JPH10223513A

JPH10223513A - 走査型露光装置

Info

Publication number: JPH10223513A
Application number: JP9027812A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Kobayashi; 直行小林
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-08-21

Abstract

(57)【要約】【課題】パルス光を用いて比較的高感度の感光材料に
露光する場合でも、ステージの走査速度をできるだけ低
くすることなく適正な露光量を得る。【解決手段】パルス光を減光するためのＮＤフィルタ
の透過率を最大値にリセットして、ステージを最大速度
に設定したときに得られる最小露光ドーズ量Ｓ_D- _minを
求めた後（ステップ１０３）、フォトレジストに対する
最適露光ドーズ量Ｓ_DがＳ_D-min以上であるときには、
最適露光ドーズ量Ｓ_Dに合わせてステージの走査速度Ｖ
_scanを変更し（ステップ１０８）、Ｓ_D＜Ｓ_D-minであ
るときには、露光パルス数が最小積算パルス数以上とな
る範囲で、最適露光ドーズ量Ｓ_Dに合わせてパルス光源
の発振周波数ｆ_laserを制御する（ステップ１０５，１
０７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【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で
用いられる露光装置に関し、更に詳しくはエキシマレー
ザ等の紫外パルス光源を露光光源として用いる走査型露
光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、例えば投
影光学系に対する負担をあまり重くすることなく比較的
大きなパターンを転写するために、レチクルのパターン
の一部を投影光学系を介して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）上に投影した状態
で、レチクル及びウエハを投影光学系に対して同期走査
することによって、レチクルのパターン像を逐次ウエハ
の各ショット領域に転写露光するステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置が使用されている。

【０００３】一般にフォトレジスト等の感光材料には適
正露光量が定められているが、ステッパのような一括露
光型の露光装置では例えば露光時間を制御することで比
較的容易に適正露光量が得られる。これに対して、ステ
ップ・アンド・スキャン方式のような走査型露光装置で
は、連続的に走査が行われているために単純な露光時間
の制御はできない。また、解像度を高めるためには、よ
り短波長の露光光を使用することが望ましいが、現状で
使用可能な最も短波長の露光光はＫｒＦエキシマレーザ
（波長２４８ｎｍ）、又はＡｒＦエキシマレーザ（波長
１９３ｎｍ）のようなエキシマレーザ光である。しかし
ながら、エキシマレーザ光はパルス光であるため、エキ
シマレーザ光を露光光とする走査型露光装置では、高度
な露光量制御を行う必要がある。

【０００４】即ち、走査型露光装置では、先ずレチクル
及びウエハが載置される各ステージの走査速度を変える
ことによって、ウエハ上の各点のフォトレジストに対す
る露光量（以下、「露光ドーズ量」とも呼ぶ）を制御で
きる。この場合、高感度、即ち適正な露光ドーズ量が小
さいフォトレジストを用いるときには、ステージ速度を
高くすればよく、これによってスループットが向上する
という利点があるため、フォトレジストの感度は年々向
上している。しかしながら、ウエハステージの最大走査
速度をＶ_scan-MAX(cm/s)、像面（ウエハ面）での露光光
の照度をＰ_ill(W/cm²)、ウエハ上でのレチクル像のスリ
ット状の露光領域（結像領域）の走査方向の幅をＷ_S(c
m)とおくと、ウエハステージの走査速度だけで制御でき
る露光ドーズ量の下限値Ｓ_D-min(J/cm²)は次のように
なる。

【０００５】Ｓ_D-min＝Ｐ_ill・（Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX）（１）また、エキシマレーザのようなパルス光源を露光光源と
する場合、通常パルス光ではパルス毎のエネルギにばら
つきがあるため、露光装置の性能として必要な照度均一
性を得るためには、所定の最小パルス数Ｎ_min以上のパ
ルス数でウエハ上の各点に露光を行って、パルスエネル
ギの積算を行う必要がある。この場合、像面上に到達す
る１パルス光当たりのエネルギをＤ_pulseとすると、積
算パルス露光によって決まる最小露光ドーズ量Ｓ’
_D-min(J/cm²)は、次のようになる。

【０００６】Ｓ’_D-min＝Ｄ_pulse・Ｎ_min （２）ここで、パルス光源の最大発振周波数をｆ_laser-MAX(H
z)としたとき、（１）式中の像面に達する時間平均的な
照度Ｐ_illは、次のようになる。Ｐ_ill＝Ｄ_pulse・ｆ_laser-MAX （３）これを（１）式に代入すると、次のようになる。

【０００７】Ｓ_D-min＝Ｄ_pulse・ｆ_laser-MAX・Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX （４）（２）式又は（４）式のどちらかよりも小さい露光ドー
ズ量に対しては、ＮＤフィルタ等を用いてパルス光を減
光しなくてはならないため、通常、使用するパルス光源
と露光装置との性能バランスという観点から、従来は次
のように（４）式のＳ_D-minと（２）式のＳ’_D-minと
を等しく置いていた。

