JPH097933A

JPH097933A - 投影露光装置及び投影露光方法

Info

Publication number: JPH097933A
Application number: JP7175419A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西; Tsunesaburo Uemura; 恒三郎植村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 1997-01-10
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JP3531297B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ステップアンドスキャン方式の投影露光にお
いてウエハのジグザグ走行によるステッピング時間を除
去して、露光工程におけるスループットを向上する。【構成】マスクとウエハを相対走査しながらマスク上
のパターンを感光基板上に露光するステップアンドスキ
ャン方式の投影露光装置である。２枚のマスク２Ａ．Ｂ
をそれぞれ一次元方向に移動する２つのマスクステージ
１１，１４と、走査露光が行われるマスクのみに照明光
をもたらす２つのブラインド２３，２５とを用い、一シ
ョット領域の走査露光が行われる毎に、２枚のマスクを
交互に照明して、一方のマスクが走査露光されていると
きに他方のマスクを走査開始位置に移動させる。この動
作を繰り返すことにより、ウエハの走査方向に配列した
複数のショットを連続的に走査露光できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステップアンドスキャ
ン方式の投影露光装置及びその露光方法に関し、さらに
詳細には、ウエハ上の走査方向に並んだ複数ショットを
連続的に走査露光することができるステップアンドスキ
ャン方式の投影露光装置及びその露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子等の製造する
ためのリソグラフィー工程において、ウエハ上に微細パ
ターンを露光するために投影露光装置が使用されてい
る。かかる投影露光装置では、マスク（レチクル）のパ
ターン全体を内包し得る露光フィールドを持った投影光
学系を介してウエハ等の感光基板をショット毎にステッ
プ移動させながら露光させるステップアンドリピート方
式による露光方法が採用されている。この方式は、高い
解像度及び高いスループットを達成することができるた
め、現時点では投影露光に関する方式の主流となってい
る。

【０００３】高解像度を達成できる他の露光方式とし
て、いわゆる、ステップアンドスキャン方式が開発され
ている。この方式では、ショット毎にレチクルを走査方
向に走査しながらウエハをそれと同期した速度で逆方向
に走査した後、ウエハをステップ移動させて露光フィー
ルドを次のショットに移動して走査露光が繰り返され
る。

【０００４】図６に、このステップアンドスキャン方式
で複数のショットを走査露光した場合のウエハの走行経
路を示す。図６に示すように、ウエハ１のＸ方向に並ん
だ３つのショットＳ₁、Ｓ₂及びＳ₃を順次露光する場
合に、ウエハステージを矢印に示すようにジグザグ走行
させなければならなかった。これは、レチクルの一回の
連続したＸ方向の走査のみでウエハの直径分に相当する
一列のショット領域を露光しようとすると、投影レンズ
の倍率×ウエハの直径に相当する大きさのレチクル及び
レチクルステージが必要であり、そのような長大なレチ
クル及びレチクルステージを製造することは現実的でな
かったからである。それゆえ、一枚のレチクルを複数回
用いて、ショット毎に走査露光を繰り返す必要があり、
この際、レチクルの空送りによるスループットの低下を
防止するためにレチクルを直前の走査と逆の方向に走査
させなければならないのでウエハを図６に示すような経
路で煩雑にステップ移動していた。図７に、かかる露光
動作の時刻ｔにおける、レチクルステージの走査方向
（Ｙ方向）の移動速度ｖ_R、ウエハステージの走査方向
（Ｙ方向）の移動速度ｖ_W1とそれに直交する方向のウエ
ハステージの移動速度ｖ_W2を示す。図７からわかるよう
に、ショットＳ₁、Ｓ₂及びＳ₃は、区間Ｃ、Ｆ及びＩ
においてレチクルステージの等速走査によって均一に露
光される。しかしながら、ウエハが図６に示したような
経路でジグザク走行を行わなければならないので、レチ
クルステージ及びウエハステージは、区間Ａ、Ｄ、Ｇ及
びＪでは加減速状態並びに区間Ｂ、Ｅ及びＨではレチク
ルステージとウエハステージの同期制御待ちの状態にあ
った。かかる加減速状態及び制御待ち状態においては露
光が行われておらず、それらの区間の合計時間は露光が
行われている区間Ｃ、Ｆ及びＩの合計時間に相当する程
である。それゆえ、かかる未露光時間の存在により、ウ
エハ１枚当たりの露光工程のスループットが低いという
問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、従
来のステップアンドスキャン方式での露光操作を短時間
化してスループットを向上することができる新規な投影
露光装置及び投影露光方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】また、本発明は、ウエハ等の感光基板上で
走査方向に並んだ複数のショットを連続的に露光するこ
とができる新規な投影露光装置及び投影露光方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様に従
えば、マスクと感光基板を一次元方向に同期走査しなが
らマスク上のパターン像を感光基板上に露光する投影露
光装置であって、２枚以上のマスクをそれぞれ一次元方
向に移動する２つ以上のマスクステージと、上記マスク
上のパターン像を上記感光基板上に投影する投影光学系
と、上記感光基板を上記投影光学系の光軸と直交する２
次元方向に移動する感光基板ステージと、上記感光基板
ステージの移動に連動して、上記２つ以上のマスクステ
ージの移動を制御して２枚以上のマスクの各パターン像
で感光基板を走査露光するためのマスクステージ制御手
段と、上記マスクの位置に同期して、走査露光が行われ
るマスクを順次照明する照明系とを備える上記投影露光
装置が提供される。

【０００８】上記投影露光装置において、上記照明系
が、上記２枚以上のマスクへの照明光路を開閉可能な２
つ以上の可変視野絞りと、２枚以上のマスクのうち走査
露光が行われるマスク用の可変視野絞りを順次開放する
可変視野絞り制御手段とを備えることが好ましい。かか
る２つ以上の可変視野絞りが、それぞれ、走査方向の幅
が可変である開口と前記照明系により照明されるマスク
の転写領域の位置に応じて前記開口の走査方向の幅を変
動させる手段とを備えるのが好ましい。また、上記２枚
以上のマスクはそれぞれ上記投影光学系を介して上記感
光基板と共役な関係になっている。

