トップ :: H 電気 :: H01 基本的電気素子




【発明の名称】 露光方法及び装置、並びにデバイスの製造方法
【発明者】 【氏名】小沢 謙

【氏名】浜谷 正人
【要約】 【課題】

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 露光光を発生する光源と、前記露光光を集光して所定のパターンが形成されたマスクを照明する照明光学系と、前記マスク上での前記露光光の照度を均一化する照度分布均一化光学系と、感光基板を載置するステージとを有し、前記露光光のもとで前記マスクのパターンを前記ステージ上の感光基板上に露光する露光装置において、前記光源と前記マスクとの間で前記露光光の一部を分岐する分岐光学系と、該分岐光学系により分岐された前記露光光を前記マスクと共役な面で受光する第１の受光手段と、前記ステージ上で前記感光基板の近傍に受光面を有し、前記照明光学系よりマスクを介して照射される前記露光光を受光する第２の受光手段と、前記第１の受光手段の出力信号と前記第２の受光手段の出力信号との比を求め、該比の設定を行う感度制御手段と、該設定された２つの出力信号の比及び前記第１の受光手段の出力信号に基づいて前記感光基板に対する前記露光光の露光量の制御を行う露光量制御手段とを有する事を特徴とする露光装置。
【請求項２】 前記ステージ上に照度基準となる第３の受光手段を配置し、前記感度制御手段は、該第３の受光手段の出力信号に基づいて前記第１の受光手段及び前記第２の受光手段の感度の較正を行う事を特徴とする請求項１記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイス又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際に使用される露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィー技術を用いて製造する際に、レチクルのパターンを直接に又は所定の割合で縮小してウエハ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いるので、従来の露光装置では、露光光の照明光学系中にビームスプリッターを配置して、このビームスプリッターにより分岐した露光光の光量をモニターすることにより、そのウエハ上での露光量をモニターしている。そして、そのウエハ上での露光量がその適正露光量に達したときにそのウエハの現在のショット領域への露光を停止することにより、露光量制御が行われる。
【０００３】これに関して近年、半導体デバイス等は微細化の一途を辿り、回路パターンの最小線幅がサブミクロンの領域に達しようとしている。このため、例えば縮小投影型の露光装置においては、より大きい開口数の投影光学系が開発されているが、半導体デバイス等の更なる微細化に対応するためには、露光光の波長を更に短波長化する必要がある。
【０００４】そこで、現在多用されている水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）等の露光光の代わりに、今後は更に短波長の光であるエキシマレーザー光が有望視されている。エキシマレーザー光は、レーザー光源の発振媒体のガスの種類により異なる波長になるが、現在では、例えば発振媒体として弗化クリプトン（ＫｒＦ）を用いる波長２４８ｎｍのエキシマレーザー光、又は発振媒体として弗化アルゴン（ＡｒＦ）を用いる波長１９３ｎｍのエキシマレーザー光等が有望視されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光光としてエキシマレーザー光を使用した場合、露光光用の照明光学系又はビームスプリッター等の光学部品の硝材及びコーティング膜の反射率がそのエキシマレーザー光の照射により、次第に変化する場合があることが分かった。これはエキシマレーザー光の照射によりその光学部品の硝材及びコーティング膜の屈折率等が変化することによるものと考えられる。
【０００６】この場合、エキシマレーザー光の光量をモニターするために照明光学系中に配置されたビームスプリッターの反射率も変化し、そのビームスプリッターにより分岐されたエキシマレーザー光のエネルギーとウエハ上に達するエキシマレーザー光のエネルギーとの比も変化することになる。従って、この比が一定のものと仮定してそのウエハへの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虞がある。
