＩＬとしてＫｒＦエキシマレーザ光
（波長２４８ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジス
トの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系Ｐ
Ｌの開口数ＮＡを０．７〜０．７４程度に設定すること
によって、焦点深度のマージンに関する条件を満たした
上で、１ＧビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイスの回路
パターンを高精度にウエハ上に転写できることになる。
【００７４】なお、実際にはレジスト厚ＴR を０．５μ
ｍ程度に設定する場合もあり、この場合に（１４）式の
焦点深度のマージンに関する条件を満たす投影光学系の
開口数ＮＡの上限は０．７程度（ｋ2 を１．７として）
となるが、余裕を見て開口数ＮＡを０．６８程度に設定
することができる。従って、レジスト厚ＴR を０．５μ
ｍ以下に設定したときには、開口数ＮＡをほぼ０．６８
以上に設定しても焦点深度のマージンに関する条件を満
たすことができる。
ｍ程度に設定する場合もあり、この場合に（１４）式の
焦点深度のマージンに関する条件を満たす投影光学系の
開口数ＮＡの上限は０．７程度（ｋ2 を１．７として）
となるが、余裕を見て開口数ＮＡを０．６８程度に設定
することができる。従って、レジスト厚ＴR を０．５μ
ｍ以下に設定したときには、開口数ＮＡをほぼ０．６８
以上に設定しても焦点深度のマージンに関する条件を満
たすことができる。
【００７５】また、本例において、投影光学系ＰＬの開
口数ＮＡを０．５〜０．６の範囲内、例えば０．５５に
設定する場合には、既に示した（９）式、（１０）式よ
り分かるようにフォトレジストの厚さを１μｍ程度とし
た場合でも、焦点深度のマージンに関する条件を満たし
た上で、２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイス
の回路パターンを転写できる。即ち、本例の投影露光装
置によれば、投影光学系の開口数の切り換えによって２
世代の半導体デバイスの回路パターンを形成することが
できる。言い換えると、本例の投影露光装置によれば、
線幅が狭いクリティカルレイヤでも、線幅が広いラフレ
イヤでも投影光学系の開口数の切り換えで対応できるこ
とになる。
口数ＮＡを０．５〜０．６の範囲内、例えば０．５５に
設定する場合には、既に示した（９）式、（１０）式よ
り分かるようにフォトレジストの厚さを１μｍ程度とし
た場合でも、焦点深度のマージンに関する条件を満たし
た上で、２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の半導体デバイス
の回路パターンを転写できる。即ち、本例の投影露光装
置によれば、投影光学系の開口数の切り換えによって２
世代の半導体デバイスの回路パターンを形成することが
できる。言い換えると、本例の投影露光装置によれば、
線幅が狭いクリティカルレイヤでも、線幅が広いラフレ
イヤでも投影光学系の開口数の切り換えで対応できるこ
とになる。
【００７６】これに関して、従来はウエハ平坦化工程を
加えると露光工程全体としての時間が倍程度になること
もあり、そのようにウエハ平坦化を必要とするクリティ
カルレイヤへの露光を行う投影露光装置と、それ以外の
ラフレイヤへの露光を行う投影露光装置とは別体とされ
ていた。そして、１枚のウエハに対して、所謂ミックス
・アンド・マッチ方式でレイヤによって投影露光装置を
使い分けていたため、工程管理が複雑であった。ところ
が、本例では１台の投影露光装置で１枚のウエハのほぼ
全てのレイヤに露光を行うことができるため、製造ライ
ンを単純化でき工程管理も容易になる。
加えると露光工程全体としての時間が倍程度になること
もあり、そのようにウエハ平坦化を必要とするクリティ
カルレイヤへの露光を行う投影露光装置と、それ以外の
ラフレイヤへの露光を行う投影露光装置とは別体とされ
ていた。そして、１枚のウエハに対して、所謂ミックス
・アンド・マッチ方式でレイヤによって投影露光装置を
使い分けていたため、工程管理が複雑であった。ところ
が、本例では１台の投影露光装置で１枚のウエハのほぼ
全てのレイヤに露光を行うことができるため、製造ライ
ンを単純化でき工程管理も容易になる。
【００７７】なお、上述の実施の形態では露光用照明光
としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用しているが、更に
ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する
こともできる。そこで、ＡｒＦエキシマレーザ光を使用
した場合に得られる解像度等についても評価してみる。
なお、投影光学系ＰＬ等は波長１９３ｎｍで新たに最適
化するものとする。この場合にも、ウエハ平坦化技術に
よってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ程度に小さく
し、レジスト厚ＴR を０．２μｍ程度にまで薄くし、使
用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
０．７とする。更にフォーカス制御技術を向上させるこ
とよって、フォーカス制御精度ＣF を０．２μｍ程度に
高めるものとする。また、線幅が狭くなるのを考慮して
ｋファクタｋ 2 を１．５とする。
としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用しているが、更に
ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を使用する
こともできる。そこで、ＡｒＦエキシマレーザ光を使用
した場合に得られる解像度等についても評価してみる。
なお、投影光学系ＰＬ等は波長１９３ｎｍで新たに最適
化するものとする。この場合にも、ウエハ平坦化技術に
よってそのマーク段差ＤM を０．１μｍ程度に小さく
し、レジスト厚ＴR を０．２μｍ程度にまで薄くし、使
用可能な焦点深度ＵＤＯＦを定めるための係数ＫUDを
０．７とする。更にフォーカス制御技術を向上させるこ
とよって、フォーカス制御精度ＣF を０．２μｍ程度に
高めるものとする。また、線幅が狭くなるのを考慮して
ｋファクタｋ 2 を１．５とする。
【００７８】これらの条件のもとで、（１４）式の焦点
深度のマージンに関する条件を満たす開口数ＮＡをＮＡ
2 とすると、波長λは１９３ｎｍであるため、開口数Ｎ
Ａ2は次のようになる。 ０．２＋０．１＋０．２×０．７≦１．５×０．１９３／ＮＡ2 2 ， ＮＡ2 ≦０．８１ （１７） 即ち、この場合にも投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．
８１まで大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たされる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７３
として、この値を（１３）式に代入することによって、
解像度Ｒは次のようになる。但し、線幅を考慮してｋフ
ァクタｋ1 を０．４５としている。
深度のマージンに関する条件を満たす開口数ＮＡをＮＡ
2 とすると、波長λは１９３ｎｍであるため、開口数Ｎ
Ａ2は次のようになる。 ０．２＋０．１＋０．２×０．７≦１．５×０．１９３／ＮＡ2 2 ， ＮＡ2 ≦０．８１ （１７） 即ち、この場合にも投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．
８１まで大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たされる。そこで余裕をみて開口数ＮＡを０．７３
として、この値を（１３）式に代入することによって、
解像度Ｒは次のようになる。但し、線幅を考慮してｋフ
ァクタｋ1 を０．４５としている。
【００７９】 Ｒ＝０．４５×０．１９３／０．７３≒０．１２（μｍ） （１８） この解像度０．１２μｍは４ＧビットＤＲＡＭ相当の回
路パターンの解像度である。従って、本例の投影露光装
置において、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ
光（波長１９３ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジ
ストの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを０．７３程度に設定することによっ
て、焦点深度のマージンに関する条件を満たした上で、
４ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高精度にウエ
ハ上に転写できることになる。
路パターンの解像度である。従って、本例の投影露光装
置において、露光用照明光としてＡｒＦエキシマレーザ
光（波長１９３ｎｍ）を使用し、ウエハ上のフォトレジ
ストの厚さを０．２μｍ程度に設定し、且つ投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡを０．７３程度に設定することによっ
て、焦点深度のマージンに関する条件を満たした上で、
４ＧビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高精度にウエ
ハ上に転写できることになる。
【００８０】また、同様にＡｒＦエキシマレーザ光を使
用する場合にも、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．５
〜０．６の範囲内に設定することによって、フォトレジ
ストの厚さを１μｍ程度とした場合でも、焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たした上で、１ＧビットＤＲＡ
Ｍ相当の半導体デバイスの回路パターンを転写できる。
即ち、１台の投影露光装置で２世代の半導体デバイスの
回路パターンを形成することができる。
用する場合にも、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを０．５
〜０．６の範囲内に設定することによって、フォトレジ
ストの厚さを１μｍ程度とした場合でも、焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たした上で、１ＧビットＤＲＡ
Ｍ相当の半導体デバイスの回路パターンを転写できる。
即ち、１台の投影露光装置で２世代の半導体デバイスの
回路パターンを形成することができる。
【００８１】更に、本例の投影露光装置において、露光
用の照明光として水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）
を使用した場合には、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを
０．７〜０．８程度に設定してレジスト厚を０．２μｍ
程度に設定することによって、焦点深度のマージンに関
する条件を満たした上で２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の
回路パターンを高精度に転写できる。一方、既に説明し
