JP2001196293A

JP2001196293A - 露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法

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Publication number: JP2001196293A
Application number: JP2000006489A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Takahashi; 和弘高橋; Yoshiyuki Nagai; 善之永井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2001-07-19
Also published as: US20010015798A1; US6744492B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スループットの低下を最小限にくい止め、適
正な露光量制御精度を確保する。【解決手段】露光光により、転写パターンが形成され
たレチクルＲを照明する照明光学系１００と、レチクル
Ｒのパターンを縮小投影する投影光学系１０とを有し、
照明光学系１００および投影光学系１０のうちの少なく
とも一部の光学素子に入射する露光光の量から、少なく
とも一部の透過率変化を予測する主制御系１０４を備
え、該主制御系１０４の予測結果に基いて、光源１とレ
チクルＲの間に置かれ露光光の一部を受光する光量検出
器１２の出力と光源１の発光光量との比例係数を補正す
るとともに、ウエハＷの受光面上の照度に対する光量検
出器１２の感度を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣやＬＳＩ等の
半導体デバイスを製造する工程のうち、フォトリソグラ
フィ工程に使用される露光装置等に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスをフォ
トリソグラフィ技術を用いて製造する際に、原版として
のレチクル（マスク）のパターンを直接に、または所定
の割合で縮小投影して、半導体ウエハ（感光基板）に塗
布された感光材に露光する露光装置が使用されている。
一般に、ウエハに塗布された感光材には適正露光量が定
められており、従来の露光装置では照明光学系の中にハ
ーフミラーを配置し、このハーフミラーによって分岐し
た露光光の光量を受光素子（第１の受光手段）によりモ
ニタし、その結果に応じて前述の適正露光量になるよう
露光量制御を行っている。

【０００３】近年の半導体デバイスの微細化に伴って、
遠紫外領域の光を発するエキシマレーザが露光装置の光
源として用いられてきている。しかしながら、露光光と
してエキシマレーザ光を使用した場合、照明光学系、ハ
ーフミラーなどの光学部品の硝材及びコーティング膜の
光学特性が次第に変化することが分かった。これはエキ
シマレーザ光の照射により、光学部品の硝材及びコーテ
ィング膜の透過率や屈折率などが変化することによるも
のと考えられる。したがって、ハーフミラーによって分
岐されたエキシマレーザ光の光量と、ウエハ上に達する
エキシマレーザ光の光量との比も変化することになり、
この比が一定のものと仮定して露光量制御を行うと、実
際の露光量と適正露光量との差が所定の許容値を超える
ことがある。

【０００４】また、通常光源であるエキシマレーザの発
光光量は、露光装置からパルス毎のエネルギに相当する
電圧を制御することで露光量制御を行っているが、照明
光学系の透過率が変化していくと、モニタしているエキ
シマレーザ光の光量から決定されるレーザの電圧値との
関係が変化してくる。透過率が低下すると、指令値に対
して透過率分低下した露光量しか得られず、精度よく露
光量制御を行うためには前のパルスのウエハ上に到達す
る光量が設定値より小さい場合は、次のパルスエネルギ
を大きくする必要があり、それに応じて高い印加電圧が
必要になる。この電圧が、許容電圧範囲からはずれると
所望の光量が得られなくなり、正確な露光量制御ができ
なくなる。

【０００５】このため、ウエハ近傍に受光素子（第２の
受光手段）と、マスクを載置した状態で前記転写パター
ン以外の箇所に前記露光光が透過する透過部とを配置
し、前述の照明光学系内の光量をモニタする第１の受光
手段における出力と、マスクが露光領域中から離れてお
り、ウエハ上への露光を中止しているときに露光光を前
記の透過部を透過させ、第２の受光手段に入射させて得
られた出力との比をとり、この比を用いて露光中の第１
の受光手段の感度を補正し、適正光量で露光を行う露光
方法が知られている。このとき同時に、光源の発光光量
に依存する光源に印加する指令電圧と、第１の受光手段
の出力の関係も補正することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に波
長が２００ｎｍ以下の真空紫外域では硝材の透過率が照
射時間と共に変化し、その変化量は１ｃｍ当たり０．１
〜０．３％であり、照射が終了すると徐々に緩和されて
いく。更に、その時定数は数十秒と非常に長い。また、
この透過率変化量は光源であるレーザのパルスエネルギ
や発振周波数、発振デューティ（バースト発振ＯＮ時間
／発振休止時間の比率）、露光時間、マスクの透過率や
照明範囲などの単位時間に光学部品に入射する光量によ
って変化する。特に露光を開始した直後では透過率の変
化率が著しい。そのため上述の第１の受光手段と感光基
板面までの間の硝材の透過率の変化は露光量制御精度の
観点から多大な問題がある。特に最近ではウエハが大口
径化してきたため、ウエハ交換間隔が大きくなってきて
いる。そのためウエハ交換時毎に上述の第１の受光手段
と第２の受光手段及び光源の電圧との関係を補正してい
たのでは、適正な露光量制御精度を維持することが難し
くなる。また、頻繁にこの補正を行うことによって、ス
ループットが低下してしまう。