【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、レチクルのパターンを露光光のもとでウエハに転写すると共に、その露光光の一部をビームスプリッター等を介して取り出してそのウエハに対する露光量をモニターする場合に、露光光の照射により照明光学系の光学部品又はそのビームスプリッター等の反射率が変化してもそのウエハに対する露光量を正確にモニターできる露光装置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】本発明による露光装置は、例えば図１に示す如く、露光光を発生する光源（１）と、その露光光を集光して所定のパターンが形成されたマスクＲを照明する照明光学系（１４〜１８）と、そのマスクＲ上でのその露光光の照度を均一化する照度分布均一化光学系（１２）と、感光基板Ｗを載置するステージ（１９）とを有し、その露光光のもとでそのマスクＲのパターンをそのステージ（１９）上の感光基板Ｗ上に露光する露光装置において、その光源（１）とそのマスクＲとの間でその露光光の一部を分岐する分岐光学系（１３）と、この分岐光学系（１３）により分岐されたその露光光をそのマスクＲと共役な面で受光する第１の受光手段（２９）と、そのステージ（１９）上でその感光基板Ｗの近傍に受光面を有しその照明光学系（１４〜１８）よりそのマスクＲを介して照射されるその露光光を受光する第２の受光手段（２０）とを有する。
【０００９】更に本発明は、その第１の受光手段（２９）の出力信号とその第２の受光手段（２０）の出力信号との比の設定を行う感度制御手段（２３）と、この設定された２つの出力信号の比及びその第１の受光手段（２９）の出力信号に基づいてその感光基板Ｗに対するその露光光の露光量の制御を行う露光量制御手段（２３）とを有するものである。
【００１０】また、そのステージ（１９）上に照度基準となる第３の受光手段（２１）を配置し、その感度制御手段（２３）が、この第３の受光手段（２１）の出力信号に基づいてその第１の受光手段（２９）及びその第２の受光手段（２０）の感度の較正を行うようにしてもよい。
【００１１】
【作用】斯かる本発明によれば、露光光の照射によって、分岐光学系（１３）からステージ（１９）上の第２の受光手段（２０）までの光学部品の硝材又はコーティング膜の反射率が変化しても、例えば感光基板Ｗの交換時又は所定の感光基板Ｗをステージ（１９）上に載置したときに、その感度制御手段（２３）は第１の受光手段（２９）の出力信号と第２の受光手段（２０）の出力信号との比を測定してその比を所定の値に設定する。このように露光の直前に設定された２つの出力信号の比及びその第１の受光手段（２９）の出力信号を用いることにより、その露光量制御手段（２３）は感光基板Ｗに対する露光量の絶対値を正確に制御することができる。
【００１２】また、そのステージ（１９）上に照度基準となる第３の受光手段（２１）を配置した場合には、１箇月に１度等の一定の頻度で、第１の受光手段（２９）及びステージ（１９）上の第２の受光手段（２０）の出力信号の較正を行う。これにより第１の受光手段（２９）及び第２の受光手段（２０）の経時変化等による感度の変化を補正することができ、感光基板Ｗに対する露光量の絶対値の制御をより正確に行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明による露光装置の一実施例につき図１及び図２を参照して説明する。本例は露光光としてエキシマレーザー光を用いる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構成を示し、この図１において、１はＫｒＦエキシマレーザー光のレーザー光源であり、このレーザー光源１の両端にブリュースタ窓２及び３が取り付けられている。また、一方のブリュースタ窓２の外側にエタロン４を介して反射鏡５が配置され、他方のブリュースタ窓３の外側に半透過鏡６が配置されている。
【００１４】レーザー光源１の自然発振の波長は２４８ｎｍで帯域幅は３００ｐｍであり、この帯域幅を３ｐｍに狭帯化するためエタロン２が設けられている。なお、ここではエタロン２のみを示したが、グレイティング及びプリズム等で狭帯化してもよい。また、ブリュースタ窓２及び３は、特定の角度の偏光に対してほぼ無反射となるので、この偏光成分の光のみが反射鏡５と半透過鏡６との間で増幅される。その結果、レーザー光源１は直線偏光で発振し、ほぼ直線偏光のレーザビームＬＢ０が半透過鏡６を介して外部に射出される。エキシマレーザー光はパルス発振されるレーザー光であり、レーザー光源１の発振状態及び射出されるレーザービームのパワーはレーザー電源７により制御される。