【０００８】Ｓ_D-min＝Ｓ’_D-min （５）この場合には（１）式、（４）式より次の関係が成立す
る。Ｄ_pulse・ｆ_laser-MAX・Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX＝Ｄ_pulse・Ｎ
_min この式は次のように簡略化できる。Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX＝Ｎ_min／ｆ_laser-MAX （６）即ち、従来の走査型露光装置では、幅Ｗ_S等の装置パラ
メータを（５）式を満たすように設定していた。（５）
式は、最大走査速度Ｖ_scan-MAXで幅Ｗ_Sの領域を横切る
のに必要な時間と、最大発振周波数ｆ_laser-MAXのパル
ス光でＮ_minパルスだけ露光する時間とが等しくなるこ
とを意味している。そして、従来はフォトレジストに対
する適正露光ドーズ量が（５）式以上かどうかで、減光
機構としてのＮＤフィルタを使い分けていた。

【０００９】図５は、従来の露光量制御方法の一例を示
し、この図５において、先ずフォトレジストの最適露光
ドーズ量Ｄが求められ（ステップ２０１）、ＮＤフィル
タの透過率が最大透過率にリセットされた後（ステップ
２０２）、（４）式の最小露光ドーズ量Ｓ_D-min（ここ
では（２）式のＳ’_D-minと同じ）が算出される（ステ
ップ２０３）。そして、ステップ２０４で最適露光ドー
ズ量Ｄが最小露光ドーズ量Ｓ_D-minより小さい場合に
は、ステップ２０５でＮＤフィルタの透過率を１段低い
ものに変えてからステップ２０３に戻り、Ｄ≧Ｓ_D-min
となるまでＮＤフィルタの透過率が次第に低く設定され
る。その後、ステップ２０５からステップ２０６に移行
して、最適露光ドーズ量Ｄに合わせてウエハステージの
走査速度Ｖ _scanが変更された後（同様にレチクルステー
ジの走査速度も変更される）、ステップ２０７で走査露
光が行われていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来のパル
ス光源を用いる走査型露光装置においては、装置パラメ
ータで決定される、減光せずに露光できる最小露光ドー
ズ量があり、これより小さい露光ドーズ量に対してはＮ
Ｄフィルタ等の減光機構を用いて露光ドーズ量の調整を
行っていた。この場合、その減光機構として一般的に使
用されているＮＤフィルタは、エキシマレーザ光のよう
な紫外領域の露光光については任意の透過率を持ったフ
ィルタを作製するのが非常に困難であるため、作製可能
な透過率のフィルタを複数枚用意し、これらを組み合わ
せることにより複数段階の離散的な透過率を設定できる
ようにして、それらの中から必要な透過率に近い透過率
を選択していた。

【００１１】しかしながら、そのように透過率を離散的
な複数の透過率の何れかに設定する場合には、（４）式
の最小露光ドーズ量Ｓ_D-minは目的とする露光ドーズ量
に対して許容範囲内に収まらない場合が多く、この場合
には図５に示したように、更にステージ速度を下げるこ
とにより必要な露光ドーズ量に調整していた。そのた
め、本来は短時間に低い露光ドーズ量で感光できる高感
度のフォトレジストを使用した場合であっても、低いス
テージ速度で露光せざるを得なくなって、スループット
は逆に低下するという不都合があった。

【００１２】また、減光機構としてＮＤフィルタ以外
に、パルス光に対する透過率を連続的に正確に変更でき
る部材があればよいわけであるが、そのような部材は紫
外領域では使用が困難であるか、又は光量損失が大きく
最大透過率を１００％近くにできないために、パルス光
の利用効率が悪化するという不都合がある。更に、減光
機構を使用する代わりに、又は減光機構と併用する形で
露光光源の出力（パルスエネルギ）を或る程度連続的に
制御できれば、ステージの走査速度を最大速度に維持で
きる可能性がある。しかしながら、エキシマレーザ等の
パルスレーザ光源においては、パルス光の出力を変更す
るとパルスエネルギのばらつきの増大等の副作用がもた
らされる恐れがある。

【００１３】本発明は斯かる点に鑑み、パルス光を用い
て比較的高感度の感光材料に露光する場合でも、ステー
ジの走査速度をできるだけ低くすることなく適正な露光
量で露光を行うことができる走査型露光装置を提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による走査型露光
装置は、パルス光を出力する露光光源（２）と、転写用
パターンの形成されたマスク（Ｒ）を移動するマスクス
テージ（１５）と、感光基板（Ｗ）を移動する基板ステ
ージ（１９）と、を有し、露光光源（２）から供給され
るパルス光に対してマスクステージ（１５）及び基板ス
テージ（９）を介してマスク（Ｒ）及び感光基板（Ｗ）
を同期走査することによって、マスク（Ｒ）のパターン
を逐次感光基板（Ｗ）上に転写する走査型露光装置にお
いて、露光光源（２）におけるパルス光の発振周波数を
所定範囲内で調整するパルス周波数制御系（２２）と、
感光基板（Ｗ）に対するそのパルス光の露光量の制御を
行う露光量制御系（１３）と、を備え、そのパルス光の
パルスエネルギのばらつきの影響を抑えて所定の露光量
均一性を得るために最低限積算が必要なパルス数によっ
て定まる最小露光量Ｓ’_D-minに対して、マスクステー
ジ（１５）及び基板ステージ（１９）の最大走査速度に
応じて定まる露光量の下限値Ｓ_D-minを大きく設定して
おく。即ち、次式を満たすようにする。