【０００９】本発明の第２の態様に従えば、２枚以上の
マスクと感光基板とを同期走査することによって、感光
基板上のショット領域を順次露光するステップアンドス
キャン方式の投影露光方法であって、上記２枚以上のマ
スクのうち一つのマスクと感光基板とを同期走査して感
光基板上のショット領域を走査露光する工程Ａと、工程
Ａとほぼ並行して、走査露光に用いたマスクと異なる少
なくとも一つのマスクを次の走査露光のための走査開始
位置に移動する工程Ｂと、直前の走査露光工程に用いた
マスクとは異なるマスクと感光基板とを同期走査して感
光基板上の次のショット領域を走査露光する工程Ｃと、
工程Ｃとほぼ並行して、走査露光しているマスクとは異
なる少なくとも一つのマスクを次の走査露光のための走
査開始位置に移動する工程Ｄと、を含み、上記工程Ａ及
びＢの後に、工程Ｃ及びＤを繰り返すことによって感光
基板上で走査方向に配列している複数のショット領域を
連続的に走査露光する上記投影露光方法が提供される。

【００１０】本発明の第３の態様に従えば、２枚のマス
クを用いて、マスクと感光基板とを同期走査することに
よって、感光基板のショット領域を順次露光するステッ
プアンドスキャン方式の投影露光方法であって、第１の
マスクを照明しながら、第１のマスクと感光基板とを同
期走査して感光基板上のショット領域を露光する工程Ａ
と、工程Ａとほぼ並行して、第２のマスクを走査開始位
置に移動させる工程Ｂと、上記工程Ａが終了した後に、
第２のマスクを照明しながら、第２のマスクと感光基板
とを同期走査して感光基板上の次のショット領域を露光
する工程Ｃと、工程Ｃとほぼ並行して、第１のマスクを
走査開始位置に移動させる工程Ｄとを含み、上記工程Ａ
〜Ｄを繰り返すことによって感光基板上で走査方向に配
列している複数のショットを連続的に走査露光する上記
投影露光方法が提供される。

【００１１】上記本発明の第２及び第３の態様におい
て、感光基板上に走査方向に配列している複数のショッ
トを連続的に走査露光した後に、該走査方向と直交する
方向に感光基板をステップ移動させることを含むことが
好ましい。また、第１のマスク及び第２のマスクへの照
明光を交互に遮光することによって、走査露光が行われ
るマスクにのみ照明するのが好ましい。

【００１２】本発明の第４の態様に従えば、複数のマス
クを用いてマスクと感光基板とを同期走査することによ
って感光基板のショット領域を順次露光するステップア
ンドスキャン方式の投影露光方法であって、感光基板を
走査方向に連続的に移動しながら、走査方向に並んでい
る複数の感光基板上のショット領域を、複数のマスクの
パターン像で露光する上記投影露光方法が提供される。

【００１３】

【作用】本発明では、ウェハ上で走査方向に整列した複
数ショット領域を連続的に走査露光する際に、ウエハの
無駄なステッピング時間を除去するために、２枚以上の
レチクルを順次照明する照明系と、各レチクルをそれぞ
れ一次元方向に移動可能な２つ以上のレチクルステージ
と、ウエハステージの移動に連動して２つ以上のレチク
ルステージの移動を制御する手段とを用いて、第１のレ
チクルが等速度走査により露光動作を行っている時とほ
ぼ並行して別のレチクルを露光時走査方向と逆方向に移
動させ、第１のレチクルによる露光終了時にはウェハス
テージの連続移動と同期して別のレチクルによる露光走
査を開始させ、その露光走査終了後にはさらに別のまた
は第１のレチクルによりウエハステージの連続移動と連
動して露光走査を開始させるようにした。

【００１４】本発明の原理を、レチクルを２枚用いた場
合を例に挙げて以下に説明する。図４は、本発明の投影
露光装置を用いてウエハ１上でＹ方向に配列する３つシ
ョットＳ₁，Ｓ₂及びＳ₃を露光する場合のウエハの走
査経路を示す。本発明では、ウエハ上の図４の矢印で示
した走査方向に連続露光を行わせるために、２枚のレチ
クルＲ１及びＲ２の移動タイミング並びに移動速度ｖ_R1
及びｖ_R2が図５のグラフに従うように各レチクルステー
ジを制御する。図５は、図４に示した経路での露光動作
の時刻ｔにおける、レチクルＲ１の走査方向（Ｙ方向）
の移動速度ｖ_R1、レチクルＲ２の走査方向（Ｙ方向）の
移動速度ｖ_R2、ウエハ（ステージ）の走査方向（Ｙ方
向）の移動速度ｖ_Wを示す。レチクルＲ１が等速度走査
により露光動作を行っている間（主に区間Ａ）に他方の
レチクルＲ２をレチクルステージ上で露光時走査方向と
逆方向に移動させ、レチクルＲ１の露光終了時にはレチ
クルＲ２が露光走査を開始できる位置に戻しておく。レ
チクルＲ１の露光終了時にレチクルＲ２による等速度走
査を開始させる。この際、レチクルＲ１はレチクルステ
ージ上の露光終了位置にあるので、レチクルＲ２による
等速度走査の間（主に区間Ｂ）に走査方向と逆方向に移
動させ、レチクルＲ２の露光終了時にはレチクルＲ１が
露光走査を開始できるような位置に戻しておく。次い
で、レチクルＲ２による露光が終了した後、再び、レチ
クルＲ１による走査露光を開始し、等速度走査を実行さ
せる（主に期間Ｃ）。本発明では、一のレチクルが走査
露光状態にある場合には、他方のレチクルに照明される
照明光を可変視野絞りを用いて遮光する。図中、Ａ〜Ｃ
の区間で、ウエハの走査に同期していずれかのレチクル
により走査露光が連続的に繰り返されるので、ショット
毎のウエハのステッピング動作は不要となる。このた
め、図５(c) に示したようにウェハ速度ｖ_wが常に一定
になり、従来技術の様にウエハの加速、減速及び待機に
よる未露光時間が不要となる結果、露光時間を大幅に短
縮することができる。即ち、この方法で露光を行えば、
図４中の経路及びに示したように、任意の列の全て
のショットをウエハの一方向等速走査で露光し、次いで
隣接する列の全てのショットを逆方向に等速度走査する
ことによって露光することができる。本発明では、かか
る露光動作により露光工程のスループットを大幅に向上
することができる。