【００１５】半透過鏡６から射出されたレーザービームＬＢ０は、レンズ７及び８よりなるビーム整形光学系により所望の断面形状の平行光束に整形され、そのビーム整形光学系から射出されたレーザービームＬＢ１は、１／４波長板１０によって直線偏光から円偏光に変換されて反射鏡１１で反射された後にフライアイレンズ１２に入射する。フライアイレンズ１２の射出面には多数の２次光源が形成され、これら多数の２次光源からのレーザー光が重畳的にビームスプリッター１３に入射し、ビームスプリッター１３を透過したレーザー光は、第１リレーレンズ１４、レチクルブラインド１５、第２リレーレンズ１６、反射鏡１７及び主コンデンサーレンズ１８を経て均一な照度分布でレチクルＲを照明する。レチクルブラインド１５は、第２リレーレンズ１６及び主コンデンサーレンズ１８に関してレチクルＲと共役であり、レチクルブラインド１５によりレチクルＲ上の照明視野が設定される。
【００１６】そのレーザー光のもとでレチクルＲのパターンが両側（又は片側）テレセントリックな投影光学系ＰＬによってウエハＷ上に結像され、レチクルＲのパターンがウエハＷ上に投影露光される。フライアイレンズ１２の射出面（２次光源形成面）と投影光学系ＰＬの瞳（入射瞳）面Ｅｐとは共役である。１９はそのウエハＷが載置されたウエハステージを示し、このウエハステージ１９はウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内で位置決めするＸＹステージ及びウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸方向に位置決めするＺステージ等より構成されている。
【００１７】ウエハステージ１９上のウエハＷの近傍には光電変換素子よりなる照射量モニター２０を配置し、ウエハステージ１９上の他の位置に光電変換素子よりなり照度の絶対値を高精度に計測できる基準照度計２１を配置する。照射量モニター２０と基準照度計２１との夫々の受光面の高さはウエハＷの表面の高さとほぼ一致するように設けられている。この基準照度計２１は照射量モニター２０等を較正する場合に使用するが、それ以外の場合には露光光が照射されないようにカバー２２で覆っておく。２３は装置全体の動作を制御する主制御系を示し、照射量モニター２０の光電変換信号は可変増幅器２４を介して検出信号Ｐ１として主制御系２３に供給され、基準照度計２１の光電変換信号Ｐ２も主制御系２３に供給され。
【００１８】また、ウエハステージ１９の上に移動鏡２５を取り付け、この移動鏡２５によりレーザー干渉計２６からのレーザービームを反射することにより、レーザー干渉計２６はウエハステージ１９の座標を計測する。主制御系２３はそのレーザー干渉計２６で求められた座標等に基づいて駆動装置２７を介してウエハステージ１９の位置決めを行う。
【００１９】また、フライアイレンズ１２の直後のビームスプリッター１３で反射されたレーザー光は、集光レンズ２８を介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ２９の受光面に入射する。集光レンズ２８により、インテグレータセンサ２９の受光面は主光路の視野絞りとしてのレチクルブラインド１５と共役の位置に配置されている。従って、インテグレータセンサ２９の受光面はウエハＷの露光面とも共役な面に配置されており、このインテグレータセンサ２９の光電変換信号が可変増幅器３０を介して検出信号Ｐ０として主制御系２３に供給されている。ウエハＷに対する露光を行う際には、インテグレータセンサ２９はレーザー光源１から射出されるパルスレーザービームのパワー（パルス光のピーク出力）に比例した光電変換信号を発生し、主制御系２３がその検出信号Ｐ０を積算していくことにより、ウエハＷに対する積算露光量をモニターすることができる。
【００２０】ところで、露光装置の重要な特性の一つとしてウエハＷ上の照度むらがある。この照度むらの測定方法を図２を参照して説明する。図２は照度むらの測定を行う場合の主制御系２３の機能ブロック図を示し、この図２において、主制御系２３は図１の駆動装置２７を介してウエハステージ１９を駆動して、照射量モニター２０の受光面で投影光学系ＰＬの露光領域全域を走査させる。その際に、主制御系２３はレーザー干渉計２６を介して照射量モニター２０の２次元座標（Ｘ，Ｙ）を読み取る。同時に主制御系２３は、図１のレーザー電源７を介して一定の出力（一定の放電電圧）でレーザー光源１を発振させた状態で、インテグレータセンサ２９及び照射量モニター２０の光電変換信号を取り込む。
【００２１】そして、インテグレータセンサ２９から可変増幅器３０を介して取り込まれた検出信号Ｐ０及び照射量モニター２０から可変増幅器２４を介して取り込まれた検出信号Ｐ１を、主制御系２３の内部でそれぞれピークホールド回路３１及び３２を介して割算手段３３に供給する。エキシマレーザー光がパルス光であるために、ピークホールド回路３１及び３２でそれぞれ対応する検出信号のピーク値〈Ｐ０〉及び〈Ｐ１〉を検出するようにしている。その割算手段３３では、２個のピーク値の比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を算出して処理手段３４に供給する。また、レーザー干渉計２６で得られた照射量モニター２０の座標（Ｘ，Ｙ）は主制御系２３の内部で、座標変換手段３５によりアドレスに変換されて処理手段３４に供給される。