【００１５】Ｓ_D-min＞Ｓ’_D-min （７）そして、露光量制御系（１３）は、感光基板（Ｗ）に対
する適正露光量がその最小露光量Ｓ’_D-minとその露光
量の下限値Ｓ_D-minとの間にあるときに、パルス周波数
制御系（２２）を介してそのパルス光の発振周波数を制
御することによって感光基板（Ｗ）に対する露光量の制
御を行うものである。

【００１６】斯かる本発明は、露光光源（２）としてエ
キシマレーザ等のパルスレーザ光源を使用した場合に、
単一パルス光当たりのエネルギ量を一定にしたまま、且
つ副作用を生じることなく発振周波数を容易に変更する
ことが可能であることに着目し、露光光源（２）の発振
周波数の制御によって所定範囲内で感光基板（Ｗ）に対
する露光量を制御するものである。これによって、種々
の感度を有する感光基板に対して、ステージ速度を最高
速度に維持した状態で適正露光量が得られる範囲が広が
るため、露光工程のスループットが向上する。

【００１７】本発明において、パルス光による感光基板
（Ｗ）上での露光領域（３１）の走査方向の幅をＷ_S、
基板ステージ（１９）の露光時の最大走査速度をＶ
_scan-MAX、露光量均一性を得るために最低限積算が必要
なパルス数をＮ_min、露光光源（２）の最大発振周波数
をｆ_laser-MAXとすると、（７）式が成立するときには
次の関係が成り立つ。

【００１８】Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX＞Ｎ_min／ｆ_laser-MAX （８）即ち、積算パルス露光によって決まる最小露光量Ｓ’
_D-minは（２）式となり、ステージ速度によって定まる
露光量の下限値Ｓ_D-minは（４）式となるため、これら
を（７）式に代入すると（８）式が得られる。（８）式
中で幅Ｗ_Sは通常は装置定数であり、発振周波数及びス
テージ速度はそれぞれｆ_laser-MAX及びＶ_scan-MAXより
小さい値を取ることができ、露光パルス数はＮ_minより
大きい値が可能であることに注意しながら、感光基板の
感度に応じて大きい露光量から小さい露光量に下げてい
く場合の露光装置の対応を考える。

【００１９】先ず、適正露光量が露光量の下限値Ｓ
_D-minより大きい範囲では、露光光源の発振周波数は最
大値ｆ_laser-MAXのままで、基板ステージの走査速度を
変化させることで露光量を変化させる。その適正露光量
が小さくなってくると、先にも述べたように露光パルス
数が最小積算パルス数Ｎ_minに達する前に、ステージ速
度が最大走査速度Ｖ_scan-MAXに達する。この状態が、適
正露光量＝Ｓ_D-minである。更に小さい適正露光量Ｓ_D
に対しては、適正露光量＜Ｓ_D-minとなる。

【００２０】この場合、感光基板（Ｗ）上での単一のパ
ルス光当たりの全照射エネルギをＥ _pulse、露光領域
（３１）の非走査方向の長さをＬ_S、露光光源（２）の
発振周波数をｆ_laser、感光基板（Ｗ）に対する適正露
光量をＳ_Dとすると、露光量の下限値Ｓ_D-minは次のよ
うになる。Ｓ_D-min＝（Ｅ_pulse・ｆ_laser-MAX）／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）従って、適正露光量＜Ｓ_D-minの関係は次式と同じであ
る。

【００２１】Ｓ_D＜（Ｅ_pulse・ｆ_laser-MAX）／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）（９）この関係が成立する範囲では、露光量制御系（１３）は
パルス周波数制御系（２２）を介して露光光源（２）の
発振周波数ｆ_laserを次の２つの条件を共に満たすよう
に最大発振周波数以下に設定することが望ましい。ｆ_laser-MAX≧ｆ_laser≧Ｎ_min・Ｖ_scan-MAX／Ｗ_S （１０）Ｓ_D＝（Ｅ_pulse・ｆ_laser)／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）（１１）その（１０）式は、走査中に積算できるパルス数Ｎが最
小積算パルス数Ｎ_min以上の状態を維持するための条件
である。即ち、パルス数Ｎは次のようになる。

【００２２】Ｎ＝（Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX）・ｆ_laser≧Ｎ_min この式を変形すると（１０）式の右側の関係式が得られ
る。また、（１１）式は適正露光量Ｓ_Dからパルス光の
発振周波数ｆ_laserを求めるための式である。このとき
ステージ速度を最大に保ったまま露光できるのでスルー
プットは最大となる。

【００２３】また、適正露光量Ｓ_Dが更に低下して最小
露光量Ｓ_D-minより小さくなると、（１０）式が成立し
なくなるため、従来と同様にＮＤフィルタ等の離散的な
減光機構を用いて単一パルス光当たりのエネルギを下げ
る。このように離散的な減光機構によりパルス光を減光
した状態でも、ステージ速度を最大走査速度のままにし
て露光量を制御できる範囲が広いので、スループットの
低下を最小限に抑えることが可能になる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図１〜図４を参照して説明する。本例は、パルス
発振型の露光光源を有するステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置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の概略構成を示し、この図１
において、露光時には光源系１内のエキシマレーザ光源
２から可変周波数のパルスレーザ光ＬＢが出力される。
エキシマレーザ光源２としては、ＫｒＦエキシマレーザ
（発振波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（発振
波長１９３ｎｍ）等が使用できる。なお、露光光源とし
て金属蒸気レーザ光源やＹＡＧレーザの高調波発生装置
等の他のパルス光源を使用してもよい。