【０００７】本発明は、スループットの低下を最小限に
くい止め、適正な露光量制御精度を保つことのできる露
光装置及び露光方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、転写パターンが形成された原版を、光源
から発した露光光により照明する照明光学系と、前記光
源と前記原版の間に置かれ前記露光光の一部を受光する
第１の受光手段と、前記原版のパターンを縮小投影する
投影光学系とを有し、前記転写パターンを感光基板上に
露光転写する露光装置において、前記照明光学系及び前
記投影光学系のうちの少なくとも一部の光学素子に入射
する前記露光光の量から、前記照明光学系及び前記投影
光学系のうちの少なくとも一部の透過率変化を予測する
透過率変化予測手段を有し、前記透過率変化予測手段の
予測結果に基づいて、前記第１の受光手段の出力と前記
光源の発光光量との比例係数を補正することを特徴とす
る。また前記第１の受光手段の出力と前記光源の発光光
量との比例係数を補正するとともに、前記感光基板面上
の照度に対する前記第１の受光手段の感度を補正するこ
とを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る露光装
置は、予め、光源のパルスエネルギや発振周波数、発振
デューティ、照明光学系内のＮＤフィルタの透過率、マ
スク透過率、照明範囲などの変化による照明光学系や投
影光学系の透過率の変化率を実験的に求めてこれを制御
パラメータとして持ち、実際の露光の際には上述の制御
パラメータの値から透過率の変化量を予測し、その予測
結果に基づいて、上述の第１の受光手段の出力と前記光
源の光量との比例係数を補正するとともに、前記感光基
板面上の照度に対する前記第１の受光手段の出力の感度
を補正することが可能である。

【００１０】また、本発明は、前記原版を保持し、光軸
と交差する方向に移動可能な原版ステージと、前記原版
を載置した状態で前記転写パターン以外の箇所にて前記
露光光が透過する透過部と、感光基板近傍にあって前記
透過部を透過した前記露光光を受光する第２の受光手段
とを有することが望ましい。また、前記透過率変化予測
手段は、前記第１の受光手段の出力、照明範囲及び前記
原版の透過率情報のうち、少なくとも１つの情報から透
過率変化を予測することが好ましく、前記光源はＫｒＦ
エキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ及びＦ₂レーザ
のうちから選定されることが好ましい。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例について、原版がレチクルで
ある走査型の投影露光装置を例として、図面を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係る走
査型の投影露光装置を示す概略図である。この走査型の
投影露光装置は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス、液
晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気へッド等の
デバイスを製造する際に用いられ、ビーム整形光学系
２、オプティカルインテグレータ３、コンデンサレンズ
４、ハーフミラー５、マスキングブレード６、結像レン
ズ７、ミラー８及び第１の受光手段である光量検出器１
２等を備え、これらにより、原版であるレチクルＲを光
源１から発した露光光で照明する照明光学系１００が構
成されている。また、この露光装置は、原版ステージと
してのレチクルステージ９、投影光学系１０、ウエハス
テージ１１、第２の受光手段である照射光量モニタ１３
等を有している。

【００１２】図１において、エキシマレーザなどの光源
１からの光束は、透過率調整用の所定の透過率を有する
ＮＤフィルタ２０を透過した後、ビーム整形光学系２に
よって所望の形状のビームに整形され、ハエノ目レンズ
等のオプティカルインテグレータ３の光入射面に指向さ
れる。ハエノ目レンズは複数の微小レンズの集合からな
るものであり、その光射出面近傍に複数の２次光源が形
成される。２１は２次光源の大きさや形状を決定する開
口絞りであり、照明範囲の大きさを示す代表値（σ値）
を変更する場合や斜入射照明を行う場合は、この開口絞
り２１を交換する。