たように、開口数ＮＡを０．５〜０．６程度に設定した
場合には６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高
精度に転写できるため、結果として２世代の半導体デバ
イスの回路パターンを形成できることになる。
用の照明光として水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）
を使用した場合には、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを
０．７〜０．８程度に設定してレジスト厚を０．２μｍ
程度に設定することによって、焦点深度のマージンに関
する条件を満たした上で２５６ＭビットＤＲＡＭ相当の
回路パターンを高精度に転写できる。一方、既に説明し
たように、開口数ＮＡを０．５〜０．６程度に設定した
場合には６４ＭビットＤＲＡＭ相当の回路パターンを高
精度に転写できるため、結果として２世代の半導体デバ
イスの回路パターンを形成できることになる。
【００８２】なお、露光用照明光として、金属蒸気レー
ザ光、ＹＡＧレーザの高調波、又は他の輝線等を使用し
てもよく、これらの場合にもフォトレジストを薄くして
投影光学系の開口数を大きくすることによって、焦点深
度のマージンに関する条件を満たして解像度を高めるこ
とができる。更に、将来的に平坦化技術の進展によって
マーク段差ＤM が小さくなり、且つレジスト厚ＴR をよ
り薄くできれば、投影光学系の開口数ＮＡを０．７より
更に大きくしても（１４）式の焦点深度のマージンに関
する条件が満たされるため、解像度Ｒをより高めること
ができる。
ザ光、ＹＡＧレーザの高調波、又は他の輝線等を使用し
てもよく、これらの場合にもフォトレジストを薄くして
投影光学系の開口数を大きくすることによって、焦点深
度のマージンに関する条件を満たして解像度を高めるこ
とができる。更に、将来的に平坦化技術の進展によって
マーク段差ＤM が小さくなり、且つレジスト厚ＴR をよ
り薄くできれば、投影光学系の開口数ＮＡを０．７より
更に大きくしても（１４）式の焦点深度のマージンに関
する条件が満たされるため、解像度Ｒをより高めること
ができる。
【００８３】次に、本例では（１４）式の焦点深度のマ
ージンに関する条件を満たすための１つの手法として、
上述のようにウエハ平坦化技術を使用している。このよ
うにウエハの平坦化を行うと、ウエハＷ上に形成されて
いる回路パターンの段差であるマーク段差ＤM が例えば
５０ｎｍ以下程度に小さくなり、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域に付設されているアライメント用のウエハマーク
の段差も小さくなる。そのため、本例ではそれら各ショ
ット領域のアライメントを行うためのアライメントセン
サとして、特に低段差マークの検出が可能なセンサを備
えている。
ージンに関する条件を満たすための１つの手法として、
上述のようにウエハ平坦化技術を使用している。このよ
うにウエハの平坦化を行うと、ウエハＷ上に形成されて
いる回路パターンの段差であるマーク段差ＤM が例えば
５０ｎｍ以下程度に小さくなり、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域に付設されているアライメント用のウエハマーク
の段差も小さくなる。そのため、本例ではそれら各ショ
ット領域のアライメントを行うためのアライメントセン
サとして、特に低段差マークの検出が可能なセンサを備
えている。
【００８４】図１において、投影光学系ＰＬの側面部に
は、アライメントセンサ５０が配置されている。なお、
このアライメントセンサ５０は、特開平５−２１７８３
５号公報に開示されているアライメントセンサと同様な
構成である。図８はそのアライメントセンサ５０の全体
の構成を模式的に示す斜視図であり、この図８におい
て、ウエハ上に形成された格子状のウエハマーク（不図
示）からの反射光は、ミラーＭ１で反射されて対物レン
ズＯＢＬに入射した後、ビームスプリッタＢＳ１で分割
される。ビームスプリッタＢＳ１で反射された光束は、
ミラーＭ２で反射されてアライメントセンサ５０の上段
部に配置された、撮像方式、即ちＦＩＡ（Field Image
Alignment ）方式の検出系（以下、「ＦＩＡ系」と呼
ぶ）５１Ａに入射する。一方、ビームスプリッタＢＳ１
を透過した光束は、下段部に配置された２光束干渉方
式、即ちＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）
方式の検出系（以下、「ＬＩＡ系」と呼ぶ）５１Ｂに入
射する。
は、アライメントセンサ５０が配置されている。なお、
このアライメントセンサ５０は、特開平５−２１７８３
５号公報に開示されているアライメントセンサと同様な
構成である。図８はそのアライメントセンサ５０の全体
の構成を模式的に示す斜視図であり、この図８におい
て、ウエハ上に形成された格子状のウエハマーク（不図
示）からの反射光は、ミラーＭ１で反射されて対物レン
ズＯＢＬに入射した後、ビームスプリッタＢＳ１で分割
される。ビームスプリッタＢＳ１で反射された光束は、
ミラーＭ２で反射されてアライメントセンサ５０の上段
部に配置された、撮像方式、即ちＦＩＡ（Field Image
Alignment ）方式の検出系（以下、「ＦＩＡ系」と呼
ぶ）５１Ａに入射する。一方、ビームスプリッタＢＳ１
を透過した光束は、下段部に配置された２光束干渉方
式、即ちＬＩＡ（Laser Interferometric Alignment ）
方式の検出系（以下、「ＬＩＡ系」と呼ぶ）５１Ｂに入
射する。
【００８５】図９はＦＩＡ系５１Ａの構成を示し、この
図９において、光ファイバ１１６Ａからはウエハ上のフ
ォトレジストに対して非感光性のブロードバンド（帯域
２７０ｎｍ以上）の照明光ＡＬＡが射出され、この照明
光ＡＬＡはコンデンサレンズ１２０Ａを介して、ウエハ
用照明視野絞り１２１Ａを均一な照度で照明する。視野
絞り１２１Ａで制限された照明光はミラー１２２Ａで反
射され、レンズ系１２３Ａを通ってビームスプリッタＢ
Ｓ２に入射する。ビームスプリッタＢＳ２で反射された
照明光ＡＬＡは、ミラーＭ２で反射されてビームスプリ
ッタＢＳ１に入射する。その後、照明光ＡＬＡは光軸Ａ
Ｘａに沿って対物レンズＯＢＬ、ミラーＭ１を介してウ
エハ上のウエハマークを照明する。このウエハ用の照明
送光路において、視野絞り板１２１Ａはレンズ系１２３
Ａと対物レンズＯＢＬとの合成系に関してウエハと共役
であり、ＦＩＡ系５１Ａによるウエハに対する照明領域
は、視野絞り板１２１Ａに形成された開口によって一義
的に決定される。
図９において、光ファイバ１１６Ａからはウエハ上のフ
ォトレジストに対して非感光性のブロードバンド（帯域
２７０ｎｍ以上）の照明光ＡＬＡが射出され、この照明
光ＡＬＡはコンデンサレンズ１２０Ａを介して、ウエハ
用照明視野絞り１２１Ａを均一な照度で照明する。視野
絞り１２１Ａで制限された照明光はミラー１２２Ａで反
射され、レンズ系１２３Ａを通ってビームスプリッタＢ
Ｓ２に入射する。ビームスプリッタＢＳ２で反射された
照明光ＡＬＡは、ミラーＭ２で反射されてビームスプリ
ッタＢＳ１に入射する。その後、照明光ＡＬＡは光軸Ａ
Ｘａに沿って対物レンズＯＢＬ、ミラーＭ１を介してウ
エハ上のウエハマークを照明する。このウエハ用の照明
送光路において、視野絞り板１２１Ａはレンズ系１２３
Ａと対物レンズＯＢＬとの合成系に関してウエハと共役
であり、ＦＩＡ系５１Ａによるウエハに対する照明領域
は、視野絞り板１２１Ａに形成された開口によって一義
的に決定される。
【００８６】そして、光ファイバ１１６Ａからの照明光
ＡＬＡによって照射されたウエハからは反射光が発生
し、この反射光はミラーＭ１、対物レンズＯＢＬ、ビー
ムスプリッタＢＳ１、ミラーＭ２を介してビームスプリ
ッタＢＳ２に入射し、その反射光の約１／２がビームス
プリッタＢＳ２を透過して検出光学系に入射する。この
検出光学系は、レンズ系１２４、ミラー１２５、指標マ
ークが形成された指標板１２６、撮像用の第１リレーレ
ンズ系１２７、ミラー１２８、干渉フィルタ１２９、第
２リレーレンズ系１３１、及びビームスプリッタＢＳ３
より構成されている。そして、ビームスプリッタＢＳ３
で分割されたウエハからの戻り光は、２次元ＣＣＤより
なるＸ方向検出用の撮像素子１０８Ｘと、Ｙ方向検出用
の撮像素子１０８Ｙとに入射し、各撮像素子１０８Ｘ，
１０８Ｙの撮像面上にウエハ表面のウエハマークの像及
び指標マークの像を形成する。
ＡＬＡによって照射されたウエハからは反射光が発生
し、この反射光はミラーＭ１、対物レンズＯＢＬ、ビー
ムスプリッタＢＳ１、ミラーＭ２を介してビームスプリ
ッタＢＳ２に入射し、その反射光の約１／２がビームス
プリッタＢＳ２を透過して検出光学系に入射する。この
検出光学系は、レンズ系１２４、ミラー１２５、指標マ
ークが形成された指標板１２６、撮像用の第１リレーレ
ンズ系１２７、ミラー１２８、干渉フィルタ１２９、第
２リレーレンズ系１３１、及びビームスプリッタＢＳ３
より構成されている。そして、ビームスプリッタＢＳ３
で分割されたウエハからの戻り光は、２次元ＣＣＤより
なるＸ方向検出用の撮像素子１０８Ｘと、Ｙ方向検出用
の撮像素子１０８Ｙとに入射し、各撮像素子１０８Ｘ，
１０８Ｙの撮像面上にウエハ表面のウエハマークの像及
び指標マークの像を形成する。
【００８７】即ち、対物レンズＯＢＬ及びレンズ系１２
４の合成系に関してウエハ表面と指標板１２６とは共役
であり、リレーレンズ系１２７及び１３１に関して指標
板１２６とそれらの撮像面とは共役である。また、その
ウエハマーク及び指標板の像の倍率を変更できるよう
に、干渉フィルタ１２９の近傍に変倍光学系１３０が挿
入できるように構成されている。また、干渉フィルタ１
２９は、後述のＬＩＡ系５１Ｂで使用される強いレーザ
光を遮光する役割を果たしている。
４の合成系に関してウエハ表面と指標板１２６とは共役
であり、リレーレンズ系１２７及び１３１に関して指標
板１２６とそれらの撮像面とは共役である。また、その
ウエハマーク及び指標板の像の倍率を変更できるよう
に、干渉フィルタ１２９の近傍に変倍光学系１３０が挿
入できるように構成されている。また、干渉フィルタ１
２９は、後述のＬＩＡ系５１Ｂで使用される強いレーザ
光を遮光する役割を果たしている。
【００８８】更に、図９においては、指標板１２６を独
立に照明するための照明系が設けられている。この照明
系は、光ファイバ１１６Ｂ、コンデンサレンズ１２０
Ｂ、照明視野絞り板１２１Ｂ、ミラー１２２Ｂ、及びレ
ンズ系１２３Ｂより構成されている。そして、光ファイ
バ１１６Ｂから射出された照明光ＡＬＢは、コンデンサ
レンズ１２０Ｂ〜レンズ系１２３Ｂを経て、ウエハ用の
照明光ＡＬＡの光路と反対側からビームスプリッタＢＳ
２に入射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射されてその
指標板１２６を照明している。
立に照明するための照明系が設けられている。この照明
系は、光ファイバ１１６Ｂ、コンデンサレンズ１２０
Ｂ、照明視野絞り板１２１Ｂ、ミラー１２２Ｂ、及びレ
ンズ系１２３Ｂより構成されている。そして、光ファイ
バ１１６Ｂから射出された照明光ＡＬＢは、コンデンサ
レンズ１２０Ｂ〜レンズ系１２３Ｂを経て、ウエハ用の
照明光ＡＬＡの光路と反対側からビームスプリッタＢＳ