【００２５】本例のエキシマレーザ光源２は、レーザ電
源２２の制御によって発振周波数ｆ _laserが可変となっ
ている。エキシマレーザ光源２の発振は、例えばコンデ
ンサに充電した電荷をトリガーパルスで開放することに
よる放電励起で行われるため、レーザ電源２２ではその
トリガーパルスの周波数を制御することでエキシマレー
ザ光源２の発振周波数ｆ_laserを制御することができ
る。最大発振周波数をｆ _laser-MAXとすると、パルスエ
ネルギの変動等の悪影響を与えることなく発振周波数ｆ
_laserを可変できる範囲は、一例として０．９・ｆ
_laser-MAX〜ｆ_laser- _MAX程度である。装置全体の動作
を統轄制御する主制御系１４が、レーザ電源２２に対し
てパルス発振の開始及び終了を指令し、後述の露光量制
御系１３がレーザ電源２２に対して発振周波数ｆ_laser
を設定する。

【００２６】エキシマレーザ光源２から射出されたパル
スレーザ光ＬＢは、ビーム整形光学系３により、後続の
フライアイレンズ８等に効率よく入射するようにビーム
の断面形状が整形される。ビーム整形光学系３から射出
されたパルスレーザ光ＬＢは、減光機構としての可変Ｎ
Ｄフィルタ板４に入射する。可変ＮＤフィルタ板４は、
パルスレーザ光ＬＢに対する透過率が１００％（素通
し）から順次所定の比率で離散的に低下する複数枚のＮ
Ｄフィルタを円板上に配置したものであり、露光量制御
系１３が駆動部４ａを介して可変ＮＤフィルタ板４を回
転することによって、所望の透過率のＮＤフィルタをパ
ルスレーザ光ＬＢの光路に配置できるように構成されて
いる。

【００２７】可変ＮＤフィルタ板４を通過したパルスレ
ーザ光ＬＢは、光路折り曲げ系５中の２つのミラー６Ａ
及び６Ｂを経て、照明系７中の照度分布均一化用のフラ
イアイレンズ８に入射する。フライアイレンズ８の射出
面には、照明系の開口絞り（不図示）が配置され、その
開口絞りを通過したパルスレーザ光ＬＢは、反射率が小
さく透過率の大きなビームスプリッタ９に入射する。ビ
ームスプリッタ９を透過したパルスレーザ光ＬＢは第１
リレーレンズ１０Ａを経て視野絞り１１に入射する。視
野絞り１１は、スリット幅が固定の固定視野絞り、及び
随時開口を閉じることができる可変視野絞りから構成さ
れ、可変視野絞りを閉じることで不要な部分への露光が
防止される。視野絞り１１を通過したパルスレーザ光Ｌ
Ｂは、第２リレーレンズ１０Ｂ、不図示のコンデンサレ
ンズ、及び不図示の光路折り曲げ用のミラーを介してレ
チクルＲ上のＸ方向に長い長方形の照明領域を均一な照
度分布で照明する。パルスレーザ光ＬＢのもとで、レチ
クルＲ上の照明領域内のパターン像が投影光学系ＰＬを
介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）でウ
エハＷ上に転写される。ウエハＷの表面には所定の感度
を有するフォトレジストが塗布されている。

【００２８】一方、照明系７中のビームスプリッタ９で
反射されたパルスレーザ光ＬＢは、光電変換素子よりな
るインテグレータセンサ１２で受光され、インテグレー
タセンサ１２の検出信号が露光量制御系１３に供給され
る。露光量制御系１３内の記憶部には、予め求めてある
インテグレータセンサ１２の検出信号とウエハＷ上での
パルスレーザ光ＬＢの実際の照射エネルギとの関係が記
憶されており、露光量制御系１３は、インテグレータセ
ンサ１３の検出信号よりパルスレーザ光ＬＢのウエハ上
に換算したパルスエネルギ及びそのばらつきを計測し、
この計測結果等に基づいてエキシマレーザ光源２の発振
周波数ｆ_laserを設定すると共に、これらの結果を主制
御系１４に出力する。また、主制御系１４は露光条件の
データ等を露光量制御系１３に供給する。

【００２９】次に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行に
Ｚ軸を取り、そのＺ軸に垂直な平面内で、図１の紙面に
平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取ってステー
ジ系につき説明する。先ず、レチクルＲはＹ方向に連続
移動可能なレチクルステージ１５上に保持され、レチク
ルステージ１５（レチクルＲ）の位置はレーザ干渉計１
６により計測され、レーザ干渉計１６の計測値は主制御
系１４に供給されている。主制御系１４はその計測値に
基づいて、リニアモータ等のレチクルステージ駆動系１
７を介してレチクルステージ１５の走査及び位置補正の
動作を制御する。