【００１３】コンデンサレンズ４は、オプティカルイン
テグレータ３の２次光源からの光束でマスキングブレー
ド６をケーラ照明している。マスキングブレード６と原
版であるレチクルＲは結像レンズ７とミラー８によって
共役な関係に配置されており、マスキングブレード６の
開口の形状を定めることによってレチクルＲにおける照
明領域の形状と寸法が規定される。転写パターンが形成
されているレチクルＲはレチクルステージ９に吸着さ
れ、レチクルステージ９とレチクルＲは図１の矢印１６
の方向に走査される。レチクルステージ９には露光光を
透過させる透過部１４が設けられている。通常、レチク
ルＲにおける照明領域は、図１の矢印１６で示す走査方
向に短手方向を設定した長方形のスリット状である。

【００１４】投影光学系１０は、レチクルＲに描かれた
転写パターンを、感光材が塗布された感光基板としての
ウエハＷに縮小投影する。ウエハＷが置かれたウエハス
テージ１１は、図１の矢印１７の方向に走査され、かつ
紙面に垂直な方向に移動することで、ウエハＷの各露光
領域に対してレチクルＲの転写パターンの像を形成す
る。１０１は不図示の駆動機構によって、レチクルステ
ージ９とウエハステージ１１とを投影光学系１０の投影
倍率と同じ比率で、正確に、一定速度にて走査させるた
めの走査制御系である。

【００１５】光量検出器１２は、光量をモニタするため
のものであり、コンデンサレンズ４からの照明光束の一
部をハーフミラー５によって分割し、分割された光束を
モニタすることにより間接的にウエハＷに供給される露
光量をモニタしている。ウエハステージ１１上のウエハ
Ｗの近傍には、受光面の高さがウエハＷとほぼ同じ高さ
になる様に調整されたウエハＷ相当面上の光量を検出す
る照射光量モニタ１３が置かれる。

【００１６】また、光量検出器１２は、コンデンサレン
ズ４とハーフミラー５によってマスキングブレード６と
共役な関係となるよう配置され、ウエハＷの露光面、す
なわち照射光量モニタ１３の受光面とも共役な関係にな
っている。１０２は光量検出器１２からの信号を処理し
て、光源１の出力エネルギを適正な光量となるよう決定
する光量演算器であり、光源制御系１０３は光量演算器
１０２からの指令に応じて光源１に対する印加電圧を決
定し、光源１の出力エネルギを制御する。

【００１７】そして、本実施例に係る露光装置では、透
過率変化予測手段を構成する主制御系１０４が設けられ
ている。この主制御系１０４は、光源制御系１０３から
レーザの発振条件である電圧やパルスエネルギや発振周
波数や発振デューティ（バースト発振ＯＮ時間／発振休
止時間の比率）、更にＮＤフィルタ２０の透過率、レチ
クルＲの透過率、マスキングブレード６による照明範囲
などのパラメータから、照明光学系１００内の光学系の
透過率変化と投影光学系１０の透過率変化とを予測す
る。

【００１８】その予測結果から、主制御系１０４は、光
量検出器１２と照射光量モニタ１３の出力比の変化、及
び光量検出器１２の出力と光源制御系１０３で決定され
る光源１に対する印加電圧との関係の変化、を予測し、
光量検出器１２と照射光量モニタ１３の感度補正、及び
光源１に対する印加電圧と光量検出器１２の出力との関
係の補正を、露光動作が実行されている間中、常時行っ
ている。

【００１９】図２は光量検出器１２と照射光量モニタ１
３の出力比の測定を行う際のレチクルステージ９、透過
部１４及び照射光量モニタ１３の位置関係の一例を示し
た装置全体図である。主制御系１０４から光量検出器１
２と照射光量モニタ１３の感度補正を行う為の命令が出
されると、レチクルステージ９は、透過部１４が投影光
学系１０の光軸上に位置するよう、不図示の駆動機構に
よって矢印１８の方向に駆動され、ウエハステージ１１
は照射光量モニタ１３が光軸上に位置するよう同じく不
図示の駆動機構によって駆動される。