２に入射し、ビームスプリッタＢＳ２で反射されてその
指標板１２６を照明している。
【００８９】また、撮像素子１０８Ｘ，１０８Ｙの撮像
信号が図１のアライメント信号処理系５２に供給され、
アライメント信号処理系５２ではそれらの撮像信号を画
像処理することにより、検出対象のウエハマークの位置
を検出し、この検出結果を主制御装置２９に供給する。
主制御装置２９では、各ウエハマークの位置に基づいて
ウエハＷのアライメントを行う。
信号が図１のアライメント信号処理系５２に供給され、
アライメント信号処理系５２ではそれらの撮像信号を画
像処理することにより、検出対象のウエハマークの位置
を検出し、この検出結果を主制御装置２９に供給する。
主制御装置２９では、各ウエハマークの位置に基づいて
ウエハＷのアライメントを行う。
【００９０】次に、図１０はＬＩＡ系５１Ｂの構成を示
し、この図１０において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０６
からのレーザビームをシャッタ１４０を介してビームス
プリッタＢＳ８で２分割する。ビームスプリッタＢＳ８
を透過したレーザビームＬＢは、Ｘ方向のＬＩＡ系にお
いて複数の折り返しミラーを介してヘテロダイン２光束
化ユニット１４１Ｘに入射する。このヘテロダイン２光
束化ユニット１４１Ｘ内には、１対の駆動周波数の異な
る周波数シフタ（音響光学素子）と、この１対の周波数
シフタから射出される２本の周波数変調を受けたレーザ
ビームを光軸に対して平行に合成する合成系とが設けら
れている。その合成系から射出された２本のレーザビー
ムＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、レンズ系１４２Ｘに入射し
て、レンズ系１４２Ｘの後側焦点面に配置されたアパー
チャ板１４３Ｘを一様に照射する。従って、アパーチャ
板１４３Ｘ上には、２本のレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ
２ｘの交差によって一次元の干渉縞が形成される。しか
もヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｘ内の１対の周
波数シフタの駆動周波数が互いに異なることから、その
一次元の干渉縞は、その周波数差に応じた速度でピッチ
方向に流れている。
し、この図１０において、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源１０６
からのレーザビームをシャッタ１４０を介してビームス
プリッタＢＳ８で２分割する。ビームスプリッタＢＳ８
を透過したレーザビームＬＢは、Ｘ方向のＬＩＡ系にお
いて複数の折り返しミラーを介してヘテロダイン２光束
化ユニット１４１Ｘに入射する。このヘテロダイン２光
束化ユニット１４１Ｘ内には、１対の駆動周波数の異な
る周波数シフタ（音響光学素子）と、この１対の周波数
シフタから射出される２本の周波数変調を受けたレーザ
ビームを光軸に対して平行に合成する合成系とが設けら
れている。その合成系から射出された２本のレーザビー
ムＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、レンズ系１４２Ｘに入射し
て、レンズ系１４２Ｘの後側焦点面に配置されたアパー
チャ板１４３Ｘを一様に照射する。従って、アパーチャ
板１４３Ｘ上には、２本のレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ
２ｘの交差によって一次元の干渉縞が形成される。しか
もヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｘ内の１対の周
波数シフタの駆動周波数が互いに異なることから、その
一次元の干渉縞は、その周波数差に応じた速度でピッチ
方向に流れている。
【００９１】さて、アパーチャ板１４３Ｘによって制限
された２本のレーザビームは、ビームスプリッタＢＳ６
で一部反射され、レンズ系１４４Ｘ、ビームスプリッタ
ＢＳ４，ＢＳ１を通った後、対物レンズＯＢＬ及びミラ
ーＭ１を経て、ウエハ上に達する。２本のレーザビーム
ＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、Ｘ方向に関して対称に傾いてい
るため、ウエハ上に設けられた格子状のＸ軸のウエハマ
ークに照射されると、そのウエハマークより垂直に±１
次回折光が発生する。この２本の±１次回折光は、偏光
方向が同一なので互いに干渉すると共に、１対の周波数
シフタの周波数差、即ちビート周波数で周期的に干渉強
度が変化している。
された２本のレーザビームは、ビームスプリッタＢＳ６
で一部反射され、レンズ系１４４Ｘ、ビームスプリッタ
ＢＳ４，ＢＳ１を通った後、対物レンズＯＢＬ及びミラ
ーＭ１を経て、ウエハ上に達する。２本のレーザビーム
ＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘは、Ｘ方向に関して対称に傾いてい
るため、ウエハ上に設けられた格子状のＸ軸のウエハマ
ークに照射されると、そのウエハマークより垂直に±１
次回折光が発生する。この２本の±１次回折光は、偏光
方向が同一なので互いに干渉すると共に、１対の周波数
シフタの周波数差、即ちビート周波数で周期的に干渉強
度が変化している。
【００９２】この干渉ビート光は、ミラーＭ１、対物レ
ンズＯＢＬ、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ４、レンズ
系１４４Ｘを介して、ビームスプリッタＢＳ６に入射
し、このビームスプリッタＢＳ６を透過した干渉ビート
光が受光用アパーチャ板１４５Ｘに達する。受光用アパ
ーチャ板１４５Ｘは、レンズ系１４４Ｘと対物レンズＯ
ＢＬとの合成系に関してウエハと共役な位置に配置さ
れ、干渉ビート光のみを通過させるような開口を有す
る。アパーチャ板１４５Ｘを通過した干渉ビート光は、
ミラー１４６Ｘ、レンズ系１４７Ｘを介して光電センサ
１４８Ｘに達し、光電センサ１４８Ｘよりビート信号が
出力される。
ンズＯＢＬ、ビームスプリッタＢＳ１，ＢＳ４、レンズ
系１４４Ｘを介して、ビームスプリッタＢＳ６に入射
し、このビームスプリッタＢＳ６を透過した干渉ビート
光が受光用アパーチャ板１４５Ｘに達する。受光用アパ
ーチャ板１４５Ｘは、レンズ系１４４Ｘと対物レンズＯ
ＢＬとの合成系に関してウエハと共役な位置に配置さ
れ、干渉ビート光のみを通過させるような開口を有す
る。アパーチャ板１４５Ｘを通過した干渉ビート光は、
ミラー１４６Ｘ、レンズ系１４７Ｘを介して光電センサ
１４８Ｘに達し、光電センサ１４８Ｘよりビート信号が
出力される。
【００９３】また、ビームスプリッタＢＳ８で反射され
たレーザビームは、ミラーを経てＹ方向用のＬＩＡ系に
入射している。このＹ方向用のＬＩＡ系は、Ｘ方向のＬ
ＩＡ系とほぼ対称に、ヘテロダイン２光束化ユニット１
４１Ｙ、レンズ系１４２Ｙ、アパーチャ板１４３Ｙ、ビ
ームスプリッタＢＳ５、レンズ系１４４Ｙ、受光用アパ
ーチャ板１４５Ｙ、ミラー１４６Ｙ、レンズ系１４７
Ｙ、光電センサ１４８Ｙより構成されている。但し、ヘ
テロダイン２光束化ユニット１４１Ｙはヘテロダイン２
光束化ユニット１４１Ｘに対し９０゜回転させて配置さ
れ、ヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｙからの２本
のレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙは、ウエハ上のＹ軸
のウエハマークに対してＹ方向に交差するように照射さ
れる。そして、光電センサ１４８ＹよりそのＹ軸のウエ
ハマークに対応するビート信号が出力される。
たレーザビームは、ミラーを経てＹ方向用のＬＩＡ系に
入射している。このＹ方向用のＬＩＡ系は、Ｘ方向のＬ
ＩＡ系とほぼ対称に、ヘテロダイン２光束化ユニット１
４１Ｙ、レンズ系１４２Ｙ、アパーチャ板１４３Ｙ、ビ
ームスプリッタＢＳ５、レンズ系１４４Ｙ、受光用アパ
ーチャ板１４５Ｙ、ミラー１４６Ｙ、レンズ系１４７
Ｙ、光電センサ１４８Ｙより構成されている。但し、ヘ
テロダイン２光束化ユニット１４１Ｙはヘテロダイン２
光束化ユニット１４１Ｘに対し９０゜回転させて配置さ
れ、ヘテロダイン２光束化ユニット１４１Ｙからの２本
のレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙは、ウエハ上のＹ軸
のウエハマークに対してＹ方向に交差するように照射さ
れる。そして、光電センサ１４８ＹよりそのＹ軸のウエ
ハマークに対応するビート信号が出力される。
【００９４】また、光電センサ１４８Ｘ，１４８Ｙから
のビート信号の参照信号を得るために、レーザビームＬ
Ｂ１ｘ，ＬＢ２ｘの内でビームスプリッタＢＳ４を透過
したレーザビーム、及びレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２
ｙの内でビームスプリッタＢＳ４で反射されたレーザビ
ームを、レンズ系１５０及びミラー１５１を介してビー
ムスプリッタＢＳ７に入射させている。そして、ビーム
スプリッタＢＳ７で反射されたレーザビームは、ミラー
１５２を介して透過型回折格子板１５３Ｘに入射する。
透過型回折格子板１５３Ｘは、Ｘ軸の受光用アパーチャ
板１４５Ｘの開口部と共役な位置に回折格子を形成し、
それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子に対
してレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘのみが入射し、そ
の回折格子から発生する±１次回折光よりなる干渉ビー
ト光がフーリエ変換用のレンズ系１５４Ｘを介して光電
センサ１５５Ｘに入射し、光電センサ１５５ＸよりＸ軸
用の参照ビート信号が出力される。
のビート信号の参照信号を得るために、レーザビームＬ
Ｂ１ｘ，ＬＢ２ｘの内でビームスプリッタＢＳ４を透過
したレーザビーム、及びレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２
ｙの内でビームスプリッタＢＳ４で反射されたレーザビ
ームを、レンズ系１５０及びミラー１５１を介してビー
ムスプリッタＢＳ７に入射させている。そして、ビーム
スプリッタＢＳ７で反射されたレーザビームは、ミラー
１５２を介して透過型回折格子板１５３Ｘに入射する。
透過型回折格子板１５３Ｘは、Ｘ軸の受光用アパーチャ
板１４５Ｘの開口部と共役な位置に回折格子を形成し、
それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子に対
してレーザビームＬＢ１ｘ，ＬＢ２ｘのみが入射し、そ
の回折格子から発生する±１次回折光よりなる干渉ビー
ト光がフーリエ変換用のレンズ系１５４Ｘを介して光電
センサ１５５Ｘに入射し、光電センサ１５５ＸよりＸ軸
用の参照ビート信号が出力される。
【００９５】また、ビームスプリッタＢＳ７を透過した
レーザビームは、透過型回折格子板１５３Ｙに入射す
る。透過型回折格子板１５３Ｙは、Ｙ軸の受光用アパー
チャ板１４５Ｙの開口部と共役な位置に回折格子を形成
し、それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子