【００１５】以下に本発明を実施例により説明するが、
それらは一具体例にすぎず、本発明は特にそれらに限定
されるものではない。

【００１６】

【実施例】図１に、本発明の投影露光装置の一具体例を
示す。本発明の投影露光装置は、レチクル上に形成され
たパターン像をステップアンドスキャン方式により投影
光学系を介してウエハのショット領域に投影する装置で
あり、主に、照明系、レチクル移動機構、レチクルに形
成されたパターン像をウエハ１上に投影する投影光学
系、ウエハ移動機構及び制御系から構成されている。照
明系は、光源であるエキシマレーザ３７、照明光学系３
０，３１、ウエハ上の照明フィールドを画定する固定ブ
ラインド１２３，１２５及びかかる固定ブラインドの開
口幅を制限する可変ブラインド２３，２５を含む。エキ
シマレーザ３７は、レーザ制御装置４７によりパルス発
振及びレーザパワーや波長が調整される。エキシマレー
ザ３７から発生した照明光（例えば、波長２４８ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザ）はハーフミラー３６で２分割さ
れ、このハーフミラー３６で反射された照明光は照明光
学系３０に入射する。照明光学系３０は、図示しないリ
レーレンズ、フライアイレンズ、インテグレータセンサ
ー、スペックル低減装置等で構成されており、これらを
通過することによって照明光は、後述の固定ブラインド
１２３や可変ブラインド２３で均一になり、すなわち、
レチクル２Ａをほぼ均一な照度で照明する。一方、ハー
フミラー３６を透過した照明光は、ミラー３５、リレー
レンズ３４，３３、及びミラー３２を介して照明光学系
３１に入射する。この照明光学系３１は照明光学系３０
と同様の要素から構成されている。照明光学系３０及び
３１を射出した照明光はそれぞれレンズ２８及び２９を
経て固定ブラインド１２３及び１２５に向かう。

【００１７】固定ブラインド１２３及び１２５には、そ
れぞれ、開口４９及び５０が形成され、これらの開口は
各レチクルに対する照明フィールドを画定する。固定ブ
ラインドの開口４９及び５０、即ち、レチクル上の照明
フィールドの走査方向と直交する方向の幅をできるだけ
大きくすることによって一枚のウエハ上での走査回数を
減らすことができる。固定ブラインド１２３及び１２５
の下方には、それらの開口幅を制限できる可変ブライン
ド２３及び２５が設置されている。可変ブラインド２３
及び２５は、可変視野絞りとして機能し、走査露光に使
われていない方のレチクルに対応する固定ブラインドの
開口を閉鎖するシャッターとしての役割を果たす。さら
に可変ブラインドは、レチクル上の走査開始部分や走査
終了部分の遮光帯の幅を小さくし、レチクルのオーバラ
ンを低減させる（レチクル上の遮光帯の外側を通る照明
光がウエハ１を不要に感光させるのを防止する）目的
で、その開口幅を適宜調整することもできる。かかる機
能を実行する可変ブラインドとして、例えば、特開平４
−１９６５１３号に記載されたような可変の視野絞りを
適用することができる。

【００１８】図８に、本実施例で使用した可変ブライン
ド２３及び２５の概略平面図を示す。可変ブラインド
は、４枚の可動ブレートＢＬ₁、ＢＬ₂、ＢＬ₃及びＢ
Ｌ₄から構成され、ブレードＢＬ₁及びＢＬ₂は、図中
Ｙ方向（走査露光方向）に移動することによって固定ブ
ラインド１２３，１２５の開口４９，５０の走査方向の
幅を制限し、ブレードＢＬ₃及びＢＬ₄は図中Ｘ方向に
移動することによって固定ブラインド１２３または１２
５の開口４９，５０の長さ（走査方向と直交する方向の
幅）を制限する。これらのブレードは、それぞれ、可変
ブラインド２３，２５のブラインド駆動機構２４，２６
により独立に制御される。これらの４枚のブレードによ
り固定ブラインドの開口が制限される場合には、これら
のブレードの端部により画定される矩形の開口ＡＰの像
は、レチクルの下面のパターン面に結像される。固定ブ
ラインドの開口４９，５０または、固定ブラインドが可
変ブラインドにより制限される場合には、可変ブライン
ドの開口ＡＰは、投影光学系の円形イメージフィールド
ＩＦ内に包含される。可変ブラインドの開閉時期及び開
口幅は、ブラインド駆動機構２４及び２６を通じてブラ
インド制御装置４４により制御される。本明細書に使わ
れている用語「可変視野絞り制御手段」は、本実施例中
のブラインド制御装置４４に該当する。また、本明細書
に使われている用語「走査方向の開口の幅を変動する手
段」は、本実施例中、可動ブレートＢＬ₁、ＢＬ₂、Ｂ
Ｌ₃及びＢＬ₄並びにブラインド駆動機構２４，２６に
相当する。

【００１９】可変ブラインド２３を透過した照明光は、
可変ブラインド２３の後方に配置されたレンズ１９、ミ
ラー１８、コンデンサーレンズ１７及びミラー１６を介
してレチクル２Ａに向かう。レンズ１９及びコンデンサ
ーレンズ１７を調整することにより固定ブラインド１２
３の開口４９の大きさの微調整を行うことができる。同
様に、可変ブラインド２５を透過した照明光は可変ブラ
インド２５の後方に配置されたレンズ２２、コンデンサ
ーレンズ２１、ミラー２０を介してレチクル２Ｂを照明
する。