【００２０】図３は、図２に示した位置にレチクルステ
ージ９を移動させて、光量検出器１２と照射光量モニタ
１３の出力比の測定を行う際の、照射光量モニタ１３の
受光面と、レチクルステージ９の透過部１４の投影光学
系１０による投影像の関係を示した図である。図中、実
線で示した範囲が、照明光学系１００、及び投影光学系
１０によって照明される露光可能範囲（照明領域）２５
であり、破線で示した範囲が透過部１４の透過範囲２
６、ハッチングを施した範囲が照射光量モニタ１３の受
光範囲２７である。走査型露光装置においては、この露
光可能範囲２５は、通常、矢印１９で示した方向に短手
方向を有する長方形、あるいは円弧のスリット形状であ
る。

【００２１】照射光量モニタ１３の受光面の受光範囲２
７は、走査方向に関しては露光可能範囲２５よりも長
く、走査方向と直交する方向に関しては露光可能範囲２
５よりも十分に短い形状であることが望ましい。走査露
光でウエハＷ面における露光量の均一性を維持するため
には、走査方向に積算した光量が、走査方向と直交する
長手方向に一定であればよい。したがって、照射光量モ
ニタ１３を長手方向の複数の位置に移動させながら各位
置での光量を測定することによって、スリットの長手方
向の単位長さあたりの走査方向に関する積算照度（ｍＷ
／ｃｍ）が分かり、長手方向に関する照度分布の測定が
できる。

【００２２】この状態で、光源制御系１０３からの指令
により所定の印加電圧Ｖ０で光源１を発光させて、光量
検出器１２と照射光量モニタ１３に入射する光量を計測
する。ここで光量検出器１２で得られる信号をＳ０、照
射光量モニタ１３で得られる信号をＳ１とする。各々の
信号Ｓ０とＳ１は、印加電圧Ｖ０で光源１を発光させた
場合のウエハＷに相当する面上における単位時間内の、
あるいは１パルス当たりの光量、または所定パルス毎の
積算された光量に対応する値である。初期設定時（装置
の立ち上げ時や定期的なメンテナンス時）には、ウエハ
ステージ１１上に絶対照度計を取り付けて光量の測定を
行い、（ｇＳ０)ini＝（ｆＳ１)ini＝Ｅとなるよう感度
調整（ゲイン調整）を行う。ここで、Ｅは絶対照度計で
計測されたウエハＷ上の光量であり、ｇ，ｆはそれぞれ
出力信号Ｓ０，Ｓ１を光量に変換するゲインである。

【００２３】また、初期設定時には光源１の印加電圧Ｖ
に対する光量検出器１２で計測される信号Ｓとの関係を
とり、ｈ＝Ｖ／Ｓなる光量演算器１０２の指令に対する
電圧値の係数ｈの初期値が決定される。

【００２４】照明光学系１００内の光学系と投影光学系
１０の透過率変化がない場合には、ｇＳ０と実際のウエ
ハ面上の光量は等しいが、透過率変化が生じるとｇＳ０
と実際のウエハ面上の光量とが異なってくる。そこで、
主制御系１０４は単位時間に光学部材に入射する露光光
の照射量（光エネルギ）から、照明光学系１００内の光
学系と投影光学系１０の透過率変化を予測し、露光量設
定誤差を補正するために、補正係数αを計算し、ｇ＝ｇ
ini ×αとなるようにゲインの補正を行う。ここで、ｇ
ini は露光光が照射されていない初期状態での光量検出
器１２のゲインである。この補正により光量検出器１２
の出力からウエハＷ上の光量が正確に予測でき、適正な
露光量での露光が可能になる。

【００２５】同時に、適正な露光を行うためには光源制
御系１０３において、光源１に対して適正な印加電圧を
指示してパルスエネルギを設定する必要がある。照明光
学系１００内の透過率変化が無い場合は、光量検出器１
２の目標となる出力Ｓが得られるように、電圧Ｖ＝ｈ×
Ｓが光源制御系１０３において計算され、光源１に指示
されるが、照明光学系１００の透過率が変化した場合、
光源１から光量検出器１２までの透過率変化に応じた係
数ｈ’が求められ、光源１に指示される電圧はＶ＝ｈ’
×Ｓによって設定される。ここで、係数ｈ’は、補正係
数βとしてｈ’＝ｈ×βで計算される。