に対してレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙのみが入射
し、その回折格子から発生する±１次回折光よりなる干
渉ビート光がレンズ系１５４Ｙを介して光電センサ１５
５Ｙに入射し、光電センサ１５５ＹよりＹ軸用の参照ビ
ート信号が出力される。
レーザビームは、透過型回折格子板１５３Ｙに入射す
る。透過型回折格子板１５３Ｙは、Ｙ軸の受光用アパー
チャ板１４５Ｙの開口部と共役な位置に回折格子を形成
し、それ以外を遮光部としたものであり、その回折格子
に対してレーザビームＬＢ１ｙ，ＬＢ２ｙのみが入射
し、その回折格子から発生する±１次回折光よりなる干
渉ビート光がレンズ系１５４Ｙを介して光電センサ１５
５Ｙに入射し、光電センサ１５５ＹよりＹ軸用の参照ビ
ート信号が出力される。
【００９６】光電センサ１４８Ｘ，１４８Ｙからのビー
ト信号、及び光電センサ１５５Ｘ，１５５Ｙからの参照
ビート信号はそれぞれ図１のアライメント信号処理系５
２に供給され、アライメント信号処理系５２ではそれら
のビート信号、及び参照ビート信号より検出対象のＸ軸
及びＹ軸のウエハマークの位置を検出し、この検出結果
を主制御装置２９に供給する。主制御装置２９では、各
ウエハマークの位置に基づいてウエハＷのアライメント
を行う。
ト信号、及び光電センサ１５５Ｘ，１５５Ｙからの参照
ビート信号はそれぞれ図１のアライメント信号処理系５
２に供給され、アライメント信号処理系５２ではそれら
のビート信号、及び参照ビート信号より検出対象のＸ軸
及びＹ軸のウエハマークの位置を検出し、この検出結果
を主制御装置２９に供給する。主制御装置２９では、各
ウエハマークの位置に基づいてウエハＷのアライメント
を行う。
【００９７】上述のように本例のアライメントセンサ５
０は、ＦＩＡ系５１Ａ及びＬＩＡ系５１Ｂを備えてい
る。この場合、ＦＩＡ系５１Ａは１００ｎｍ以上の段差
を有するウエハマークの検出を高いＳＮ比で行うことが
でき、且つ、画像処理方式であるため非対称性のあるウ
エハマークや、荒れた表面を持つウエハマークに対して
も高精度に位置検出を行うことができる。これに対して
ＬＩＡ系５１Ｂは、低段差マーク（５０ｎｍ以下）を高
精度に検出することができる。そこで、高段差マークに
対してはＦＩＡ系５１Ａを用い、低段差マークに対して
はＬＩＡ系５１Ｂを用いることによって、あらゆる半導
体デバイスに対応できる。
０は、ＦＩＡ系５１Ａ及びＬＩＡ系５１Ｂを備えてい
る。この場合、ＦＩＡ系５１Ａは１００ｎｍ以上の段差
を有するウエハマークの検出を高いＳＮ比で行うことが
でき、且つ、画像処理方式であるため非対称性のあるウ
エハマークや、荒れた表面を持つウエハマークに対して
も高精度に位置検出を行うことができる。これに対して
ＬＩＡ系５１Ｂは、低段差マーク（５０ｎｍ以下）を高
精度に検出することができる。そこで、高段差マークに
対してはＦＩＡ系５１Ａを用い、低段差マークに対して
はＬＩＡ系５１Ｂを用いることによって、あらゆる半導
体デバイスに対応できる。
【００９８】次に、本例ではウエハＷ上のフォトレジス
トの厚さ（レジスト厚）を従来例よりも薄くする場合が
あるが、フォトレジストが薄くなると、そのフォトレジ
ストに対する積算露光量の目標値はその厚さにほぼ比例
して少なくなる。具体的に従来はレジスト厚を１μｍ程
度以上にしており、レジスト厚のばらつきは０．０１〜
０．０２μｍ（１０〜２０ｎｍ）であるため、従来例で
はレジスト厚がばらついても積算露光量の目標値はほぼ
一定のままで済んでいた。それに対して、本例では上述
のようにレジスト厚を０．２μｍ程度にする場合があ
り、この場合には、レジスト厚のばらつきに応じてその
積算露光量の目標値を補正する必要がある。そのために
は、ウエハＷ上のレジスト厚を実際に計測する必要があ
るため、本例では図１に示すように、投影光学系ＰＬの
側面にレジスト厚測定装置４６が設けられている。この
レジスト厚測定装置４６の構成及び動作につき図１１〜
図１５を参照して説明する。
トの厚さ（レジスト厚）を従来例よりも薄くする場合が
あるが、フォトレジストが薄くなると、そのフォトレジ
ストに対する積算露光量の目標値はその厚さにほぼ比例
して少なくなる。具体的に従来はレジスト厚を１μｍ程
度以上にしており、レジスト厚のばらつきは０．０１〜
０．０２μｍ（１０〜２０ｎｍ）であるため、従来例で
はレジスト厚がばらついても積算露光量の目標値はほぼ
一定のままで済んでいた。それに対して、本例では上述
のようにレジスト厚を０．２μｍ程度にする場合があ
り、この場合には、レジスト厚のばらつきに応じてその
積算露光量の目標値を補正する必要がある。そのために
は、ウエハＷ上のレジスト厚を実際に計測する必要があ
るため、本例では図１に示すように、投影光学系ＰＬの
側面にレジスト厚測定装置４６が設けられている。この
レジスト厚測定装置４６の構成及び動作につき図１１〜
図１５を参照して説明する。
【００９９】先ず、図１１はレジスト厚測定装置４６を
示す構成図であり、このこの図１１において、ランプ等
の光源７６から射出された照明光は、楕円鏡７７で反射
されて波長選択フィルタ板７８に入射し、波長選択フィ
ルタ板７８によってウエハＷ上に塗布されたフォトレジ
ストＰＲに対して非感光性の特定の単一波長の計測光Ｌ
Ｒが選択される。また、波長選択フィルタ板７８を駆動
装置７９を介して回転することによって、その計測光Ｌ
Ｒの波長を複数種類に切り換えることができるようにな
っている。駆動装置７９の動作は、制御系８０を介して
外部の膜厚計測演算装置４７によって制御されている。
示す構成図であり、このこの図１１において、ランプ等
の光源７６から射出された照明光は、楕円鏡７７で反射
されて波長選択フィルタ板７８に入射し、波長選択フィ
ルタ板７８によってウエハＷ上に塗布されたフォトレジ
ストＰＲに対して非感光性の特定の単一波長の計測光Ｌ
Ｒが選択される。また、波長選択フィルタ板７８を駆動
装置７９を介して回転することによって、その計測光Ｌ
Ｒの波長を複数種類に切り換えることができるようにな
っている。駆動装置７９の動作は、制御系８０を介して
外部の膜厚計測演算装置４７によって制御されている。
【０１００】波長選択フィルタ板７８を通過した計測光
ＬＲは、レンズ８１で平行光束に変換されてハーフプリ
ズム８２に入射し、ハーフプリズム８２で反射された計
測光ＬＲが対物レンズ８３を介してウエハＷ上の厚さｄ
のフォトレジストＰＲ内にスポット像を形成する。一定
の開口数の対物レンズ８３によって照射された計測光Ｌ
Ｒは、フォトレジストＰＲの表面とウエハＷの表面とで
反射することとなり、その戻り光ＬＲ’は、対物レンズ
８３及びハーフプリズム８２を経て２次元ＣＣＤよりな
る撮像素子８４の撮像面８４ａに入射する。撮像素子８
４の撮像面８４ａは、対物レンズ８３に関してウエハＷ
の表面の光学的フーリエ変換面（瞳面）となっており、
その撮像面８４ａに戻り光ＬＲ’による干渉縞が形成さ
れる。撮像素子８４の撮像信号は膜厚計測演算装置４７
に供給され、膜厚計測演算装置４７ではその撮像信号を
処理して得られる干渉縞の情報よりフォトレジストＰＲ
の厚さｄを算出し、算出結果を図１の主制御装置２９に
供給する。
ＬＲは、レンズ８１で平行光束に変換されてハーフプリ
ズム８２に入射し、ハーフプリズム８２で反射された計
測光ＬＲが対物レンズ８３を介してウエハＷ上の厚さｄ
のフォトレジストＰＲ内にスポット像を形成する。一定
の開口数の対物レンズ８３によって照射された計測光Ｌ
Ｒは、フォトレジストＰＲの表面とウエハＷの表面とで
反射することとなり、その戻り光ＬＲ’は、対物レンズ
８３及びハーフプリズム８２を経て２次元ＣＣＤよりな
る撮像素子８４の撮像面８４ａに入射する。撮像素子８
４の撮像面８４ａは、対物レンズ８３に関してウエハＷ
の表面の光学的フーリエ変換面（瞳面）となっており、
その撮像面８４ａに戻り光ＬＲ’による干渉縞が形成さ
れる。撮像素子８４の撮像信号は膜厚計測演算装置４７
に供給され、膜厚計測演算装置４７ではその撮像信号を
処理して得られる干渉縞の情報よりフォトレジストＰＲ
の厚さｄを算出し、算出結果を図１の主制御装置２９に
供給する。
【０１０１】図１２は、そのフォトレジストＰＲの厚さ
ｄの測定原理の説明図であり、この図１２において、
（ａ）はウエハＷ及びフォトレジストＰＲの各表面での
計測光ＬＲ１，ＬＲ２の反射を示し、（ｂ）はそれらの
計測光に対応する戻り光ＬＲ１’，ＬＲ２’の撮像面８
４ａへの入射状態を示している。この場合、図１１の計
測光ＬＲは所定の開口数を有する光束であり、この光束
中で図１２（ａ）の計測光ＬＲ１はウエハＷの表面に垂
直に入射する計測光を示し、計測光ＬＲ２はその表面に
入射角θで入射する計測光を示している。また、ウエハ
Ｗ又はフォトレジストＰＲで反射されて同一方向に向か
う戻り光ＬＲ２’は、図１２（ａ）で示すように、対物
レンズ８３によって撮像面８４ａ上で、光軸を中心とす
る所定の円周上に集光される。
ｄの測定原理の説明図であり、この図１２において、
（ａ）はウエハＷ及びフォトレジストＰＲの各表面での
計測光ＬＲ１，ＬＲ２の反射を示し、（ｂ）はそれらの
計測光に対応する戻り光ＬＲ１’，ＬＲ２’の撮像面８
４ａへの入射状態を示している。この場合、図１１の計
測光ＬＲは所定の開口数を有する光束であり、この光束
中で図１２（ａ）の計測光ＬＲ１はウエハＷの表面に垂
直に入射する計測光を示し、計測光ＬＲ２はその表面に
入射角θで入射する計測光を示している。また、ウエハ
Ｗ又はフォトレジストＰＲで反射されて同一方向に向か
う戻り光ＬＲ２’は、図１２（ａ）で示すように、対物
レンズ８３によって撮像面８４ａ上で、光軸を中心とす
る所定の円周上に集光される。
【０１０２】図１２（ａ）において、フォトレジストＰ
Ｒの屈折率をｎとすると、計測光ＬＲ２のフォトレジス
トでの屈折角θ’は、次のようになる。 sin θ’＝sin θ／ｎ （１９） また、計測光ＬＲ２がフォトレジストＰＲの表面Ａ’で
直接反射される場合と、フォトレジストＰＲの表面Ａ、
ウエハＷの表面Ｂ、及びフォトレジストＰＲの表面Ａ’
を結ぶ光路を通って反射される場合との光路差Δは、次
のようになる。なお、例えば表面Ａと表面Ｂとの間の光
路の長さをＡＢで表しており、表面Ａ’に向かう計測光
ＬＲ２に表面Ａから引いた垂線とその計測光ＬＲ２との
交点をＰとしている。
Ｒの屈折率をｎとすると、計測光ＬＲ２のフォトレジス
トでの屈折角θ’は、次のようになる。 sin θ’＝sin θ／ｎ （１９） また、計測光ＬＲ２がフォトレジストＰＲの表面Ａ’で
直接反射される場合と、フォトレジストＰＲの表面Ａ、
ウエハＷの表面Ｂ、及びフォトレジストＰＲの表面Ａ’
を結ぶ光路を通って反射される場合との光路差Δは、次
のようになる。なお、例えば表面Ａと表面Ｂとの間の光
路の長さをＡＢで表しており、表面Ａ’に向かう計測光
ＬＲ２に表面Ａから引いた垂線とその計測光ＬＲ２との
交点をＰとしている。
【０１０３】 Δ＝ｎ（ＡＢ＋ＢＡ’）−Ａ’Ｐ ＝２ｎｄ／cos θ’−２ｄtan θ’sin θ ＝２ｎｄ／cos θ’−２ｎｄtan θ’sin θ’ ＝２ｎｄcos θ （２０） 更に、空気の屈折率よりフォトレジストＰＲの屈折率ｎ
の方が大きいので、フォトレジストＰＲの表面Ａでの反
射時の位相変化πを考慮すると、表面Ａ’で直接反射さ
れる計測光ＬＲ２と、表面Ａ、表面Ｂ、及び表面Ａ’を
結ぶ光路を通って反射される計測光ＬＲ２との位相差δ