【００３０】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダを
介してＺ方向への移動、及び傾斜角の補正等が可能なＺ
チルトステージ１８上に保持されており、Ｚチルトステ
ージ１８はＹ方向に連続移動可能でＸ方向にも移動可能
なＸＹステージ１９上に載置されている。Ｚチルトステ
ージ１８（ウエハＷ）の位置はレーザ干渉計２０により
計測され、その計測値が主制御系１４に供給されてい
る。主制御系１４はその計測値に基づいて、送りねじ方
式の駆動モータ等のウエハステージ駆動系２１を介して
ＸＹステージ１９の走査及びステッピング動作を制御す
る。Ｚチルトステージ１８、及びＸＹステージ１９より
ウエハステージが構成されている。

【００３１】この場合、ウエハＷ上の各ショット領域間
の移動はＸＹステージ１９によるステッピング動作で行
われる。そして、各ショット領域への走査露光時には、
投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いて、レチクルＲがレ
チクルステージ１５を介して照明領域に対して＋Ｙ方向
（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_Rで走査されるのに同期し
て、ウエハＷはＸＹステージ１９を介して−Ｙ方向（又
は＋Ｙ方向）に速度β・Ｖ_Rで走査される。

【００３２】図２は、走査露光時のウエハＷ上の露光対
象のショット領域３２を示し、この図２において、ショ
ット領域３２上のＸ方向に長い長方形の露光領域３１に
レチクルＲのパターンの一部の像が投影されている。そ
して、走査露光によって露光領域３１に対してショット
領域３２が−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に走査されること
で、ショット領域３２の全面にレチクルＲの全部のパタ
ーン像が転写される。このように走査露光時にはレチク
ルステージ１５、及びウエハ側のＸＹステージ１９はＹ
方向に投影倍率βを速度比として走査されるため、レチ
クルステージ１５又はＸＹステージ１９の一方の最大走
査速度で両者の最大走査速度が決定される。このように
して定まるウエハ側のＸＹステージ１９の最大走査速度
をＶ_scan _-MAXとして、ＸＹステージ１９の走査速度をＶ
_scanとする。

【００３３】さて、本例のステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置においても、ウエハＷ上のフォトレ
ジストには適正な露光ドーズ量が定められており、その
情報は露光データファイルとして主制御系１４及び露光
量制御系１３に入力されている。そして、露光時にはウ
エハＷ上の各点に対する露光ドーズ量がその適正値に対
して許容範囲内に収まるように露光量制御が行われる。
本例ではステージの走査速度、エキシマレーザ光源２の
発振周波数ｆ_laser、及び可変ＮＤフィルタ板４におけ
る透過率（減光率）の制御を組み合わせて露光量制御を
行う。

【００３４】ここで、本例の露光量制御の原理につき説
明する。先ず、ステージの走査速度だけで露光ドーズ量
の制御を行うものとして、フォトレジストの適正な露光
ドーズ量をＳ_D(J/cm² )、ウエハの表面（像面）上での
パルスレーザ光ＬＢの照度をＰ_ill(W/cm²)、図２の露
光領域３１の走査方向の幅をＷ_S(cm)とおくと、ウエハ
側のＸＹステージ１９の走査速度Ｖ_scanは、次式で与え
られる。

【００３５】Ｖ_scan＝Ｗ_S／（Ｓ_D／Ｐ_ill）（２１）ところが、ＸＹステージ１９の走査速度には最大走査速
度Ｖ_scan-MAXという上限値があるため、ＸＹステージ１
９（更にレチクルステージ１５）の速度調整だけで変え
ることのできる露光ドーズ量には、（２１）式に対応し
た次のような下限値Ｓ_D-minがある。

【００３６】Ｓ_D-min＝Ｐ_ill・（Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX）（２２）適正な露光ドーズ量Ｓ_Dが（２２）式の下限値より小さ
い場合は、ステージ速度だけでは調整ができないため
に、本例ではエキシマレーザ光源２の発振周波数制御、
又は可変ＮＤフィルタ板４の透過率の制御等を行う。ま
た、本例のようにパルスレーザ光ＬＢを露光光として使
用する場合、パルスレーザ光では１パルス毎のエネルギ
にばらつきがあるため、幾つかのパルス光を像面上で積
算することで必要とする照度均一性を達成する。即ち、
パルス毎のエネルギばらつきの分布がほぼガウス型分布
に従うとして、１パルスのエネルギのばらつきをδＥ₁
とすると、Ｎパルス積算した場合のエネルギのばらつき
δＥ_Nは、次式で与えられ、露光パルス数Ｎの平方根に
反比例して小さくなる。

【００３７】 δＥ_N＝δＥ₁／Ｎ^1/2 （２３）本例では図１のエキシマレーザ光源２を例えばダミー発
光させて、インテグレータセンサ１２によって実際に各
パルス光のエネルギを計測し、露光量制御系１３で計測
結果の標準偏差等を求めることによって、１パルスのエ
ネルギのばらつきδＥ₁を求めることができる。そし
て、露光装置の性能として必要な照度均一性を得るため
の積算エネルギのばらつきδＥ_Nは予め設定されている
ため、露光量制御系１３では、（２３）式より求めた露
光パルス数Ｎを最低限積算が必要な最小積算パルス数Ｎ
_minとして記憶する。