【００２０】次にレチクル移動機構について説明する。
レチクル２Ａのレチクル移動機構は、ステージ支持台１
０、その上に固定されるレチクル用ＸＹステージ１１及
びレチクル駆動機構４２から主に構成される。レチクル
２ＡはＸＹステージ１１上に支持されてレチクル駆動機
構４２によりＸＹ方向に移動され、特に走査露光時には
Ｙ方向（紙面と垂直な方向）に走査される。同様に、レ
チクル２Ｂのレチクル移動機構４３は、ステージ支持台
１３、レチクル２ＢをＺＹ方向に移動させる（走査露光
時にはＹ方向に走査する）縦型のＺＹステージ１４及び
レチクル駆動機構４３を備える。ステージ１１，１４に
は移動鏡１２，１５及び固定鏡（図示しない）が装着さ
れ、移動鏡と固定鏡からの反射光を干渉計３９，４０で
モニターすることによって、各レチクル２Ａ，２Ｂの各
駆動機構４２，４３による移動が制御される。該制御
は、駆動機構４２，４３に接続された制御装置１００に
より行われる。レチクルステージ１１上に支持されたレ
チクル２Ａはミラー１６、コンデンサーレンズ１７、ミ
ラー１８、レンズ１９を経て可変ブラインド２３と共役
な関係にあり、レチクル２Ｂはレチクルステージ１４上
でミラー２０、コンデンサーレンズ２１、レンズ２２を
経て可変ブラインド２５と共役な関係にある。

【００２１】本発明の投影露光装置における投影光学系
は、レチクル２Ａのパターン像をウエハ１上に投影する
第１投影光学系とレチクル２Ｂのパターン像をウエハ１
上に投影する第２投影光学系とを備え、それぞれ、ビー
ムスプリッタ４を介して、レンズ前群５及び後群３並び
にレンズ前群６及び後群３から構成されている。即ち、
本実施例では、第１及び第２投影光学系はそれぞれ瞳面
を挟んで前側レンズ群と後側レンズ群とに分割され、第
１及び第２投影光学系で後側レンズ群を共用するように
したものである。本実施例では、投影光学系による投影
倍率は１／５である。それゆえ、走査露光時のＸＹステ
ージ９の走査方向の移動速度はレチクルステージ１１，
１４の移動速度の１／５となる。

【００２２】ウエハ移動機構は、ＸＹ方向に移動可能な
ＸＹステージ９とその上に設置されたＺ，チルトステー
ジ８とから主に構成されている。ウェハ１は、Ｚ，チル
トステージ８上に載置されて固定される。ウェハの位置
は、Ｚ，チルトステージ８上に設置された移動鏡７と固
定鏡（図示しない）とからの反射光を干渉計３８によっ
てモニターすることによって検出され、Ｘ，Ｙ，Ｚ，チ
ルト駆動機構４１によって任意の位置に移動できるよう
に制御される。また、走査露光の際には、後述する同期
制御装置によりレチクルの走査と同期するように制御さ
れる。

【００２３】本実施例の投影露光装置の制御系は、制御
装置１００、ブラインド制御装置４４、図示しない同期
制御装置等を含む。制御装置１００は、レチクルステー
ジ駆動機構４２，４３、ウエハステージ駆動機構４１等
を制御し、レチクル２Ａとレチクル２Ｂとの間の移動時
期並びにレチクルとウエハとの相対移動を調整する。ブ
ラインド制御装置４４は、ブラインド２３，２５のシャ
ッター機能及び開口幅調整機能を制御する。同期制御装
置は、ウェハステージ及びレチクルステージにそれぞれ
装着された干渉計３８，３９，４０からの出力信号の差
分をモニターして、レチクルの両方または一方がウェハ
ステージの移動と同期する速度（ウェハステージ走査速
度／投影光学系倍率）に同期して移動するように制御す
る。これにより、レチクルステージとウエハステージと
は、投影光学系の投影倍率に応じた速度比で駆動制御さ
れる。

【００２４】次に、上記のように構成された本発明の投
影露光装置による動作を説明する。エキシマレーザ光源
３７から射出された照明光は、ハーフミラー３６により
照明光学系３０と照明光学系３１とに向かう光束に２分
割され、それぞれ固定ブラインド１２３及び１２５に向
かう。照明光は、固定ブラインド１２３及び１２５の開
口４９及び５０を通過することによってレチクル上での
照明フィールドが画定され、次いで、可変ブラインド２
３及び２５に達する。この際、可変ブラインド２３及び
２５の開口ＡＰは、後に詳述するように、ウエハ上の各
ショット領域の露光毎にいずれか一方が開放され、他方
が閉じられ、２枚のレチクル２Ａ，２Ｂが交互に照明さ
れることになる。そして、レチクル２Ａ，２Ｂのパター
ン像が交互に投影光学系によりウェハ１上に投影され
る。

【００２５】走査露光の際、投影光学系に対してレチク
ル２Ａ，２Ｂの一つとウェハ１が相対走査される。その
様子を図２に示す。図２(a) は、投影光学系（前群）５
及び６上に投影される照明フィールド１４９及び１５０
に対するレチクル２Ａ及び２Ｂの走査方向を示す概念図
であり、図中、ステージ等は省略してある。図２(a)右
側は、レチクル２Ａの上方から見た照明フィールド１４
９とレチクル２Ａの走査方向との関係を示す。この照明
フィールド１４９は、固定ブラインド１２３の開口４９
により画定されている。図２(a) 左側は、レチクルステ
ージ１４の上方から見た照明フィールド１５０とレチク
ル２Ｂの移動方向を示す。いずれのレチクルも、走査露
光時に、投影光学系の露光フィールド（レチクルパター
ンの投影領域）に対してウエハ１が同一方向（本実施例
では＋Ｙまたは−Ｙ方向）に走査され、換言すれば、ウ
エハ１上の走査方向（Ｙ方向）に並ぶ複数のショットが
レチクル２Ａ，２Ｂの各パターン像で連続的に走査露光
されるように移動される。図２(b) は、投影光学系
（５，３）または（６，３）によってウェハ上に投影さ
れた露光フィールド５１に対するウェハ１上のショット
４８の走査方向を示した図である。ウエハ１は露光フィ
ールド５１に対してＹ方向（但し、レチクルの移動と逆
向き）に移動される。レチクル２Ａ，２Ｂとウェハ１の
相対走査は制御系によるレチクルステージ１１，１４及
びウエハステージ９の駆動機構の制御並びに同期制御装
置により実行される。