は次のようになる。なお、計測光ＬＲの波長をλLRとし
ている。
の方が大きいので、フォトレジストＰＲの表面Ａでの反
射時の位相変化πを考慮すると、表面Ａ’で直接反射さ
れる計測光ＬＲ２と、表面Ａ、表面Ｂ、及び表面Ａ’を
結ぶ光路を通って反射される計測光ＬＲ２との位相差δ
は次のようになる。なお、計測光ＬＲの波長をλLRとし
ている。
【０１０４】 δ＝（２π／λLR）Δ＋π （２１） これに（２０）式を代入すると次のようになる。 δ＝（２π／λLR）２ｎｄcos θ’＋π （２２） その位相差δが計測光ＬＲ２に対応する戻り光（干渉
光）ＬＲ２’の明暗を決定する。即ち、１以上の整数Ｎ
を用いて位相差δが（２Ｎ＋１）πであるときに、その
戻り光ＬＲ２’は暗い干渉縞となる。即ち、Ｎ番目の暗
い干渉縞では、計測光ＬＲ２の屈折角θ’について次式
が成立する。
光）ＬＲ２’の明暗を決定する。即ち、１以上の整数Ｎ
を用いて位相差δが（２Ｎ＋１）πであるときに、その
戻り光ＬＲ２’は暗い干渉縞となる。即ち、Ｎ番目の暗
い干渉縞では、計測光ＬＲ２の屈折角θ’について次式
が成立する。
【０１０５】 （２Ｎ＋１）π＝（２π／λLR）２ｎｄcos θ’＋π （２３） これに（１９）式を代入すると、次のようになる。 θ2 ＝（ｎ／２ｄ）（４ｎｄ−２ＮλLR） （２４） ここで、撮像素子８４の撮像面８４ａでのそのＮ番目の
暗い干渉縞の中心での光軸からの半径をｒN とし、対物
レンズ８３の焦点距離をｆとすると、θ＝ｒN／ｆであ
るため、（２４）式は次のようになる。
暗い干渉縞の中心での光軸からの半径をｒN とし、対物
レンズ８３の焦点距離をｆとすると、θ＝ｒN／ｆであ
るため、（２４）式は次のようになる。
【０１０６】 ｒN 2＝（ｎｆ2 ／ｄ）（２ｎｄ−ＮλLR） （２５） この式を変形すると、次のようにＮ番目の暗い干渉縞の
半径ｒN に基づいてフォトレジストの厚さｄが求められ
る。 ｒN 2ｄ＝２ｎ2 ｆ2 ｄ−ＮλLR， ｄ＝（−ｎｆ2 ＮλLR）／（ｒN 2−２ｎ2 ｆ2 ） （２６） 図１３（ｂ）は、ウエハＷ及びフォトレジストＰＲから
の戻り光による撮像素子８４の撮像面８４ａでの干渉縞
の様子を示し、この図１３（ｂ）において、撮像面８４
ａ上には同心円状に暗い干渉縞８５が形成されている。
本例では、その撮像面８４ａ上で光軸を中心とする長方
形の検出領域８４ｂを設定し、この検出領域８４ｂ内の
像強度に対応する撮像信号を順次短辺方向に加算する。
この場合、撮像面８４ａ上で光軸を通り検出領域８４ｂ
の長手方向に平行な直線に沿った軸をｙ軸として、この
ｙ軸の原点を光軸上として、そのように加算された撮像
信号ＳＴをｙ軸の関数として表す。
半径ｒN に基づいてフォトレジストの厚さｄが求められ
る。 ｒN 2ｄ＝２ｎ2 ｆ2 ｄ−ＮλLR， ｄ＝（−ｎｆ2 ＮλLR）／（ｒN 2−２ｎ2 ｆ2 ） （２６） 図１３（ｂ）は、ウエハＷ及びフォトレジストＰＲから
の戻り光による撮像素子８４の撮像面８４ａでの干渉縞
の様子を示し、この図１３（ｂ）において、撮像面８４
ａ上には同心円状に暗い干渉縞８５が形成されている。
本例では、その撮像面８４ａ上で光軸を中心とする長方
形の検出領域８４ｂを設定し、この検出領域８４ｂ内の
像強度に対応する撮像信号を順次短辺方向に加算する。
この場合、撮像面８４ａ上で光軸を通り検出領域８４ｂ
の長手方向に平行な直線に沿った軸をｙ軸として、この
ｙ軸の原点を光軸上として、そのように加算された撮像
信号ＳＴをｙ軸の関数として表す。
【０１０７】図１３（ａ）はそのように加算された撮像
信号ＳＴを示し、この図１３（ａ）において、撮像信号
ＳＴが落ち込んでいるｙ軸上の位置ｙ0 ，ｙ1 ，ｙ1'，
ｙ2，ｙ2'，…が上述の暗い干渉縞の位置に対応する。
そこで、この暗い干渉縞の位置より１番目、２番目、
…、Ｎ’番目（Ｎ’は検出領域８４ｂで観察される最も
遠い干渉縞の順序を示す）までの暗い干渉縞の半径ｒ1,
ｒ2,…，ｒN’を算出し、これらの半径を（２６）式に
代入して、それぞれフォトレジストの厚さｄ1,ｄ 2,…，
ｄN'を算出し、最後にこれらＮ’個の厚さの平均値を最
終的な厚さｄとする。これによって平均化効果が得ら
れ、フォトレジストＰＲの厚さｄを高精度に求めること
ができる。
信号ＳＴを示し、この図１３（ａ）において、撮像信号
ＳＴが落ち込んでいるｙ軸上の位置ｙ0 ，ｙ1 ，ｙ1'，
ｙ2，ｙ2'，…が上述の暗い干渉縞の位置に対応する。
そこで、この暗い干渉縞の位置より１番目、２番目、
…、Ｎ’番目（Ｎ’は検出領域８４ｂで観察される最も
遠い干渉縞の順序を示す）までの暗い干渉縞の半径ｒ1,
ｒ2,…，ｒN’を算出し、これらの半径を（２６）式に
代入して、それぞれフォトレジストの厚さｄ1,ｄ 2,…，
ｄN'を算出し、最後にこれらＮ’個の厚さの平均値を最
終的な厚さｄとする。これによって平均化効果が得ら
れ、フォトレジストＰＲの厚さｄを高精度に求めること
ができる。
【０１０８】図１１に戻り、本例では、計測対象となる
フォトレジストＰＲが薄いため、計測光ＬＲとしてはフ
ォトレジストＰＲが感光しない短い波長の光を選ぶこと
が必要となる。本例のように波長２４８ｎｍのＫｒＦエ
キシマレーザ光を露光用の照明光ＩＬとした場合は、計
測光ＬＲとして例えば水銀ランプからの波長３６５ｎｍ
のｉ線等を使用することが考えられる。但し、計測光Ｌ
Ｒとして、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３３ｎｍ）等を
使用してもよい。また、対物レンズ８３の開口数も大き
く取る必要がある。更に、本例では暗い干渉縞を検出し
ているが、フォトレジストＰＲが厚いときには、明るい
干渉縞を検出する必要のある場合もある。
フォトレジストＰＲが薄いため、計測光ＬＲとしてはフ
ォトレジストＰＲが感光しない短い波長の光を選ぶこと
が必要となる。本例のように波長２４８ｎｍのＫｒＦエ
キシマレーザ光を露光用の照明光ＩＬとした場合は、計
測光ＬＲとして例えば水銀ランプからの波長３６５ｎｍ
のｉ線等を使用することが考えられる。但し、計測光Ｌ
Ｒとして、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３３ｎｍ）等を
使用してもよい。また、対物レンズ８３の開口数も大き
く取る必要がある。更に、本例では暗い干渉縞を検出し
ているが、フォトレジストＰＲが厚いときには、明るい
干渉縞を検出する必要のある場合もある。
【０１０９】次に、本例のレジスト厚測定装置４６を使
用してウエハ上のレジスト厚を計測して露光量を制御す
る動作の一例につき説明する。ウエハ上でのフォトレジ
ストの厚さむら（塗りむら）は、フォトレジストの管理
状況によって異なるものであり、以下のように場合分け
して説明する。先ず、図１４は１枚のウエハＷ上でフォ
トレジストＰＲの厚さむら（塗りむら）がある場合を示
し、特にフォトレジストＰＲが薄い場合には、この図１
４に示すようにフォトレジストＰＲの厚さの平均値に対
する厚さむらの割合が大きくなって、積算露光量の目標
値を部分的に変更することも必要となる。そこで、この
ように１枚のウエハＷ上でフォトレジストが薄く塗布さ
れ、且つ緩い厚さむらが存在するようなときには、その
レジスト厚測定装置４６を使用してウエハＷ上の各ショ
ット領域でのレジスト厚を計測する必要がある。
用してウエハ上のレジスト厚を計測して露光量を制御す
る動作の一例につき説明する。ウエハ上でのフォトレジ
ストの厚さむら（塗りむら）は、フォトレジストの管理
状況によって異なるものであり、以下のように場合分け
して説明する。先ず、図１４は１枚のウエハＷ上でフォ
トレジストＰＲの厚さむら（塗りむら）がある場合を示
し、特にフォトレジストＰＲが薄い場合には、この図１
４に示すようにフォトレジストＰＲの厚さの平均値に対
する厚さむらの割合が大きくなって、積算露光量の目標
値を部分的に変更することも必要となる。そこで、この
ように１枚のウエハＷ上でフォトレジストが薄く塗布さ
れ、且つ緩い厚さむらが存在するようなときには、その
レジスト厚測定装置４６を使用してウエハＷ上の各ショ
ット領域でのレジスト厚を計測する必要がある。
【０１１０】具体的に、例えば図１５（ｂ）に示すよう
に、露光対象のショット領域ＳＡの中央の計測点ＡＦ２
での焦点位置を図１の焦点位置検出系４８を用いて計測
する際に、レジスト厚測定装置４６を用いて、その計測
点ＡＦ２の近傍の膜厚計測点ＲＤ２でのレジスト厚を計
測して主制御装置２９に供給すればよい。この場合、図
１の主制御装置２９では、予め基準となるレジスト厚ｄ
0 での積算露光量の目標値Ｅ0 を求めておき、ｉ番目の
ショット領域で計測されたレジスト厚ｄi の基準値ｄ0
からの差分をΔｄi とすると、ｉ番目のショット領域に
対する積算露光量の目標値Ｅi を、次式より求めること
ができる。
に、露光対象のショット領域ＳＡの中央の計測点ＡＦ２
での焦点位置を図１の焦点位置検出系４８を用いて計測
する際に、レジスト厚測定装置４６を用いて、その計測
点ＡＦ２の近傍の膜厚計測点ＲＤ２でのレジスト厚を計
測して主制御装置２９に供給すればよい。この場合、図
１の主制御装置２９では、予め基準となるレジスト厚ｄ
0 での積算露光量の目標値Ｅ0 を求めておき、ｉ番目の
ショット領域で計測されたレジスト厚ｄi の基準値ｄ0
からの差分をΔｄi とすると、ｉ番目のショット領域に
対する積算露光量の目標値Ｅi を、次式より求めること
ができる。
【０１１１】 Ｅi ＝Ｅ0 ＋Ｅ0(Δｄi/ｄ0) （２７） この積算露光量の目標値Ｅi は露光量制御系３１に供給
され、露光量制御系３１ではその目標値Ｅi に応じて減
光ユニット２での減光率等を制御する。次に、例えば製
造ロット間でレジスト厚の差がある場合、製造ロットの
先頭のウエハ上の複数点でレジスト厚を計測し、この計
測結果を平均化することによって、そのロットのウエハ
の平均的なレジスト厚ｄを求める。次に、そのように求
めたレジスト厚ｄと基準レジスト厚との差に応じて、そ
のロットのウエハに対する積算露光量の目標値を定めれ
ばよい。
され、露光量制御系３１ではその目標値Ｅi に応じて減
光ユニット２での減光率等を制御する。次に、例えば製
造ロット間でレジスト厚の差がある場合、製造ロットの
先頭のウエハ上の複数点でレジスト厚を計測し、この計
測結果を平均化することによって、そのロットのウエハ
の平均的なレジスト厚ｄを求める。次に、そのように求
めたレジスト厚ｄと基準レジスト厚との差に応じて、そ
のロットのウエハに対する積算露光量の目標値を定めれ
ばよい。
【０１１２】また、同一ロット内のウエハ間でレジスト
厚の差がある場合は、例えば各ウエハ毎にそれぞれウエ
ハの大まかな位置合わせを行うためのサーチアライメン
ト時にレジスト厚の計測を行えばよい。また、そのサー
チアライメント時には図１の焦点位置検出系４８を用い
てウエハの所定の計測点での焦点位置を計測し、オート
フォーカス方式でその計測点での焦点位置を結像面に合
わせるようにしている。
厚の差がある場合は、例えば各ウエハ毎にそれぞれウエ
ハの大まかな位置合わせを行うためのサーチアライメン
ト時にレジスト厚の計測を行えばよい。また、そのサー
チアライメント時には図１の焦点位置検出系４８を用い
てウエハの所定の計測点での焦点位置を計測し、オート
フォーカス方式でその計測点での焦点位置を結像面に合
わせるようにしている。
【０１１３】図１５（ａ）は、そのようにサーチアライ