【００２６】次に、各パラメータに対する補正係数α及
びβの求め方について説明する。図４は主制御系１０４
が、照明光学系１００内の光学系と投影光学系１０の透
過率変化を予測するために、照射量に関連するパラメー
タと透過率変化の関係を測定する手順を説明したフロー
チャートである。ステップ１−１において主制御部１０
４は光源１の発振条件（パルスエネルギや発振周波数、
発振デューティ）を光源制御系１０３に指示し、所望の
ＮＤフィルタ２０を選択し、所望の透過率を有するレチ
クルＲをレチクルステージ９上に配置する。もちろん、
レチクルＲを使用しなくてもレチクルＲの透過率以外の
パラメータに関する測定であれば可能である。ここで、
図２に示す位置にレチクルステージ９を移動させ（ステ
ップ１−２）、光源制御系１０３からの指示により所定
の印加電圧Ｖ１で光源１を発光させて、初期の光量検出
器１２と照射光量モニタ１３の出力比を測定する（ステ
ップ１−３）。次に、ステップ１−４でレチクルステー
ジ９を図１の位置に移動させ、ステップ１−５で所望の
単位時間だけ設定された発振条件で照射を行う。あらか
じめ決められた時間の照射を行った後、所定回数の照射
終了（ステップ１−６）までは、ステップ１−２へ戻す
ため速やかにレチクルステージ９を図２の位置に移動さ
せ、ステップ１−３で所定の印加電圧Ｖ１で光源１を発
光させて、光量検出器１２と照射光量モニタ１３の出力
比を測定し、その後再びステップ１−４でレチクルステ
ージ９を図１の位置に移動させ、ステップ１−５で所望
の単位時間だけ設定された発振条件で照射を行う。この
動作を決められた回数だけ繰り返し、露光時間に対する
光量検出器１２と照射光量モニタ１３の出力比の変化を
記憶する。

【００２７】所定回数の照射終了（ステップ１−６）の
後は、レチクルステージ９を図２の位置に移動させた状
態（ステップ１−７）で、印加電圧Ｖ１で定期的に光源
１を発光させて、照射後の光量検出器１２と照射光量モ
ニタ１３の出力比変化を測定し（ステップ１−８）、ス
テップ１−９で放置し、ステップ１−１０で所定時間経
過したら、ステップ１−１１で照明光学系１００内の光
学系の透過率変化と投影光学系１０の放置時の透過率変
化を測定する。所定回数の測定終了（ステップ１−１
２）により、一連の測定が終る。

【００２８】次に、光源１のパルスエネルギまたは発振
周波数または照明光学系１００内のＮＤフィルタ２０の
透過率を変更するか、透過率の異なるレチクルＲに変更
する等の方法によって、単位時間に照明光学系１００内
の光学系と投影光学系１０に入射する光量を変更した条
件で、図４に示した方法で光量検出器１２と照射光量モ
ニタ１３の出力比の変化を測定する。

【００２９】この測定を繰り返し行った結果を図５に示
す。図５の例は、パラメータとしてＮＤフィルタ２０の
透過率をＴ１、Ｔ２、Ｔ３の３種類に変更させて図４に
示した手順で測定を行った結果であり、縦軸が照射光量
モニタ１３と光量検出器１２との出力比、横軸が経過時
間であって、横軸でＡの範囲は照射中であり、Ｂの範囲
は放置状態である。この結果から、ＮＤフィルタ２０の
透過率をパラメータとした場合に、各ＮＤフィルタ２０
の透過率に対する光量検出器１２の出力Ｓ０の関係と、
光量検出器１２と照射光量モニタ１３の出力比変化の係
数ｋ１と時定数τ１が計算される。この係数と時定数、
単位時間内の光量検出器１２の出力Ｓ０、時間ｔから、
光量検出器１２のゲインの補正係数αは、α＝ｆ（ｋ
１、Ｓ０、τ１、ｔ、α’）で計算される。時間ｔは前
の補正係数を計算した時点からの経過時間である。ｆ
は、図４に示す測定手順により得られ図５に示した測定
結果から決定される補正係数αを計算するための関数で
ある。α’は新しい補正係数αを計算する時点での補正
係数の値である。関数ｆは１例として照射時においては
α＝ｋ１×ＳＯ＋（α’−ｋ１×ＳＯ）×ｅｘｐ（−ｔ
／τ１）であり、放置時ではα＝α’×ｅｘｐ（−ｔ／
τ１）を使用する。光源１の印加電圧と光量検出器１２
の関係を補正する補正係数βに関しても、光源１の印加
電圧と光量検出器１２の出力比の変化から、補正係数α
と同様な関数系で表すことができる。この一連の測定
は、頻繁に実行する必要はないため、例えば、装置の立
ち上げ時や定期的なメンテナンス時等に行えば良い。