【００２６】次に、可変ブラインド２３，２５の開閉動
作及びレチクル２Ａ，２Ｂの走査タイミングを図３及び
図５を用いて説明する。図３は、固定ブラインド１２
３，１２５の開口４９，５０を介してウェハ上のショッ
トＳ₁及びＳ₂が露光される工程を示す概念図であり、
ウエハの走査に伴う開口４９，５０（正確には投影光学
系の露光フィールド）とショットＳ₁，Ｓ₂との相対位
置の変化及び可変ブラインド２３，２５による固定ブラ
インドの開口４９，５０の開閉状態を同図(1) 〜(3) に
より順次示している。図を簡略化するために、レチクル
を省略したが、露光時に、ウエハ１がＸＹステージ９と
ともにＹ方向（図中矢印）に移動するのと同期して、レ
チクル２Ａ及び２Ｂを運搬するレチクルステージ１１及
び１４は逆方向に移動する。ショットＳ₁及びＳ₂の斜
線部は開口４９または５０を通じて露光された部分を示
し、開口４９及び５０中の斜線部は、照明光が透過する
領域、すなわち、可変ブラインド２３，２５によって照
明光が遮光されていない領域を示す。また、破線は、そ
れぞれの開口４９及び５０上での可変ブラインド２３及
び２５のブレード位置を示し、ブラインド２３及び２５
のブレードの位置により開口４９及び５０は全てまたは
部分的に遮光される。

【００２７】図３(1a)は、ショットＳ₁が開口４９によ
り画定された露光フィールドを矢印方向に通過したこと
により、ショットＳ₁が図中左端から右端まで露光され
た様子を示す。ここで、可変ブラインド２３は固定ブラ
インドの開口４９を開放しており、レチクル２Ａ上の、
開口４９によって規定される照明領域内のパターン像が
Ｓ₁上に投影露光される。図３(1a)の状態は図５(a) に
おいてで示された時刻に相当し、レチクル２Ａは等速
度走査を行っている状態にある。

【００２８】図３(1b)は、(1a)と同じ走査時刻における
開口５０と可変ブラインド２５のブレードの位置を示
す。可変ブラインド２５によって開口５０は遮光されて
いるために、開口５０からの照明光はレチクル２Ｂ及び
ショットＳ１に達していない。この状態は、図５(b) に
おいての時刻、すなわち、レチクル２Ｂは次のショッ
トＳ２にパターンを露光するための等速度走査を開始す
る状態にある。

【００２９】次いで、図３(2a)は、(1a)の状態からウエ
ハがＸＹステージによりさらにＹ方向に走査されて、露
光されるべきショットがＳ₁からＳ₂に移る際に、開口
４９により画定される露光フィールドがショットＳ₁と
Ｓ₂の境界部に存在している状態を示す。この際、可変
ブラインド２３は可変視野絞りとして機能する。すなわ
ち、可変ブラインド２３は、開口４９からの照明光がシ
ョットＳ₂に達しないようにウエハ１の移動に同期して
開口４９を部分的に覆う。かかる可変視野絞りの詳細は
後述する。この状態は、図５(a) のに示された時刻に
相当し、レチクル２Ａは等速度走査を終了する段階にあ
る。

【００３０】図３の(2b)は、(2a)と同じ走査時刻におけ
る開口５０と可変ブラインド２５のブレードの位置を示
している。この場合、可変ブラインド２５は、ウエハ１
の矢印方向の移動に同期して、可変視野絞りの機能によ
り、開口５０がショットＳ₂上だけ照明するように制御
される。この状態は、図５(b) ので示された時刻にあ
り、レチクル２Ｂは等速度走査を開始した直後の状態に
ある。

【００３１】図３(2a)及び(2b)の状態からウエハ１がさ
らに走査されると、開口４９により画定される露光フィ
ールドはショットＳ₂上で、図(3a)に示すような位置に
存在する。このとき、開口４９は可変ブラインド２３の
可変視野絞りにより完全に遮光されている。この状態
は、図５(a) ので示された時刻に相当し、レチクル２
Ａは等速度走査を終了した状態にある。図３(3b)は、(3
a)と同じ走査時刻における開口５０と可変ブラインド２
５の位置を示している。可変ブラインド２５は固定ブラ
インドの開口５０を完全に開放して、開口５０を通過す
る照明光によりショットＳ₂を露光し始める。この状態
は、図５(b) のに示された時刻にあり、すなわち、レ
チクル２Ｂは等速度走査を行っている。この後、レチク
ル２Ｂは、ウエハ１の走査に同期して等速度走査を続け
てショットＳ₂を全面露光する。以上の動作により２つ
のショットの境界部であっても、ショットＳ₁に露光さ
れるレチクル２Ａのパターン像がショットＳ₂上に投影
されることがなく、且つショットＳ₂に露光されるレチ
クル２Ｂのパターン像がショットＳ₁上に投影されるこ
とがない。

【００３２】上記と同様な操作はショットＳ₂からそれ
に隣接するショットＳ₃への移動時に繰り返される。シ
ョットＳ₃の露光では、開口４９が可変ブラインド２３
により開放されて、レチクル２Ａのパターンの像がウエ
ハ１上に投影され、その間に開口５０が可変ブラインド
２５により閉じられており、レチクル２Ｂは走査方向と
逆方向に移動する。このような操作を繰り返すことによ
り、ショット毎に可変ブラインドを切り換えてレチクル
２Ａまたは２Ｂのパターン像を交互にウエハ１上に投影
する。尚、ショットの境界部（ストリートライン）上で
は可変ブラインド２３，２５が同時に駆動されている。
可変ブラインドの切り換えは、ブラインド制御装置４４
により制御される。なお、露光操作において、各ブライ
ンド、各レチクルステージ駆動装置、ＸＹステージの制
御を連続的に行うシーケンスは制御系に組み込まれてお
り、一連の動作を全て制御装置１００で管理する。本明
細書で用いた用語「マスクステージ制御手段」は、本実
施例において、制御装置１００に相当する。