メントを行うときのレジスト厚の計測点の一例を示し、
図１５（ａ）において、ウエハＷの中央にオートフォー
カス用の焦点位置の計測点ＡＦ１が設定され、ウエハＷ
の表面の２箇所にサーチアライメント用の計測点ＡＬＧ
１及びＡＬＧ２が設定され、これらの計測点ＡＬＧ１及
びＡＬＧ２にサーチアライメント用のマークが形成され
ている。例えば図１のＦＩＡ系５１Ａを介してそれらの
サーチアライメント用のマークの位置検出を行うことが
できる。更に、ウエハＷの中心を囲む３箇所の膜厚計測
点ＲＤ１〜ＲＤ３において、レジスト厚測定装置４６を
用いてレジスト厚を計測し、この計測値の平均値をこの
ウエハＷのレジスト厚として、このレジスト厚に基づい
て露光量を制御する。
メントを行うときのレジスト厚の計測点の一例を示し、
図１５（ａ）において、ウエハＷの中央にオートフォー
カス用の焦点位置の計測点ＡＦ１が設定され、ウエハＷ
の表面の２箇所にサーチアライメント用の計測点ＡＬＧ
１及びＡＬＧ２が設定され、これらの計測点ＡＬＧ１及
びＡＬＧ２にサーチアライメント用のマークが形成され
ている。例えば図１のＦＩＡ系５１Ａを介してそれらの
サーチアライメント用のマークの位置検出を行うことが
できる。更に、ウエハＷの中心を囲む３箇所の膜厚計測
点ＲＤ１〜ＲＤ３において、レジスト厚測定装置４６を
用いてレジスト厚を計測し、この計測値の平均値をこの
ウエハＷのレジスト厚として、このレジスト厚に基づい
て露光量を制御する。
【０１１４】なお、レジスト厚のばらつきが大きい場合
には、ウエハ上の１つのショット領域内でもレジスト厚
に応じて露光量を制御することが望ましい。一括露光方
式では１つのショット領域内で部分的に露光量を制御す
るのは困難であるが、本例のような走査露光方式では１
つのショット領域内でのレジスト厚の分布を先読みする
ことによって、露光量を補正しながら露光を行うことが
可能となる。そのためには、図１において、レジスト厚
測定装置４６と同一のレジスト厚測定装置を複数個（例
えば３個）備えて、各ショット領域内の複数列の計測点
でレジスト厚を先読みすればよい。
には、ウエハ上の１つのショット領域内でもレジスト厚
に応じて露光量を制御することが望ましい。一括露光方
式では１つのショット領域内で部分的に露光量を制御す
るのは困難であるが、本例のような走査露光方式では１
つのショット領域内でのレジスト厚の分布を先読みする
ことによって、露光量を補正しながら露光を行うことが
可能となる。そのためには、図１において、レジスト厚
測定装置４６と同一のレジスト厚測定装置を複数個（例
えば３個）備えて、各ショット領域内の複数列の計測点
でレジスト厚を先読みすればよい。
【０１１５】図１５（ｃ）は、そのように走査露光時に
レジスト厚を先読みする場合の膜厚計測点の一例を示
し、この図１５（ｃ）において、走査露光時にはスリッ
ト状の露光領域３３に対してウエハ上のショット領域Ｓ
Ａが例えば＋Ｙ方向に走査される。そして、露光領域３
３の中央の計測点ＡＦ３を含む複数の計測点で図１の焦
点位置検出系４８によって焦点位置が計測されると共
に、その露光領域３３に先行する３箇所の膜厚計測点Ｒ
Ｄ５，ＲＤ６，ＲＤ７において、それぞれ図１のレジス
ト厚測定装置４６と同様のレジスト厚測定装置によって
所定のサンプリング周期でレジスト厚が計測される。こ
の場合、一例として３箇所の膜厚計測点ＲＤ５〜ＲＤ７
で計測されたレジスト厚の平均値を当該ショット領域Ｓ
ＡのＹ方向の位置に関する関数として求め、ショット領
域ＳＡがＹ方向に移動するのに応じて位置Ｙでのレジス
ト厚に応じて図１の露光量制御系３１で露光量を制御す
る。
レジスト厚を先読みする場合の膜厚計測点の一例を示
し、この図１５（ｃ）において、走査露光時にはスリッ
ト状の露光領域３３に対してウエハ上のショット領域Ｓ
Ａが例えば＋Ｙ方向に走査される。そして、露光領域３
３の中央の計測点ＡＦ３を含む複数の計測点で図１の焦
点位置検出系４８によって焦点位置が計測されると共
に、その露光領域３３に先行する３箇所の膜厚計測点Ｒ
Ｄ５，ＲＤ６，ＲＤ７において、それぞれ図１のレジス
ト厚測定装置４６と同様のレジスト厚測定装置によって
所定のサンプリング周期でレジスト厚が計測される。こ
の場合、一例として３箇所の膜厚計測点ＲＤ５〜ＲＤ７
で計測されたレジスト厚の平均値を当該ショット領域Ｓ
ＡのＹ方向の位置に関する関数として求め、ショット領
域ＳＡがＹ方向に移動するのに応じて位置Ｙでのレジス
ト厚に応じて図１の露光量制御系３１で露光量を制御す
る。
【０１１６】また、そのショット領域ＳＡ内でのレジス
ト厚のばらつきにより正確に対処するため、そのショッ
ト領域ＳＡのＹ方向の位置に応じて露光量を制御するの
に加えて、３箇所の膜厚計測点ＲＤ５〜ＲＤ７でのレジ
スト厚の分布より、図１のレチクルＲに照射される照明
光ＩＬの非走査方向（Ｘ方向）への照度分布をも制御し
てもよい。即ち、３箇所の膜厚計測点ＲＤ５，ＲＤ６，
ＲＤ７の内で、例えば端部の膜厚計測点ＲＤ５でのレジ
スト厚がそれ以外の計測点に比べて厚い（必要露光量が
大きい）場合には、その膜厚計測点ＲＤ５の周辺での照
明光の照度を大きくすることが望ましい。このように照
明光ＩＬの非走査方向での照度分布を或る程度制御する
場合に、図１の照度分布補正板９が使用される。この照
度分布補正板９は、レチクルＲのパターン形成面に対す
る瞳面の近傍に配置されているため、照度分布補正板９
の段階で照明光の非走査方向への傾斜角に応じた照度分
布を制御することによって、レチクルＲ上（ひいてはウ
エハＷ上）での非走査方向での照度分布を制御できる。
ト厚のばらつきにより正確に対処するため、そのショッ
ト領域ＳＡのＹ方向の位置に応じて露光量を制御するの
に加えて、３箇所の膜厚計測点ＲＤ５〜ＲＤ７でのレジ
スト厚の分布より、図１のレチクルＲに照射される照明
光ＩＬの非走査方向（Ｘ方向）への照度分布をも制御し
てもよい。即ち、３箇所の膜厚計測点ＲＤ５，ＲＤ６，
ＲＤ７の内で、例えば端部の膜厚計測点ＲＤ５でのレジ
スト厚がそれ以外の計測点に比べて厚い（必要露光量が
大きい）場合には、その膜厚計測点ＲＤ５の周辺での照
明光の照度を大きくすることが望ましい。このように照
明光ＩＬの非走査方向での照度分布を或る程度制御する
場合に、図１の照度分布補正板９が使用される。この照
度分布補正板９は、レチクルＲのパターン形成面に対す
る瞳面の近傍に配置されているため、照度分布補正板９
の段階で照明光の非走査方向への傾斜角に応じた照度分
布を制御することによって、レチクルＲ上（ひいてはウ
エハＷ上）での非走査方向での照度分布を制御できる。
【０１１７】図１６（ａ）は、図１のフライアイレンズ
７（又はインプット光学系５Ｂ）から射出された照明光
の光路中に置かれた照度分布補正板９を示し、この図１
６（ａ）の紙面に沿った上下方向（ｘ方向）がウエハの
非走査方向（Ｘ方向）に対応する方向であるとして、平
行平板ガラスよりなる照度分布補正板９は、図１６
（ａ）の紙面に垂直な軸の周りに回転自在に支持されて
いる。そして、不図示の回転装置を介して、その軸の周
りの回転角Φ（ｘ方向に平行な場合を０とする）が図１
の照明系制御系３２によって制御できるように構成され
ている。
７（又はインプット光学系５Ｂ）から射出された照明光
の光路中に置かれた照度分布補正板９を示し、この図１
６（ａ）の紙面に沿った上下方向（ｘ方向）がウエハの
非走査方向（Ｘ方向）に対応する方向であるとして、平
行平板ガラスよりなる照度分布補正板９は、図１６
（ａ）の紙面に垂直な軸の周りに回転自在に支持されて
いる。そして、不図示の回転装置を介して、その軸の周
りの回転角Φ（ｘ方向に平行な場合を０とする）が図１
の照明系制御系３２によって制御できるように構成され
ている。
【０１１８】図１６（ａ）において、照明光学系の光軸
に沿った照明光ＩＬ0 に対して、ｘ方向にそれぞれ角度
φ0 及びφ1(φ1 ＞φ0)だけ傾斜した照明光ＩＬ1 及び
ＩＬ 2 を想定する。また、角度φ1 が回転角Φに等し
い、即ち照明光ＩＬ2 は照度分布補正板９に対して垂直
に入射しているものとする。一般に平行平板ガラスで
は、入射角が大きくなると透過率が小さくなるため、照
明光ＩＬ0 〜ＩＬ2 等に対する照度分布補正板９による
透過率は変化する。
に沿った照明光ＩＬ0 に対して、ｘ方向にそれぞれ角度
φ0 及びφ1(φ1 ＞φ0)だけ傾斜した照明光ＩＬ1 及び
ＩＬ 2 を想定する。また、角度φ1 が回転角Φに等し
い、即ち照明光ＩＬ2 は照度分布補正板９に対して垂直
に入射しているものとする。一般に平行平板ガラスで
は、入射角が大きくなると透過率が小さくなるため、照
明光ＩＬ0 〜ＩＬ2 等に対する照度分布補正板９による
透過率は変化する。
【０１１９】図１６（ｂ）は、照度分布補正板９による
照明光に対する透過率を示し、この図１６（ｂ）におい
て、横軸は照度分布補正板９に入射する照明光の光軸に
対する非走査方向（ｘ方向）への傾斜角φを表し、縦軸
はその傾斜角φの照明光に対する透過率Ｔ（％）を表し
ている。図１６（ｂ）において、傾斜角φが０，φ0，
φ1 である照明光が、それぞれ図１６（ａ）の照明光Ｉ
Ｌ0 ，ＩＬ1 ，ＩＬ2に対応する。この場合、照明光Ｉ
Ｌ2 は照度分布補正板９に対して垂直に入射しているた
め、照明光ＩＬ2 に対する透過率Ｔが最も高くなり、照
度分布補正板９を透過した後の照明光ＩＬ2 の照度が最
も大きくなる。従って、非走査方向において照明光の照
度を最も大きくしたい方向の傾斜角度分だけ照度分布補
正板９を回転することによって、その方向に対する照明
光の照度を最大にできる。
照明光に対する透過率を示し、この図１６（ｂ）におい
て、横軸は照度分布補正板９に入射する照明光の光軸に
対する非走査方向（ｘ方向）への傾斜角φを表し、縦軸
はその傾斜角φの照明光に対する透過率Ｔ（％）を表し
ている。図１６（ｂ）において、傾斜角φが０，φ0，
φ1 である照明光が、それぞれ図１６（ａ）の照明光Ｉ
Ｌ0 ，ＩＬ1 ，ＩＬ2に対応する。この場合、照明光Ｉ
Ｌ2 は照度分布補正板９に対して垂直に入射しているた
め、照明光ＩＬ2 に対する透過率Ｔが最も高くなり、照
度分布補正板９を透過した後の照明光ＩＬ2 の照度が最
も大きくなる。従って、非走査方向において照明光の照
度を最も大きくしたい方向の傾斜角度分だけ照度分布補
正板９を回転することによって、その方向に対する照明
光の照度を最大にできる。
【０１２０】なお、ウエハは露光領域に対してＹ方向に
走査されるため、走査方向（Ｙ方向）への照明光の照度
分布のばらつきはあまり問題とはならない。しかしなが
ら、必要に応じてその照度分布補正板９をＹ方向に対応
する方向にも傾斜させて、ウエハ上の走査方向での照度
分布を制御してもよい。上述のように本例では、実際に
ウエハ上のフォトレジストの厚さ、又はその分布を計測
し、その厚さに応じてウエハに対する露光量を制御して
いるため、フォトレジストを薄く塗布した場合であって
も、常にそのフォトレジストに対して適正な積算露光量
を与えることができる。また、ウエハ上のレジスト厚の
計測は、サーチアライメント計測時、オートフォーカス
計測時、又は走査露光時に行っており、特別にレジスト
厚の計測のみを行うための時間は設けていないため、レ
ジスト厚の計測に伴う露光工程のスループット（生産
性）の低下は生じない。
走査されるため、走査方向（Ｙ方向）への照明光の照度
分布のばらつきはあまり問題とはならない。しかしなが
ら、必要に応じてその照度分布補正板９をＹ方向に対応