【００３０】図４及び図５で示した例では、照明光学系
１００内のＮＤフィルタ２０の透過率に対する係数ｋ１
を計算する方法を示したが、光源１のパルスエネルギや
発振周波数、発振デューティ（バースト発振ＯＮ時間／
発振休止時間の比率）をパラメータとした場合も、照明
光学系１００内の光学系の透過率変化と投影光学系１０
に単位時間に照射されるエネルギは、光量検出器１２で
モニタできるため、光量検出器１２の出力Ｓ０に対して
求められた係数ｋ１と時定数τ１が使用できる。もちろ
ん、それぞれのパラメータを独立に変化させながら光量
検出器１２と照射光量モニタ１３の出力比変化の測定を
行い、個々に係数と時定数を算出することも可能であ
る。

【００３１】実際の露光動作においては、レチクルＲの
照明範囲とレチクルＲの透過率は、デバイスの種類やレ
イヤ等毎に変化するが、この情報は光量検出器１２では
モニタできない。従って、光量検出器１２よりもウエハ
Ｗ側で、単位時間内に光学部材に入射する露光量に影響
のある項目に関しては、別途図４及び図５に示した方法
で個々に係数を算出しておく必要がある。図１に示した
露光装置の例では、マスキングブレード６によるレチク
ルＲの照明範囲とレチクルＲの透過率がこれに相当する
ため、照明範囲Ａに対する光量検出器１２の照射光量モ
ニタ１３に対する出力比変化の係数をｋ２、時定数をτ
２、同様にレチクルＲの透過率ＲＴに対する出力比変化
の係数をｋ３、時定数をτ３とし、これらをそれぞれ個
別に求め、光量検出器１２のゲインの補正係数αは、α
＝ｆ（Ｓ₀ 、Ａ、ＲＴ、ｋ１、ｋ２、ｋ３、τ１、τ
２、τ３、ｔ、α’）を使用して計算される。補正係数
βも同様に計算されるが、マスキングブレード６による
レチクルＲの照明範囲とレチクルＲの透過率には影響を
受けないので、この２つのパラメータは含まれない。

【００３２】図１及び図２には、補正係数α、βを算出
する際に、光量検出器１２と照射光量モニタ１３の出力
比を測定するために、レチクルステージ９上の透過部１
４を光軸上に移動していたが、この透過部１４は必ずし
も必要ではない。透過部１４が存在しない露光装置にお
いては、レチクルＲを保持しない状態であれば、レチク
ルステージ９のレチクルＲが置かれる部分を使用するこ
とで照射光量モニタ１３による光量測定が可能であり、
また、レチクルＲの透過率をパラメータとして投影光学
系１０の透過率変化を測定する場合も、レチクルＲ自身
に照射光量モニタ１３で計測可能な透過部を有するもの
であれば、その部分を使用して測定可能である。

【００３３】次に、図１及び図２に示した走査型の投影
露光装置の光量の設定と感度の補正について説明する。
まず、露光を行うためのジョブをロードする。この時、
投影光学系１０のＮＡ、照明条件（σ値や変形照明）、
マスキングブレード６の範囲などの条件もロードされ
る。ロードされた照明条件に基づいて照明光学系１００
の開口絞り２１の大きさや形状を選択し、マスキングブ
レード６は所定の範囲を遮光するように駆動される。こ
の時、主制御系１０４は、直前の露光終了時の補正係数
α、βの値と露光終了時からの経過時間から、その時点
での光量検出器１２のゲインの補正係数αと、光源１の
印加電圧と光量検出器１２の関係を補正する補正係数β
を計算する。次に、設定露光量をＥｗ（ｍＪ／ｃｍ
² ）、ステージの走査速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）、ウエ
ハＷ上のスリット幅をｄ（ｃｍ）とすると、光量検出器
１２の単位時間当たりの目標出力Ｓ０は、Ｓ０＝（Ｅｗ×ｄ／Ｖ）／Ｅ×Ｓ０ini ／α （１）となる。光量演算器１０２では、目標出力Ｓ０を得るた
めに光源１のパルスエネルギや発振周波数等の発振条件
を決定し、照明光学系１００内のＮＤフィルタ２０の透
過率を決定する。光量制御系１０３は光量演算器１０２
の指令に基づいて、所望のパルスエネルギを得るため
に、光源１の印加電圧ＶをＶ＝ｈ×β×Ｓ０（２）とし、所定の発振周波数で発光させる。