【００３３】ここで、可変ブラインド２３及び２５の開
口幅を適宜調整するブラインド駆動機構の動作について
以下に説明する。それらの動作は、可変ブラインド２３
及び２５並びにレチクル２Ａ及び２Ｂの組み合わせのい
ずれにも共通しているので、以下、単に可変ブラインド
及びレチクルＲとして表現する。図９に、本実施例の投
影露光装置に装着可能なレチクルＲと可変ブラインドの
開口ＡＰとの配置関係を示す。レチクルＲの一例とし
て、４つのチップパターンＣＰ₁、ＣＰ₂、ＣＰ₃及び
ＣＰ₄が走査方向（Ｙ方向）に並んでいるものを用い
た。４つのチップパターンＣＰ₁、ＣＰ₂、ＣＰ₃及び
ＣＰ₄は、隣接するチップパターン間でストリートライ
ンに相当する遮光帯（斜線部）によって分離されてお
り、それらのチップパターンで形成される集合領域（シ
ョット領域）の周辺部はストリートラインよりも広い幅
Ｄ_sbの遮光体（斜線部）で囲まれている。ここで、ショ
ット領域の周辺の遮光帯のうち左右の遮光帯部分ＳＢ
ｌ，ＳＢｒとし、その外側にはレチクルアラインメント
マークＲＭ₁，ＲＭ₂が形成されている。また、ブライ
ンドのブレードＢＬ1 〜ＢＬ4 により形成される開口Ａ
Ｐは、走査方向であるＹ方向と直交するＸ方向に平行に
伸びたブレードＢＬ1 のエッジＥ1 とブレードＢＬ2の
エッジＥ2 により画定され、エッジＥ1 とＥ2 の間隔
（走査方向の幅）をＤapとする。さらに開口ＡＰのＸ方
向のエッジは、周辺のＹ方向に伸びた遮光帯の中心線の
延長上に存在するようにブレードＢＬ3 ，ＢＬ4 が配置
されている。従って、開口ＡＰのＸ方向の長さは、ほぼ
（レチクルＲ上のショット領域のＸ方向の幅）×（レチ
クルと可変ブラインドとの間に配置されるリレーレンズ
系（結像系）１７及び１９、又は２１及び２２の結像倍
率）と一致する。

【００３４】次に図１０を参照して、本実施例の走査露
光におけるレチクルＲと開口ＡＰによって規定される照
明領域（開口ＡＰの投影像）との相対変化に連動した開
口ＡＰの開閉動作を説明する。図１０は、レチクルＲを
図９のＸ方向からみた図であり、ここでは可変ブライン
ドのブレードＢＬ1 ，ＢＬ2 の動作をわかり易くするた
めに、レチクルＲの直上にブレードＢＬ1 ，ＢＬ2 を図
示した。尚、図９に示したレチクルＲとウェハＷとは、
予め、アラインメントシステム、光電センサー等（図示
せず）を用いて相対位置合せされているものとする。ま
ず図１０（Ａ）に示すように、レチクルＲをレチクルス
テージ上でＹ方向の走査開始点に位置合わせする。同様
に、ウェハＷ上の対応する１つのショット領域（図示し
ない）をＸＹステージ上でＹ方向の走査開始点に位置合
わせする。このとき、レチクルＲを照明する開口ＡＰの
像は、理想的には幅Ｄapが零であることが望ましいが、
ブレードＢＬ1 ，ＢＬ2 のエッジＥ1 ，Ｅ2 の出来具合
によって完全に零にすることは困難になり得る。そこで
本実施例では、開口ＡＰの像のレチクル上での幅Ｄapが
レチクルＲの右側の遮光帯ＳＢｒの幅Ｄsbよりも狭くな
る程度に設定する。通常、遮光帯ＳＢｒの幅Ｄsbは４〜
６mm程度であり、開口ＡＰの像のレチクル上での幅Ｄap
は１mm程にするとよい。さらに、図１０（Ａ）に示すよ
うに開口ＡＰのＹ方向の中心を、予め光軸ＡＸに対して
ΔＹS だけ、レチクルＲの走査進行方向と逆方向（同図
中の左側）にずらしておく。この距離ΔＹS は、このレ
チクルＲに対する開口ＡＰの最大開き幅Ｄapの約半分に
設定する。より詳しく述べると、開口ＡＰの長手方向の
寸法はレチクルＲのショット領域のＸ方向の幅で自ずと
決まってしまうため、開口ＡＰのＹ方向の幅Ｄapの最大
値ＤＡmax も投影光学系のイメージフィールド（投影視
野）ＩＦの直径によって決まってくる。その最大値はＤ
Ａmax は制御系によって予め計算される。さらに図１０
（Ａ）の走査開始点での開口ＡＰの幅（最小）をＤＡmi
n とすると、厳密には、ＤＡmin ＋２・ΔＹs ＝ＤＡma
x の関係を満たすように距離ΔＹs が決められる。

【００３５】次に、上記のような状態からレチクルステ
ージと図示しないＸＹステージとを投影倍率に比例した
速度比で互いに逆方向に移動させる。このとき図１０
（Ｂ）に示すように、可変ブラインドのブレードのう
ち、レチクルＲの進行方向のブレードＢＬ2 のみをレチ
クルＲの移動と同期して動かし、ブレードＢＬ2 のエッ
ジＥ2 の像が遮光帯ＳＢｒ上にあるようにする。そして
レチクルＲの走査が進み、ブレードＢＬ2 のエッジＥ2
が図１０（Ｃ）のように開口ＡＰの最大開き幅を規定す
る位置に達したら、それ以後ブレードＢＬ2 の移動を中
止する。ブラインド駆動機構内には各ブレードの移動量
と移動速度とをモニターするエンコーダ、タコジェネレ
ーター等が設けられ、これらからの位置情報と速度情報
とは制御系に送られ、レチクルステージの走査と同調さ
せるために使われる。