する方向にも傾斜させて、ウエハ上の走査方向での照度
分布を制御してもよい。上述のように本例では、実際に
ウエハ上のフォトレジストの厚さ、又はその分布を計測
し、その厚さに応じてウエハに対する露光量を制御して
いるため、フォトレジストを薄く塗布した場合であって
も、常にそのフォトレジストに対して適正な積算露光量
を与えることができる。また、ウエハ上のレジスト厚の
計測は、サーチアライメント計測時、オートフォーカス
計測時、又は走査露光時に行っており、特別にレジスト
厚の計測のみを行うための時間は設けていないため、レ
ジスト厚の計測に伴う露光工程のスループット（生産
性）の低下は生じない。
【０１２１】なお、上述の例ではレジスト厚を計測する
レジスト厚測定装置４６を投影露光装置内に配置してい
るが、例えばウエハがレジストコータからその投影露光
装置に搬送されて来る経路の途中に配置したレジスト厚
測定装置によってウエハ上のレジスト厚を計測し、その
データをオンライン又は手入力でデータファイルとして
投影露光装置内の主制御装置２９に記憶し、その情報に
基づいて積算露光量を制御することも可能である。
レジスト厚測定装置４６を投影露光装置内に配置してい
るが、例えばウエハがレジストコータからその投影露光
装置に搬送されて来る経路の途中に配置したレジスト厚
測定装置によってウエハ上のレジスト厚を計測し、その
データをオンライン又は手入力でデータファイルとして
投影露光装置内の主制御装置２９に記憶し、その情報に
基づいて積算露光量を制御することも可能である。
【０１２２】また、上述の実施の形態では露光用の照明
光の照度（積算露光量）は減光ユニット２を用いて光学
的に補正しているが、ウエハ上の各点に対する露光パル
ス数、又は露光用光源としてのＫｒＦエキシマレーザ光
源１のパルスエネルギーを変化させて補正してもよい。
それ以外に、固定視野絞り１８又は可動視野絞り２０を
駆動することによって、レチクルＲ上のスリット状の照
明領域３３の走査方向の幅を制御することによって、積
算露光量を制御してもよい。更に走査速度を微調するこ
とでも同様に積算露光量を制御できる。
光の照度（積算露光量）は減光ユニット２を用いて光学
的に補正しているが、ウエハ上の各点に対する露光パル
ス数、又は露光用光源としてのＫｒＦエキシマレーザ光
源１のパルスエネルギーを変化させて補正してもよい。
それ以外に、固定視野絞り１８又は可動視野絞り２０を
駆動することによって、レチクルＲ上のスリット状の照
明領域３３の走査方向の幅を制御することによって、積
算露光量を制御してもよい。更に走査速度を微調するこ
とでも同様に積算露光量を制御できる。
【０１２３】更に、本発明はステップ・アンド・スキャ
ン方式の投影露光装置で露光を行う場合に限らず、ステ
ッパーのような一括露光方式で露光を行う場合にも適用
できるのは言うまでもない。即ち、一括露光方式であっ
ても、レジスト厚を薄くすることによって投影光学系の
開口数を大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たせるようになって、解像度を向上できると共に、
そのレジスト厚を計測することで適正な積算露光量が得
られる。
ン方式の投影露光装置で露光を行う場合に限らず、ステ
ッパーのような一括露光方式で露光を行う場合にも適用
できるのは言うまでもない。即ち、一括露光方式であっ
ても、レジスト厚を薄くすることによって投影光学系の
開口数を大きくしても焦点深度のマージンに関する条件
が満たせるようになって、解像度を向上できると共に、
そのレジスト厚を計測することで適正な積算露光量が得
られる。
【０１２４】このように本発明は上述の実施の形態に限
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。
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。
【０１２５】
【発明の効果】本発明の第１の露光方法によれば、基板
上に塗布された感光材料の厚さに応じて積算露光量を制
御しているため、その感光材料を薄くした場合に基板
内、基板間、又はロット間等でその感光材料の厚さにば
らつきが存在しても、計測された厚さに基づいてその感
光材料に適正な積算露光量を与えることができる。ま
た、投影光学系が使用されている場合に、感光材料を薄
くした場合には、投影光学系の開口数を大きくしても焦
点深度のマージンに関する条件が満たされるようにな
る。従って、投影光学系の開口数を大きくして、感光材
料を薄くすることによって、露光用の照明光を短波長化
することなく、転写するパターンの解像度を高めること
ができる利点がある。しかも、感光材料を薄くした際
に、その厚さがばらついても、本発明によって適正な積
算露光量を与えることができる。
上に塗布された感光材料の厚さに応じて積算露光量を制
御しているため、その感光材料を薄くした場合に基板
内、基板間、又はロット間等でその感光材料の厚さにば
らつきが存在しても、計測された厚さに基づいてその感
光材料に適正な積算露光量を与えることができる。ま
た、投影光学系が使用されている場合に、感光材料を薄
くした場合には、投影光学系の開口数を大きくしても焦
点深度のマージンに関する条件が満たされるようにな
る。従って、投影光学系の開口数を大きくして、感光材
料を薄くすることによって、露光用の照明光を短波長化
することなく、転写するパターンの解像度を高めること
ができる利点がある。しかも、感光材料を薄くした際
に、その厚さがばらついても、本発明によって適正な積
算露光量を与えることができる。
【０１２６】また、マスクに対応させて所定の基準とな
る厚さでのその感光材料に対する適正積算露光量を予め
記憶しておき、その感光材料の厚さのその所定の基準と
なる厚さからの差分を求め、この差分に基づいて露光用
照明光の積算露光量を設定する場合には、その感光材料
の厚さにばらつきがあっても容易に適正な積算露光量を
算出できる利点がある。
る厚さでのその感光材料に対する適正積算露光量を予め
記憶しておき、その感光材料の厚さのその所定の基準と
なる厚さからの差分を求め、この差分に基づいて露光用
照明光の積算露光量を設定する場合には、その感光材料
の厚さにばらつきがあっても容易に適正な積算露光量を
算出できる利点がある。
【０１２７】また、マスク上の転写用パターンが投影光
学系を介して基板上に投影露光される場合に、その基板
上に塗布された感光材料の厚さを０．５μｍ以下とし
て、投影光学系の開口数を０．６８以上とした場合に
は、露光用照明光の波長を短くすることなく、ほぼ１世
代上の半導体デバイスの回路パターンを高精度に転写で
きるようになる。即ち、露光用照明光として水銀ランプ
のｉ線を使用して次世代の２５６ＭビットＤＲＡＭ相当
のパターンを形成でき、ＫｒＦエキシマレーザ光を使用
して１ＧビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、Ａ
ｒＦエキシマレーザ光を使用して４ＧビットＤＲＡＭ相
当のパターンを形成できることになる。
学系を介して基板上に投影露光される場合に、その基板
上に塗布された感光材料の厚さを０．５μｍ以下とし
て、投影光学系の開口数を０．６８以上とした場合に
は、露光用照明光の波長を短くすることなく、ほぼ１世
代上の半導体デバイスの回路パターンを高精度に転写で
きるようになる。即ち、露光用照明光として水銀ランプ
のｉ線を使用して次世代の２５６ＭビットＤＲＡＭ相当
のパターンを形成でき、ＫｒＦエキシマレーザ光を使用
して１ＧビットＤＲＡＭ相当のパターンを形成でき、Ａ
ｒＦエキシマレーザ光を使用して４ＧビットＤＲＡＭ相
当のパターンを形成できることになる。
【０１２８】次に、本発明の第２の露光方法によれば、
基板上に塗布された感光材料の厚さに応じて投影光学系
の開口数の切り替えの制御を行っているため、その感光
材料が薄いときにはその開口数を大きくすることによっ
て容易に焦点深度のマージンに関する条件を満たして、
解像度を高められる。また、その感光材料が厚いときに
はその開口数を小さくして低い解像度で転写を行うこと
によって、解像度の異なるパターンに対応できる利点が
ある。具体的に、感光材料の厚さが０．２μｍ以下のと
き影光学系の開口数を０．７以上とし、又基板上に塗布
された感光材料の厚さが１．０μｍ以上のとき影光学系
の開口数を０．６以下に切り換えることにより、２世代
の半導体デバイスに対応できる。即ち、露光用照明光の
波長を変えることなく、１台の露光装置で２世代の半導
体デバイスに相当するパターンを形成できるようになる
ため、従来別ラインで行っていた露光装置のための工程
管理が一台分で済むようになる。従って、工程管理も容
易で、且つその工程管理時間も短縮され、露光工程のス
ループットが向上する。
基板上に塗布された感光材料の厚さに応じて投影光学系
の開口数の切り替えの制御を行っているため、その感光
材料が薄いときにはその開口数を大きくすることによっ
て容易に焦点深度のマージンに関する条件を満たして、
解像度を高められる。また、その感光材料が厚いときに
はその開口数を小さくして低い解像度で転写を行うこと
によって、解像度の異なるパターンに対応できる利点が
ある。具体的に、感光材料の厚さが０．２μｍ以下のと
き影光学系の開口数を０．７以上とし、又基板上に塗布
された感光材料の厚さが１．０μｍ以上のとき影光学系
の開口数を０．６以下に切り換えることにより、２世代
の半導体デバイスに対応できる。即ち、露光用照明光の
波長を変えることなく、１台の露光装置で２世代の半導
体デバイスに相当するパターンを形成できるようになる
ため、従来別ラインで行っていた露光装置のための工程
管理が一台分で済むようになる。従って、工程管理も容
易で、且つその工程管理時間も短縮され、露光工程のス
ループットが向上する。
【図１】本発明による露光方法の実施の形態の一例で使
用される投影露光装置を示す概略構成図である。
用される投影露光装置を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１中の分割プリズム板１６及び検出
系の構成を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）の右側面
図、（ｃ）は図２（ａ）のＡＡ線に沿う断面図である。
系の構成を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）の右側面
図、（ｃ）は図２（ａ）のＡＡ線に沿う断面図である。
【図３】図１中の減光ユニット２の構成を示す概略構成
図である。
図である。
【図４】（ａ）は図１中の輪帯照明用のフライアイレン
ズ１３を示す側面図、（ｂ）はそのフライアイレンズ１
３を示す平面図である。
ズ１３を示す側面図、（ｂ）はそのフライアイレンズ１
３を示す平面図である。
【図５】図１中の輪帯照明用のインプット光学系５Ｂの
構成を示す光路図である。
構成を示す光路図である。
【図６】図５のインプット光学系５Ｂの各点における照
明光の光量分布を示す図である。
明光の光量分布を示す図である。
【図７】図１中のσ絞りユニット１５の構成を示す図で
ある。
ある。
【図８】図１中のアライメントセンサ５０の概略構成を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図９】図８のＦＩＡ系５１Ａを示す斜視図である。