【００２２】処理手段３４は、供給された比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉をメモリ３６のデータ端子ＤＡに供給し、対応するアドレスをメモリ３６のアドレス端子ＡＤに供給する。これにより比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉が座標（Ｘ，Ｙ）に対応する形式でメモリ３６に記憶される。主制御系３４は、メモリ３６に記憶されている比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を読みだして表示手段３７に座標（Ｘ，Ｙ）に対応する形式で表示する。照度むらの測定時には、図１のレチクルＲとしては全面にパターンのないレチクルを入れておくか、又はレチクルＲを載せていない状態で測定を行う。これによりウエハＷ上の照度むらを正確に計測することができる。
【００２３】次に、ウエハＷへの露光時にウエハＷへの露光量をモニターする方法について説明する。図１において、ウエハＷへの露光時には照射量モニター２０でウエハＷ上での露光量を直接計測することはできないので、インテグレータセンサ２９から可変増幅器３０を介して得られた検出信号Ｐ０を利用して計測する。この場合、予め、カバー２２を外した基準照度計２１を用いるか又は別の基準となる照度計を用いて、照射量モニター２０の較正をしておく。更に、露光開始前に照射量モニター２０から可変増幅器２４を介して得られた検出信号Ｐ１とインテグレータセンサ２９から可変増幅器３０を介して得られた検出信号Ｐ０との比の値、より正確には検出信号Ｐ１のピーク値〈Ｐ１〉と検出信号Ｐ０のピーク値〈Ｐ１〉との比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を求めて記憶しておく。
【００２４】この際に、レチクルＲとしては、実際に露光対象とされているレチクルＲの他に、或る部分だけパターンの存在しないテストレチクルを用いてもよい。更に、レチクルＲが存在しない状態で測定を行ってもよい。実際に露光対象となるレチクルＲの透過率をＴとすると、レチクルの存在しないときに求めた２つのピーク値の比は、〈Ｐ１〉・Ｔ／〈Ｐ０〉に変換して記憶しておく。
【００２５】次に、露光対象とするレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光する際には、主制御系２３はインテグレータセンサ２９から可変増幅器３０を介して得られた検出信号Ｐ０のピーク値〈Ｐ０〉だけをモニターする。このピーク値よりウエハＷ上での露光量に対応するピーク値〈Ｐ１〉（又は〈Ｐ１〉・Ｋ）は演算により求めることができる。先ず、主制御系２３は、レーザー電源７を介してレーザー光源１の出力を制御して、そのインテグレータセンサ２９の受光量を示すピーク値〈Ｐ０〉が所定の値になるようにする。露光が１パルスで終了する場合にはこれで露光量制御が行われる。また、ウエハＷ上の各ショットにつき複数パルスで露光するときは、主制御系２３はそのパルス毎にピーク値〈Ｐ０〉を積分することでウエハＷの各ショット領域への積算露光量を検出し、この積算露光量が適正露光量に達した所でそのショット領域への露光を停止する。これにより１ショットあたりの総露光量が適正露光量に設定される。
【００２６】ただし、露光を継続して行ったような場合には、照射エネルギーの蓄積等によりビームスプリッター１３から投影光学系ＰＬまでの光学部品の硝材又はコーティング膜等の反射率が変化して、最初に記憶した比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉が変化する虞がある。そこで、本例ではレチクルＲの交換時又は定期的に、インテグレータセンサ２９の出力と照射量モニター２０の出力との比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を実測する。そして、その比の値が変動している場合には、今回計測した比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を記憶する。つまり、最初に記憶した比の値から今回計測した比の値に変更することにより、比の設定を行う。この後に、インテグレータセンサ２９の出力信号に基づいて露光量をモニターすることにより、ウエハＷへの適正露光量を確保することができる。
【００２７】また、本例ではウエハステージ１９上に照度基準となる基準照度計２１が設けられているので、これを用いた３通りの較正手順を以下に述べる。