【００３６】こうしてレチクルＲは、最大幅の開口ＡＰ
を通過した照明光で照射されつつ、一定速度でＹ方向に
送られ、図１０（Ｄ）の位置に達する。次に、レチクル
Ｒの進行方向と逆方向にあるブレードＢＬ1 のエッジＥ
1 の像が、レチクルＲのショット領域の左側の遮光帯Ｓ
Ｂｌにかかった時点から図１０（Ｅ）に示すように、ブ
レードＢＬ1 のエッジＥ1 の像をレチクルＲの移動速度
と同期させて同一方向に移動させる。そして、左側の遮
光帯ＳＢｌが右側のブレードＢＬ2 のエッジ像によって
遮蔽された時点（このとき左側のブレードＢＬ1 も移動
してきて、開口ＡＰの幅Ｄapは最小値ＤＡmin になって
いる）で、レチクルステージ３０とブレードＢＬ1 の移
動を中止する。

【００３７】以上の動作によってレチクルＲの１回の走
査による露光（１ショット分の露光）が終了し、可変ブ
ラインドが閉じられる。このような動作は二つの可変ブ
ラインド１２３及び１２５についてそれぞれ行われ、二
つのブラインドの開閉時期は、図３で説明したような関
係になるようにブラインド制御装置４４で制御される。

【００３８】かかる可変ブラインドを用いればレチクル
ステージの走査方向のストロークを最小限にすることが
できるとともに、走査方向に関するショット領域の両側
を規定する遮光帯ＳＢｌ，ＳＢｒの幅Ｄsbも少なくて済
む（極端には遮光帯ＳＢ１、ＳＢｒが不要となる）等の
利点がある。

【００３９】上記のように可変ブラインド２３及び２５
を特開平４−１９６５１３号記載のような可変視野絞り
として機能させる代わりに、レチクル上の遮光帯の幅を
大きくしてもよい。この場合、可変ブラインド２３及び
２５は、固定ブラインド１２３及び１２５を通ってレチ
クル１及び２に向かう照明光を、走査露光に使用される
レチクルに応じて、交互に遮光するシャッターとして働
く。

【００４０】上記実施例では、レチクルを２枚使用する
場合を説明したが、３枚以上のレチクルを用いてもよ
い。３枚以上のレチクルを用いる場合には、１枚のレチ
クルが走査露光に使用されている間に、その他のレチク
ルのうち少なくとも１枚のレチクルが次の走査露光のた
めに走査開始位置にセットされればよく、２枚のレチク
ルを用いる場合に比べてかかるセット動作をゆっくりと
行わせることができる。

【００４１】上記実施例では、光源からの照明光を、ハ
ーフミラー３６を用いて固定ブラインド１２３及び１２
５に向かうように分割しており、さらに投影光学系内に
もハーフミラー４を用いているため、ウエハに達する光
量は光源における光量の１／４に減衰する。これを防止
するために、ハーフミラー３６及び光学部材４を偏光ビ
ームスプリッタとして利用して露光条件に合わせてレー
ザビームの偏光特性を回転させてもよい。但し、この場
合、結像特性に影響が出るので光学部材４の射出側にλ
／４板を入れる必要がある。さらに本実施例において、
投影レンズは瞳位置で分割されており、比較的大きなス
ペースを必要とする。このため、各収差が大きくなり、
光学設計が困難になることが考えられるが、非球面レン
ズを用いることにより分割型の投影光学系の設計を一層
容易にすることができる。

【００４２】また、ハーフミラー３６，４等によって、
走査露光時のウエハ１での照明光の強度がレチクル２Ａ
と２Ｂとで異なり得る。そこでＺ，チルトステージ８上
の照度計８（図示しない）を用いて、予め、レチクル２
Ａ及び投影光学系（５，４，３）を通ってウエハに達す
る照明光の強度と、レチクル２Ｂ及び投影光学系（６，
４，３）を通ってウエハに達する照明光の強度を計測し
ておき、走査露光時にはいずれのレチクルであってもウ
エハに適正な露光量を与えられるように、その計測され
た強度に応じてレチクル２Ａの走査速度とレチクル２Ｂ
の走査速度とを微調整することが望ましい。このとき、
レチクル２Ａと２Ｂとでその走査速度が異なっているの
で、それに連動してウエハ１の走査速度をショット毎に
調整（変更）することになる。

【００４３】上記実施例では光源としてエキシマレーザ
を用いたが、水銀ランプのｉ線等の各種照明光源を用い
ても同様の効果が得られる。また、投影光学系として実
施例に記載のような分割型光学系を使用したが、分割型
光学系と同様の効果が得られるように反射型光学系で投
影光学系を構成することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明の投影露光装置を用いることによ
って、感光基板上で一方向に配列している複数のショッ
ト領域を、連続して走査露光することができる。従っ
て、露光時のウエハのジグザグ走行は不要となり、露光
工程のスループットを大幅に向上させることができる。
また、ウエハステージの余分なステップ動作が除去され
るために、ウエハステージの寿命が向上することにな
る。本発明の投影露光方法は、露光時間を大幅に短縮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置の一具体例の概略側面図
である。

【図２】図１の投影露光装置において、照明フィールド
に対するレチクルの走査方向を示し、(a) は、投影光学
系の露光フィールドに対するレチクルの走査方向を示
し、(b) は、ウエハ上での露光フィールドに対するレチ
クルの走査方向を示する図である。

【図３】本発明の投影露光装置において２枚のレチクル
を用いて走査露光が行われている様子を示す概念図であ
り、露光されているウエハのショット上における固定ブ
ラインドにより画定される開口と可変ブラインドとの位
置関係を示し、(1a)及び(1b) は、ショットＳ₁による
露光が終了する段階であり、(2a)及び (2b) は、ショッ
トＳ₁からＳ₂に露光走査が移る段階を示し、(3a)及び
(3b) はショットＳ₁による露光を開始する段階を示す
図である。