【図１０】図８のＬＩＡ系５１Ｂを示す斜視図である。
【図１１】図１中のレジスト厚測定装置４６を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図１２】（ａ）は図１１のレジスト厚測定装置４６か
らウエハ及びフォトレジストに照射される計測光の光路
を示す部分拡大図、（ｂ）はウエハ及びフォトレジスト
からの戻り光が撮像素子の撮像面８４ａで干渉縞を形成
する様子を示す光路図である。
らウエハ及びフォトレジストに照射される計測光の光路
を示す部分拡大図、（ｂ）はウエハ及びフォトレジスト
からの戻り光が撮像素子の撮像面８４ａで干渉縞を形成
する様子を示す光路図である。
【図１３】撮像面に形成される干渉縞及びこの干渉縞に
対応する撮像信号を示す図である。
対応する撮像信号を示す図である。
【図１４】（ａ）はフォトレジストの塗布されたウエハ
を示す平面図、（ｂ）は図１４（ａ）の側面図である。
を示す平面図、（ｂ）は図１４（ａ）の側面図である。
【図１５】（ａ）は１枚のウエハ上におけるレジスト厚
の計測点ＲＤ１〜ＲＤ３を示す平面図、（ｂ）は１つの
ショット領域ＳＡ内でのレジスト厚の計測点ＲＤ４を示
す平面図、（ｃ）はショット領域ＳＡ内のレジスト厚を
先読みする場合の計測点ＲＤ５〜ＲＤ７を示す平面図で
ある。
の計測点ＲＤ１〜ＲＤ３を示す平面図、（ｂ）は１つの
ショット領域ＳＡ内でのレジスト厚の計測点ＲＤ４を示
す平面図、（ｃ）はショット領域ＳＡ内のレジスト厚を
先読みする場合の計測点ＲＤ５〜ＲＤ７を示す平面図で
ある。
【図１６】（ａ）は、図１中の照度分布補正板９を示す
平面図、（ｂ）は照度分布補正板９に入射する照明光の
傾斜角に対する透過率Ｔを示す図である。
平面図、（ｂ）は照度分布補正板９に入射する照明光の
傾斜角に対する透過率Ｔを示す図である。
【図１７】従来の投影露光装置を示す概略構成図であ
る。
る。
Ｒ レチクル ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ １ ＫｒＦエキシマレーザ光源 ２ 減光ユニット ５Ａ，５Ｂ インプット光学系 ７，１２ フライアイレンズ １３ 輪帯照明用のフライアイレンズ １５ σ絞りユニット １６ 分割プリズム板 １８ 固定視野絞り ２０ 可動視野絞り ２５ レチクルステージ ２９ 主制御装置 ３１ 露光量制御系 ３２ 照明系制御系 ３５ Ｚチルトθステージ ４２ 可変開口絞り ４４ レンズ駆動機構 ４６ レジスト厚測定装置 ４７ 膜厚計測演算装置 ４８ 焦点位置検出系 ５０ アライメントセンサ ５１Ａ ＦＩＡ系 ５１Ｂ ＬＩＡ系 ５３Ａ，５３Ｂ ビームスプリッタ ５５Ａ，５５Ｂ 反射率モニタ ５６ 積算露光量演算部 ５８Ａ，５８Ｂ インテグレータセンサ ５９ 結像特性変動量算出部 ８４ 撮像素子
Claims (4)
- 【請求項１】 露光用照明光のもとでマスク上の転写用
パターンを感光材料が塗布された基板上に転写露光する
露光方法において、 前記基板上に塗布された前記感光材料の厚さに応じて前
記露光用照明光の積算露光量を制御することを特徴とす
る露光方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の露光方法であって、 前記マスクに対応させて所定の基準となる厚さでの前記
感光材料に対する適正積算露光量を予め記憶しておき、 前記感光材料の厚さの前記所定の基準となる厚さからの
差分を求め、該差分に基づいて前記露光用照明光の積算
露光量を設定することを特徴とする露光方法。 - 【請求項３】 請求項１、又は２記載の露光方法であっ
て、 前記マスク上の転写用パターンは投影光学系を介して前
記基板上に投影露光され、 前記基板上に塗布された前記感光材料の厚さは０．５μ
ｍ以下であり、 前記投影光学系の開口数は０．６８以上であることを特
徴とする露光方法。 - 【請求項４】 露光用照明光のもとでマスク上の転写用
パターンを感光材料が塗布された基板上に転写露光する
露光方法において、 前記基板上に塗布された前記感光材料の厚さに応じて前
記投影光学系の開口数の切り替えの制御を行うことを特
徴とする露光方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8141319A JPH09326344A (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 露光方法 |
| KR1019970022926A KR980005334A (ko) | 1996-06-04 | 1997-06-03 | 노광 방법 및 노광 장치 |
| US08/867,901 US5994006A (en) | 1996-06-04 | 1997-06-03 | Projection exposure methods |
| DE69730903T DE69730903T2 (de) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | Belichtungsverfahren und -apparat |
| EP97109060A EP0811881B1 (en) | 1996-06-04 | 1997-06-04 | Exposure method and apparatus |
| US09/410,740 US6396568B1 (en) | 1996-06-04 | 1999-10-01 | Exposure apparatus and method |
| US10/123,103 US6590637B2 (en) | 1996-06-04 | 2002-04-15 | Exposure apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8141319A JPH09326344A (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 露光方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09326344A true JPH09326344A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=15289156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8141319A Pending JPH09326344A (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 露光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09326344A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999046807A1 (en) * | 1998-03-09 | 1999-09-16 | Nikon Corporation | Scanning exposure method, scanning exposure apparatus and its manufacturing method, and device and its manufacturing method |
| JPWO2003010803A1 (ja) * | 2001-07-26 | 2004-11-18 | セイコーエプソン株式会社 | 露光装置、露光方法、半導体装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器 |
| JP2004354909A (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Orc Mfg Co Ltd | 投影露光装置および投影露光方法 |
| JP2009123888A (ja) * | 2007-11-14 | 2009-06-04 | Nikon Corp | 照明光学装置、露光装置及びデバイスの製造方法 |
| JP2010532881A (ja) * | 2007-07-11 | 2010-10-14 | カールスルーアー・インスティトゥート・フュア・テヒノロギー | 光学装置およびその使用方法 |
| KR20140036027A (ko) * | 2011-08-18 | 2014-03-24 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 |
| JP2018507425A (ja) * | 2014-12-15 | 2018-03-15 | エーエスエムエル ホールディング エヌ．ブイ． | 光学瞳対称化のための方法および装置 |
-
1996
- 1996-06-04 JP JP8141319A patent/JPH09326344A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999046807A1 (en) * | 1998-03-09 | 1999-09-16 | Nikon Corporation | Scanning exposure method, scanning exposure apparatus and its manufacturing method, and device and its manufacturing method |
| JPWO2003010803A1 (ja) * | 2001-07-26 | 2004-11-18 | セイコーエプソン株式会社 | 露光装置、露光方法、半導体装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器 |
| JP4861605B2 (ja) * | 2001-07-26 | 2012-01-25 | セイコーエプソン株式会社 | 露光装置 |
| JP2004354909A (ja) * | 2003-05-30 | 2004-12-16 | Orc Mfg Co Ltd | 投影露光装置および投影露光方法 |
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| JP2014525596A (ja) * | 2011-08-18 | 2014-09-29 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| JP2016033678A (ja) * | 2011-08-18 | 2016-03-10 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| US9690210B2 (en) | 2011-08-18 | 2017-06-27 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
| JP2018507425A (ja) * | 2014-12-15 | 2018-03-15 | エーエスエムエル ホールディング エヌ．ブイ． | 光学瞳対称化のための方法および装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060607 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061017 |