【００３４】実際の露光においては、光源１のパルスエ
ネルギは所定のエネルギばらつきがあるため、適正な露
光量を達成するためのパルス毎に微妙に目標値Ｓ０を変
更し、それに伴って（２）式によって光源１に対する指
令電圧も変更される。

【００３５】この条件に従って、順次ウエハＷ面上にレ
チクルＲのパターンが転写されていくが、主制御系１０
４は決められたタイミング毎に、光量検出器１２の計測
結果等から、α＝ｆ（Ｓ０、Ａ、ＲＴ、ｋ１、ｋ２、ｋ
３、τ１、τ２、τ３、ｔ、α’）の計算式によって、
常時最新のゲインの補正係数αを計算している。同様に
補正係数βの計算も行われる。この時、光源１の発振条
件やＮＤフィルタ２０の透過率は、主制御系１０４で計
算された最新の補正係数α、βを使用して、（１）の式
により決定された条件が満足するように設定され露光が
行われる。照明光学系１００や投影光学系１０の透過率
変化がある場合、所定のパルスエネルギを得るために計
算された光源１の印加電圧が、露光量制御のための変動
範囲を考量した電圧の許容範囲を超える場合がある。こ
のような場合、電圧が適正に設定できる範囲で光源１の
電圧を求め、この条件でのパルスエネルギの予測値か
ら、光源１の発振周波数やＮＤフィルター２０の透過率
が再決定される。

【００３６】本発明の上記実施例によれば、レチクルＲ
を保持し、光軸と直交する方向に移動可能なレチクルス
テージ９と、レチクルＲを載置した状態で転写パターン
以外の箇所にて露光光が透過する透過部１４と、ウエハ
Ｗ近傍にあって透過部１４を透過した露光光を受光する
照射光量モニタ１３とを有するので、レチクルＲを保持
したまま、ウエハＷ面上の照度に対する光量検出器１２
の感度の補正を行うことができ、スループットの低下を
回避できる。また、主制御系１０４が、光量検出器１２
の出力、照明範囲及びレチクルＲの透過率情報等から透
過率変化を予測するので、光学系の透過率の変化に対応
して、光量検出器１２の出力と光源１の発光光量との比
例係数を補正するとともに、ウエハＷ面上の照度に対す
る光量検出器１２の感度の補正を適正に行い、スループ
ットの低下をなくし、適正な露光量制御精度を確実に保
つことができるという利点がある。

【００３７】もちろん、本発明は、上記実施例によって
限定されず、種々の変形変更が可能である。例えば、ス
ループット低下に影響しない範囲で、照射光量モニタ１
３と光量検出器１２の出力比の測定から、光量検出器１
２の感度補正を行う方法と、本実施例で示した感度補正
を予測する方法を併用することも可能である。この場
合、透過部１４を透過して計測された光量検出器１２と
照射量モニタ１３の出力比から補正係数α、βを計算
し、主制御系１０４は計測結果の補正係数α、βに更新
して、以降の予測計算を行うようにしても良い。

【００３８】また、本発明の上記実施例では走査型露光
装置を例として説明したが、ステップアンドリピート型
の投影露光装置（所謂ステッパ）や、コンタクト方式、
プロキシミティ方式の露光装置に適用した場合であって
も同様の効果が期待できる。また、光源１は、ＫｒＦエ
キシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ及びＦ₂レーザ等
のうちから選定したものであればいずれでもよい。

【００３９】次に図１の投影露光装置を利用した半導体
デバイスの製造方法の実施例を説明する。図６は半導体
デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル
やＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設
計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２
（マスク制作）では設計した回路パターンを形成したマ
スク（レチクルＲ）を製作する。一方、ステップ３（ウ
エハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（ウエ
ハＷ）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前
工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、
リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形
成する。次のステップ５（組立て）は後工程と呼ばれ、
ステップ４によって作成されたウエハを用いてチップ化
する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボン
ディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工
程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成さ
れた半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等
の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完
成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００４０】図７は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハ（ウエハＷ）
の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエ
ハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形
成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステ
ップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込
む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジス
ト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上記
露光装置によってマスク（レチクルＲ）の回路パターン
の像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露
光したウエハを現象する。ステップ１８（エッチング）
では現象したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ
１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要とな
ったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行
うことによりウエハ上に回路パターンが形成される。