【００３８】また、像面上に到達する１パルス当たりの
パルスレーザ光ＬＢのエネルギをＥ _pulse(J)、図２に示
す露光領域３１の非走査方向（Ｘ方向）の長さをＬ_S(c
m)とすると、１パルスで像面の単位面積当たりに到達す
るエネルギＤ_pulseは次のようになる。Ｄ_pulse＝Ｅ_pulse／（Ｗ_S・Ｌ_S)(J/cm²) （２４）従って、最小積算パルス数Ｎ_minによって決まる最小露
光ドーズ量Ｓ’_D-min(J/cm²)は、次のようになる。

【００３９】Ｓ’_D-min＝Ｄ_pulse・Ｎ_min ＝Ｅ_pulse・Ｎ_min／（Ｗ_S・Ｌ_S）（２５）この式で与えられる最小露光ドーズ量Ｓ’_D-minより小
さい露光ドーズ量を持つフォトレジストに対しては、図
１の可変ＮＤフィルタ板４の透過率を小さくすることに
より、単一パルス当たりのエネルギを小さくして対応し
なければならない。

【００４０】ここで、（２２）式と（２５）式との関係
を見る。エキシマレーザ光源２の最大発振周波数はｆ
_laser-MAX(Hz)であるため、像面に達するパルスレーザ
光ＬＢの時間平均的な照度Ｐ_ill(W/cm²)は、次のよう
になる。Ｐ_ill＝Ｄ_pulse・ｆ_laser-MAX ＝Ｅ_pulse・ｆ_laser-MAX／（Ｗ_S・Ｌ_S）（２６）これを（２２）式に代入すると次式が得られる。

【００４１】Ｓ_D-min＝｛Ｅ_pulse・ｆ_laser-MAX/(Ｗ_S・Ｌ_S)｝・（Ｗ_S/Ｖ_scan-MAX）＝（Ｅ_pulse・ｆ_laser-MAX)／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）（２７）（２５）式が主にエキシマレーザ光源２の性能から決ま
る減光せずに露光が可能な露光ドーズ量の制限であるの
に対し、（２７）式はレーザ光源以外にステージの性能
も入ってきている。これに関して、本例の投影露光装置
は、（２７）式のステージの最大走査速度で決まる露光
ドース量の下限値Ｓ_D-minが、次式のように最小積算パ
ルス数で決まる最小露光ドーズ量Ｓ’_D-minよりも大き
くなるように設定されている。

【００４２】Ｓ_D-min＞Ｓ’_D-min （２８）（２８）式に（２５）式と（２７）式とを代入して整理
すると、次式が得られる。Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX＞Ｎ_min／ｆ_laser-MAX （２９）この中で露光領域３１の走査方向の幅Ｗ_Sは装置定数で
あり、エキシマレーザ光源２の発振周波数ｆ_laser及び
ＸＹステージ１９の走査速度Ｖ_scanはそれぞれｆ
_laser-MAX及びＶ_scan-MAXより小さい値を取ることがで
き、露光パルス数ＮはＮ_minより大きい値が可能であ
る。以上の露光量制御の原理に基づいた、具体的な露光
量制御の一例につき図３のフローチャートを参照して説
明する。

【００４３】先ず、図３のステップ１０１で、図１の主
制御系１４は露光対象のウエハＷ上のフォトレジストの
最適露光ドーズ量Ｓ_Dを露光データファイルより求め
る。この最適露光ドーズ量Ｓ_Dは露光量制御系１３にも
供給され、ステップ１０２で露光量制御系１３は可変Ｎ
Ｄフィルタ板４の透過率を最大透過率（ここでは１００
％）にリセットする。更に、露光量制御系１３はレーザ
電源２２に対してエキシマレーザ光源２の発振周波数を
最大発振周波数ｆ_laser-MAXに設定する。次に、ステッ
プ１０３において、主制御系１４が図１の照明系７中の
視野絞り１１中の可変視野絞りを閉じた状態で、レーザ
電源２２を介してエキシマレーザ光源２にダミーでパル
ス発振を開始させるのに応じて、露光量制御系１３はイ
ンテグレータセンサ１２を介して像面に入射するパルス
レーザ光ＬＢの１パルス当たりのエネルギーＥ_pulseを
求めた後、（２７）式からステージの最大走査速度で決
まる露光ドーズ量の下限値Ｓ_D-minを求める。

【００４４】それに続くステップ１０４において、露光
量制御系１３は最適露光ドーズ量Ｓ _Dをその下限値Ｓ
_D-minと比較し、Ｓ_D≧Ｓ_D-minであるときには、ステ
ップ１０８に移行して、（２１）式よりＸＹステージ１
９の走査速度Ｖ_scanを決定する。（２１）式中のＰ_ill
は、（２６）式より算出される。その後、走査速度Ｖ_sc
_anは主制御系１４に供給され、ステップ１０９におい
て、その走査速度Ｖ_scanに基づいて走査露光が行われ
る。これによって、ウエハＷ上のフォトレジストは最適
露光ドーズ量Ｓ_Dで露光される。