【図４】本発明の投影露光装置を用いてウエハ１上でＹ
方向に配列する３つショットＳ₁，Ｓ₂及びＳ₃を露光
する場合のウエハの走査経路を示す平面図である。

【図５】図４に示した経路での露光動作の時刻ｔにおけ
る、レチクルＲ１の走査方向（Ｙ方向）の移動速度
ｖ_R1、レチクルＲ２の走査方向（Ｙ方向）の移動速度ｖ
_R2、ウエハ（ステージ）の走査方向（Ｙ方向）の移動速
度ｖ_Wを示すグラフである。

【図６】従来のステップアンドスキャン方式で複数のシ
ョットを走査露光した場合のウエハの走行軌跡を示す図
であり、ウエハ１のＸ方向に並んだ３つのショット
Ｓ₁、Ｓ₂及びＳ₃を順次露光した場合、ウエハステー
ジがジグザグ走行する様子を示すウエハ平面図である。

【図７】図６に示したウエハステージの走行が行われる
際、露光動作時刻ｔにおける、レチクルステージのＸ方
向の移動速度ｖ_R、ウエハステージの走査方向（Ｘ方
向）の移動速度ｖ_W1とそれに直交する方向のウエハステ
ージの移動速度ｖ_W2を示すグラフである。

【図８】本実施例で使用した可変ブラインド２３及び２
５の概略平面図である。

【図９】本実施例の投影露光装置に装着可能なレチクル
Ｒと可変ブラインドの開口ＡＰとの配置関係を示す平面
図である。

【図１０】本実施例の走査露光におけるかかるレチクル
Ｒに対する開口ＡＰの開閉動作を示すレチクルＲの側面
図である。

【符号の説明】

１ウエハ２Ａ，２Ｂレチクル３レンズ後群４ビームスプリッタ５，６レンズ前群９ＸＹステージ１１，１４レチクルステージ２３，２５可変ブラインド３０，３１照明光学系３７エキシマレーザ３９，４０干渉計４２，４３レチクル駆動機構４４ブラインド制御装置４８ショット領域４９，５０開口１００制御装置１２３，１２５固定ブラインド１４９，１５０照明フィールド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクと感光基板を一次元方向に同期走
査しながらマスク上のパターン像を感光基板上に露光す
る投影露光装置であって、２枚以上のマスクをそれぞれ一次元方向に移動する２つ
以上のマスクステージと、上記マスク上のパターン像を上記感光基板上に投影する
投影光学系と、上記感光基板を上記投影光学系の光軸と直交する２次元
方向に移動する感光基板ステージと、上記感光基板ステージの移動に連動して、上記２つ以上
のマスクステージの移動を制御して２枚以上のマスクの
各パターン像で感光基板を走査露光するためのマスクス
テージ制御手段と、上記マスクの位置に同期して、走査露光が行われるマス
クを順次照明する照明系とを備える上記投影露光装置。
【請求項２】上記照明系が、上記２枚以上のマスクへ
の照明光路をそれぞれ開閉可能な２つ以上の可変視野絞
りと、２枚以上のマスクのうち走査露光が行われるマス
ク用の可変視野絞りを順次開放する可変視野絞り制御手
段とを備える請求項１の投影露光装置。
【請求項３】上記２つ以上の可変視野絞りが、それぞ
れ、走査方向の幅が可変である開口と前記照明系により
照明されるマスクの転写領域の位置に応じて前記開口の
走査方向の幅を変動させる手段とを備える請求項２の投
影露光装置。
【請求項４】上記２枚以上のマスクがそれぞれ上記投
影光学系を介して上記感光基板と共役である請求項１〜
３のいずれか一項の上記投影露光装置。
【請求項５】２枚以上のマスクと感光基板とを同期走
査することによって、感光基板上のショット領域を順次
露光するステップアンドスキャン方式の投影露光方法で
あって、上記２枚以上のマスクのうち一つのマスクと感光基板と
を同期走査して感光基板上のショット領域を露光する工
程Ａと、工程Ａとほぼ並行して、走査露光に用いたマスクとは異
なる少なくとも一つのマスクを次の走査露光のための走
査開始位置に移動する工程Ｂと、直前の走査露光工程に用いたマスクとは異なるマスクと
感光基板とを同期走査して感光基板上の次のショット領
域を走査露光する工程Ｃと、工程Ｃとほぼ並行して、走査露光しているマスクとは異
なる少なくとも一つのマスクを次の走査露光のための走
査開始位置に移動する工程Ｄと、を含み、上記工程Ａ及びＢの後に、工程Ｃ及びＤを繰り返すこと
によって感光基板上で走査方向に沿って並ぶ複数のショ
ット領域を連続的に走査露光する上記投影露光方法。
【請求項６】２枚のマスクを用いて、マスクと感光基
板とを同期走査することによって、感光基板のショット
領域を順次露光するステップアンドスキャン方式の投影
露光方法であって、第１のマスクを照明しながら、第１のマスクと感光基板
とを相対走査して感光基板上のショット領域を露光する
工程Ａと、工程Ａとほぼ並行して、第２のマスクを走査開始位置に
移動させる工程Ｂと、上記工程Ａが終了した後に、第２のマスクを照明しなが
ら、第２のマスクと感光基板とを相対走査して感光基板
上の次のショット領域を露光する工程Ｃと、工程Ｃとほぼ並行して、第１のマスクを走査開始位置に
移動させる工程Ｄとを含み、上記工程Ａ〜Ｄを繰り返すことによって感光基板上で走
査方向に沿って並ぶ複数のショットを連続的に走査露光
する上記投影露光方法。
【請求項７】感光基板上に走査方向に配列している複
数のショットを連続的に走査露光した後に、該走査方向
と直交する方向に感光基板をステップ移動させることを
含む請求項５または６の投影露光方法。
【請求項８】第１のマスク及び第２のマスクへの照明
光を交互に遮光することによって、走査露光が行われる
マスクにのみ照明する請求項５〜７のいずれか一項の投
影露光方法。
【請求項９】複数のマスクを用いてマスクと感光基板
とを同期走査することによって感光基板のショット領域
を順次露光するステップアンドスキャン方式の投影露光
方法であって、感光基板を走査方向に連続的に移動しながら、走査方向
に並んでいる複数の感光基板上のショット領域を、複数
のマスクのパターン像で露光する上記投影露光方法。