【００４１】本実施例の製造方法を用いれば、従来は難
しかった高集積度の半導体デバイスを製造することがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上、本発明の露光装置によれば、光学
系の透過率変化を予測する透過率変化予測手段の予測結
果に基づいて、第１の受光手段の出力と光源の発光光量
との比例係数を補正する、あるいはこれとともに、感光
基板面上の照度に対する該第１の受光手段の感度を補正
するので、光学系の透過率変化が起こっても装置のスル
ープットを低下させることなく、光量モニタの感度を精
度良く補正し、適正な露光量での露光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る露光装置を示した概略
構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る露光装置で、感度補正
を実施する場合の位置関係を示した概略構成図である。

【図３】照射光量モニタの受光範囲と透過部の透過範
囲と露光可能範囲の関係を示した図である。

【図４】図１に示した露光装置によるパラメータと透
過率変化の関係を測定する手順を表すフローチャートで
ある。

【図５】図４のフローチャートに表した手順で測定さ
れた出力比変化の結果を示すグラフである。

【図６】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【図７】図６の工程中のウエハプロセスの詳細を示す
図である。

【符号の説明】

１：光源、２：ビーム整形光学系、３：オプティカルイ
ンテグレータ、４：コンデンサレンズ、５：ハーフミラ
ー、６：マスキングブレード、７：結象レンズ、８：ミ
ラー、９：レチクルステージ（原版ステージ）、１０：
投影光学系、１１：ウエハステージ、１２：光量検出器
（第１の受光手段）、１３：照射光量モニタ（第２の受
光手段）、１４：透過部、２０：ＮＤフィルタ、２１：
開口絞り、１００：照明光学系、１０１：走査制御系、
１０２：光量演算器、１０３：光源制御系、１０４：主
制御系（透過率変化予測手段）、Ｒ：レチクル（原
版）、Ｗ：ウエハ（感光基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転写パターンが形成された原版を、光源
から発した露光光により照明する照明光学系と、前記光
源と前記原版の間に置かれ前記露光光の一部を受光する
第１の受光手段と、前記原版のパターンを縮小投影する
投影光学系とを有し、前記転写パターンを感光基板上に
露光転写する露光装置において、前記照明光学系及び前
記投影光学系のうちの少なくとも一部の光学素子に入射
する前記露光光の量から、前記照明光学系及び前記投影
光学系のうちの少なくとも一部の透過率変化を予測する
透過率変化予測手段を有し、前記透過率変化予測手段の
予測結果に基づいて、前記第１の受光手段の出力と前記
光源の発光光量との比例係数を補正することを特徴とす
る露光装置。
【請求項２】転写パターンが形成された原版を、光源
から発した露光光により照明する照明光学系と、前記光
源と前記原版の間に置かれ前記露光光の一部を受光する
第１の受光手段と、前記原版のパターンを縮小投影する
投影光学系とを有し、前記転写パターンを感光基板上に
露光転写する露光装置において、前記照明光学系及び前
記投影光学系のうちの少なくとも一部の光学素子に入射
する前記露光光の量から、前記照明光学系及び前記投影
光学系のうちの少なくとも一部の透過率変化を予測する
透過率変化予測手段を有し、前記透過率変化予測手段の
予測結果に基づいて、前記第１の受光手段の出力と前記
光源の発光光量との比例係数を補正するとともに、前記
感光基板面上の照度に対する前記第１の受光手段の感度
を補正することを特徴とする露光装置。
【請求項３】前記原版を保持し、光軸と交差する方向
に移動可能な原版ステージと、前記原版を載置した状態
で前記転写パターン以外の箇所にて前記露光光が透過す
る透過部と、前記感光基板近傍にあって前記透過部を透
過した前記露光光を受光する第２の受光手段とを有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】前記透過率変化予測手段は、前記第１の
受光手段の出力、照明範囲及び前記原版の透過率情報の
うち、少なくとも１つの情報から透過率変化を予測する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の露光
装置。
【請求項５】前記光源はＫｒＦエキシマレーザ、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ及びＦ₂レーザのうちから選定される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の露光
装置。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の露光装
置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイ
スの製造方法。