【００４５】次に、ステップ１０４で、最適露光ドーズ
量Ｓ_Dがその下限値Ｓ_D-minより小さいときには、ステ
ップ１０５に移行して、露光量制御系１３はエキシマレ
ーザ光源２の最適な発振周波数ｆ_laserが存在するかど
うかを調べる。この場合、発振周波数ｆ_laserは最大発
振周波数ｆ_laser-MAX以下で、且つ露光パルス数Ｎが最
小露光パルス数Ｎ_minより小さくならない範囲で選択さ
れる。先ず、最適な露光ドーズ量Ｓ_D及び発振周波数ｆ
_laserをそれぞれ（２７）式のＳ_D-min及びｆ
_laser-MAXに代入することによって、最適な露光ドーズ
量Ｓ_Dを得るためのエキシマレーザ光源２の発振周波数
ｆ_laserを次式から求める。

【００４６】Ｓ_D＝（Ｅ_pulse・ｆ_laser）／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）（３０）また、発振周波数がｆ_laserであるときの露光パルス数
Ｎは次のようになる。Ｎ＝（Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX）・ｆ_laser （３１）従って、この露光パルス数Ｎが最小露光パルス数Ｎ_min
以上である条件は次のようになる。

【００４７】（Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX）・ｆ_laser ≧Ｎ_min （３２）（３２）式と、発振周波数ｆ_laserはｆ_laser-MAX以下
であるという条件を合わせると次のようになる。ｆ_laser-MAX≧ｆ_laser≧（Ｎ_min・Ｖ_scan-MAX）／Ｗ_S （３３）そこで、露光量制御系１３では、（３０）式から算出し
た発振周波数ｆ_laserが（３３）式を満たす場合には、
適当な発振周波数ｆ_laserが存在するものとしてステッ
プ１０７に移行して、図１のレーザ電源２２にエキシマ
レーザ光源２の発振周波数ｆ_laserを（３０）式で算出
される値に設定する。この後、ステップ１０９で走査露
光が行われる。

【００４８】また、ステップ１０５で、（３０）式より
算出される発振周波数ｆ_laserが（３３）式の範囲内に
無いときには、ステップ１０６に移行して露光量制御系
２３は図１の可変ＮＤフィルタ板４における透過率を１
段低い透過率に設定する。即ち、単一パルス当たりのエ
ネルギを下げることにより、小さい露光ドーズ量に対応
する。その後、動作はステップ１０３に戻り、主制御系
１４がエキシマレーザ光源２にダミー発振を行わせるの
に対応して、露光量制御系１３はパルスレーザ光ＬＢの
１パルス当たりのエネルギーＥ_pulseを求めた後、（２
７）式からステージの最大走査速度で決まる露光ドーズ
量の下限値Ｓ_D-minを求める。以下は上述の動作と同様
に、最適露光ドーズ量Ｓ_Dとその下限値Ｓ_D-minとの比
較結果に応じてステージの走査速度Ｖ_scan、又は発振周
波数ｆ_laserの制御が行われる。但し、この際にも（３
３）式を満たす発振周波数ｆ_laserが存在しないときに
は、可変ＮＤフィルタ板４の透過率が更に低い透過率に
設定される。

【００４９】図４の実線の曲線３３は、本例でこのよう
に露光量制御を行った場合に得られるスループットＦ
（単位時間当たりのウエハの処理枚数）の一例を示し、
図４の横軸はウエハ上のフォトレジストの最適露光ドー
ズ量Ｓ_Dであり、縦軸はその最適露光ドーズ量Ｓ_Dでの
スループットＦである。図４に示すように、最適露光ド
ーズ量Ｓ_Dが大きい範囲、即ちフォトレジストの感度が
低い範囲では、ステージの走査速度Ｖ_scanを低くするた
めスループットＦは小さい。そして、フォトレジストの
感度が高まり最適露光ドーズ量Ｓ_Dが小さくなって、こ
のＳ_Dが（２７）式の下限値Ｓ_D-min（図４ではＱ１で
表されている）に達すると、ステージの走査速度が最大
値となってスループットＦは最大値Ｆ１となる。更に最
適露光ドーズ量Ｓ_Dが小さくなっても、しばらくはエキ
シマレーザ光源２の発振周波数ｆ_la _serの制御に切り換
わるためスループットＦは最大値Ｆ１を維持する。しか
しながら、最適露光ドーズ量Ｓ_DがＱ２まで小さくなる
と、（３３）式が満たされなくなって可変ＮＤフィルタ
板４の透過率の変更、及びステージの走査速度Ｖ_scanの
制御が行われてスループットＦはＦ２まで低下する。

【００５０】その後、最適露光ドーズ量Ｓ_DがＱ２から
更に小さくなると、ステージの走査速度Ｖ_scanが高くな
るためにスループットＦは上昇し、最適露光ドーズ量Ｓ
_DがＱ３に達した時点で再びスループットＦは最大値Ｆ
１となり、以下スループットＦは周期的にほぼＦ１を維
持してはＦ２からＦ１へと変化する。。これに対して、
従来例ではエキシマレーザ光源２の発振周波数ｆ_laser
の制御が行われないために、図４において、最適露光ド
ーズ量Ｓ_DがＱ１に達してからはすぐに減光機構におけ
る減光率の変更が行われ、これに対応してステージの走
査速度Ｖ_scanの制御が行われるため、点線の曲線３４で
示すようにスループットＦはＦ３（＜Ｆ２）まで低下す
る。そして、最適露光ドーズ量Ｓ_Dが更に小さくなるに
つれて、スループットＦはほぼＦ３とＦ１との間を往復
するように変化する。従って、本例のようにエキシマレ
ーザ光源２の発振周波数を制御して露光量制御を行うこ
とによって、フォトレジストの感度が高く、最適露光ド
ーズ量Ｓ_Dが低い範囲でのスループットＦを高めること
ができることが分かる。