［第１の較正手順］先ず基準照度計２１の受光面を投影光学系ＰＬの像面に移動して、基準照度計２１の出力信号をＰ２を計測する。そして、インテグレータセンサ２９の出力信号Ｐ０を計測し、所定の固定された係数αを用いて、次式が成立するようにインテグレータセンサ２９の出力信号のゲインを自動調整する。
Ｐ０×α＝Ｐ２【００２８】次に、照射量モニター２０を投影光学系ＰＬの像面の位置に移動して、照射量モニター２０の出力信号Ｐ１を計測する。そして、インテグレータセンサ２９の出力信号Ｐ０を基準として、次式が成立するように照射量モニター２０の出力信号のゲインを自動調整する。
Ｐ０×α＝Ｐ１【００２９】［第２の較正手順］第１の較正手順と同様に所定の固定された係数αを用いるが、最初に基準照度計２１の出力信号を用いて照射量モニター２０の出力信号の較正を行い、次に基準照度計２１の出力信号を用いてインテグレータセンサ２９の出力信号の較正を行う。
【００３０】［第３の較正手順］先ず、基準照度計２１を投影光学系ＰＬの像面に移動し、出力信号Ｐ２を計測する。そして、インテグレータセンサ２９の出力信号Ｐ０を計測して、次式が成立するように係数αの値を変更する。
Ｐ０×α＝Ｐ２次に、照射量モニター２０を投影光学系ＰＬの像面に移動し、その出力信号Ｐ１を計測する。そして、その変更された係数αを用いて、次式が成立するように照射量モニター２０の出力信号のゲインを自動調整する。
Ｐ０×α＝Ｐ１【００３１】上述の何れかの較正手順に従って、基準照度計２１を用いて１箇月に１度等の一定の頻度でウエハステージ上の照射量モニター２０及びインテグレータセンサ２９の較正を行うようにしてもよい。これにより、照射量モニター２０及びインテグレータセンサ２９のレーザー光の照射による経時変化を補正することができる。
【００３２】次に、本発明の他の実施例につき図３を参照して説明する。図１に対応する部分に同一符号を付して示す図３において、反射鏡１１とフライアイレンズ１２との間に偏光解消素子３８を配置する。この偏光解消素子３８は、楔型の水晶板３９と楔型の石英板４０とを光軸に沿って配置したものであり、水晶板３９と石英板４０とを回転してエキシマレーザー光を直線偏光からランダム偏光に変換する。従って、本例では図１の１／４波長板１０は必要がない。また、本例の偏光解消素子３８により図１の可変増幅器３０と同様の機能を果たすことができる。他の構成は図１と同様である。
【００３３】本例でも露光開始前に照射量モニター２０から可変増幅器２４を介して得られた検出信号Ｐ１とインテグレータセンサ２９から可変増幅器３０（又は単なる増幅器）を介して得られた検出信号Ｐ０との比の値、より正確には検出信号Ｐ１のピーク値〈Ｐ１〉と検出信号Ｐ０のピーク値〈Ｐ１〉との比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を求めて記憶しておく。そして、レチクルＲの交換時等にその比の値〈Ｐ１〉／〈Ｐ０〉を実測し、この比の値が変動していた場合には偏光解消素子３８の水晶板３９と石英板４０との相対的な回転角を調整してレーザー光の偏光状態を変化させる。これによりビームスプリッター１３の反射率等が変化して、そのインテグレータセンサ２９の受光量、ひいてはピーク値〈Ｐ０〉を較正することができる。
【００３４】なお、上述実施例において、ウエハステージ１９上の照射量モニター２０の代わりに例えば携帯型の照度計を使用してもよい。また、本発明を投影光学系を使用しないプロキシミティ方式の露光装置に適用した場合でも、同様の効果を得ることができる。このように、本発明は上述実施例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。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、例えば定期的に第１の受光手段の出力信号と第２の受光手段の出力信号との比の補正を行うことにより、露光光の照射により照明光学系の光学部品又は分岐光学系等の反射率が変化してもそのウエハに対する露光量を正確にモニターできる利点がある。また、ステージ上に照度基準となる第３の受光手段を配置した場合には、より正確に感光基板への露光量を制御することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４１１２
【氏名又は名称】株式会社ニコン
【出願日】 平成４年６月１１日（１９９２．６．１１）
【代理人】 【識別番号】１０００９８１６５
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 聡
【公開番号】 特開２０００−３１０５４（Ｐ２０００−３１０５４Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【出願番号】 特願平１１−１９２０２３