【００５１】なお、上述の実施の形態では、減光機構と
して可変ＮＤフィルタ板４が使用されているが、減光機
構としては他の機構を使用してもよい。また、上述の実
施の形態では露光領域３１の走査方向の幅Ｗ_Sは一定と
されているが、この幅Ｗ_Sの制御を組み合わせるように
してもよい。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。

【００５２】

【発明の効果】本発明の走査型露光装置によれば、感光
材料の感度が高くなり適正露光量が小さくなってステー
ジの走査速度が最高速度に達した後は、パルス光の発振
周波数の制御によって連続的に露光量を制御できるた
め、パルス光を用いて高感度の感光材料に露光を行う場
合でも、ステージの走査速度を高く維持したまま適正露
光量を得ることができる。従って、露光工程のスループ
ットを高めることができる。

【００５３】また、（８）式が成り立つ場合には、所定
の露光量均一性を得るための最小露光パルス数以上のパ
ルス数で露光するという条件を満たした上で、パルス光
の発振周波数の制御によって露光量を制御できる範囲が
確保される。また、（９）式を満たす露光量Ｓ_Dに対し
て（１０）式、（１１）式を満たす発振周波数で露光を
行う場合には、適正な露光量が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による走査型露光装置の実施の形態の一
例の投影露光装置を示す一部を断面とした構成図であ
る。

【図２】図１の投影露光装置により走査露光が行われる
ウエハ上のショット領域を示す平面図である。

【図３】その実施の形態における露光量制御動作の一例
を示すフローチャートである。

【図４】その実施の形態において得られるスループット
の一例を示す図である。

【図５】従来の露光量制御動作の一例を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１光源系２エキシマレーザ光源４可変ＮＤフィルタ板１２インテグレータセンサ１３露光量制御系１４主制御系ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１５レチクルステージ１９ＸＹステージ２２レーザ電源３１ウエハ上の露光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス光を出力する露光光源と、転写用
パターンの形成されたマスクを移動するマスクステージ
と、感光基板を移動する基板ステージと、を有し、前記
露光光源から供給されるパルス光に対して前記マスクス
テージ及び前記基板ステージを介して前記マスク及び前
記感光基板を同期走査することによって、前記マスクの
パターンを逐次前記感光基板上に転写する走査型露光装
置において、前記露光光源における前記パルス光の発振周波数を所定
範囲内で調整するパルス周波数制御系と、前記感光基板に対する前記パルス光の露光量の制御を行
う露光量制御系と、を備え、前記パルス光のパルスエネルギのばらつきの影響を抑え
て所定の露光量均一性を得るために最低限積算が必要な
パルス数によって定まる最小露光量に対して、前記マス
クステージ及び前記基板ステージの最大走査速度に応じ
て定まる露光量の下限値を大きく設定しておき、前記露光量制御系は、前記感光基板に対する適正露光量
が前記最小露光量と前記露光量の下限値との間にあると
きに、前記パルス周波数制御系を介して前記パルス光の
発振周波数を制御することによって前記感光基板に対す
る露光量の制御を行うことを特徴とする走査型露光装
置。
【請求項２】請求項１記載の走査型露光装置であっ
て、前記パルス光による前記感光基板上での露光領域の走査
方向の幅をＷ_S、前記基板ステージの露光時の最大走査
速度をＶ_scan-MAX、露光量均一性を得るために最低限積
算が必要なパルス数をＮ_min、前記露光光源の最大発振
周波数をｆ_lase _r-MAXとしたときに、次の関係が成り立
つことを特徴とする走査型露光装置。Ｗ_S／Ｖ_scan-MAX＞Ｎ_min／ｆ_laser-MAX
【請求項３】請求項２記載の走査型露光装置であっ
て、前記感光基板上での単一の前記パルス光当たりの全照射
エネルギをＥ_pulse、前記露光領域の非走査方向の長さ
をＬ_S、前記露光光源の発振周波数をｆ_laser、前記感
光基板に対する適正露光量をＳ_Dとして、該適正露光量
Ｓ_Dが次の範囲にあるときに、Ｓ_D＜（Ｅ_pulse・ｆ_laser-MAX）／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）前記露光量制御系は前記パルス周波数制御系を介して前
記露光光源の発振周波数ｆ_laserを次の２つの条件を満
たすように設定することを特徴とする走査型露光装置。ｆ_laser-MAX≧ｆ_laser≧Ｎ_min・Ｖ_scan-MAX／Ｗ_S 且つＳ_D＝（Ｅ_pulse・ｆ_laser）／（Ｌ_S・Ｖ_scan-MAX）