(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光源からのコヒーレンスを有する照明光によりマスクを照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明されたマスクのパターンを感光基板に投影する投影光学系と、前記照明光を前記マスクに対し周期的に移動させるべく前記照明光学系内の光学素子を周期的に駆動する駆動手段とを有する走査露光装置において、
前記感光基板上の照明領域を前記感光基板上の１点が通過するのに要する通過時間が前記駆動手段による前記光学素子の動作周期の整数倍となり、前記パルス光源の発振周期の前記動作周期に対する比が非整数となり、かつ前記動作周期は、前記発振周期を、前記比の整数倍が整数および整数に近い数のいずれかになるような当該整数倍した値となるように、前記感光基板の走査速度、前記動作周期および前記発振周期が設定される
ことを特徴とする走査露光装置。
【請求項２】
前記通過時間は、前記感光基板の走査方向における前記照明領域の幅の代表値と前記感光基板の走査速度とにより決まるものであることを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
【請求項３】
前記通過時間は、前記照明領域の光強度分布に基づく前記感光基板の走査方向における前記照明領域の実効的な幅と前記感光基板の走査速度とにより決まるものであることを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記光学素子としてのクサビ板を回転させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査露光装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記光学素子としてのミラーを振動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の走査露光装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の走査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製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、走査露光装置および該走査露光装置によるデバイス製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走査型の半導体露光装置では、ウエハ（被照射面）での露光量の均一性を調整する手段として、特開昭６２−１９３１２５号公報には、非走査方向の各座標に関して、照度が高い場合には、走査方向の照射範囲の幅を狭くし、反対に照度が低い場所では照射範囲を広げるように調整することによって、各座標毎に走査方向に積分した光量を均一にする方法が開示されている。
【０００３】
また、半導体露光装置の微細加工ヘの要求の高まりに伴い、より短波長の光源、具体的にはエキシマレーザの使用が必須となっている。エキシマレーザはパルス光源でコヒーレンスの高い光源で、そのまま露光装置に使用すると光源の照度分布がそのまま照射面に映り込んでしまう。そのため、特開平１０−３２１６４号公報では、照明光のコヒーレンスの異方性に着目し、コヒーレンスの低い方向を走査方向と略一致するように設定し、高い方向へ振動するような加振手段を設けて、照度むらを低減し照射面上での照度分布の均一化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のコヒーレントな光源を用いた半導体露光装置では、感光基板上の照度が変化して露光ムラが発生することになる。
すなわち、コヒーレントな光源を用いた半導体露光装置では、光源が持っている細かな照度ムラ（スペックル）の影響が感光基板上にまで及ぶことから、そのスペックルの影響を無くすために、能動的に光学素子を動かすことで、光軸を振り、スペックルの影響を取り除いている。
ところが、この光軸を振ることによる影響が、光計測センサ、特に感光基板の露光量を制御するディテクタに乗ってしまうこととなる。このディテクタは被照射面へ到達する光の一部分を導出、計測しているため、結果として感光基板上での照度が変化し、図１に示すような一種のダマサレ（照度外乱）が発生してしまう。
【０００５】
一方、半導体露光装置の露光量は感光基板上の照度の時間積分であらわされ、特に走査露光方式では、露光光が被照射面のある一点の通過に要する時間（図２：Ｐ）の区間積分値が感光基板上での露光量となる。そのため、走査型露光装置において、通過時間Ｐが一定であれば、時間的照度を一定にすることで、感光基板上での露光量を一定にすることができるが、実際には、上記したように光学素子の要因によるダマサレのために、感光基板上の照度が変化して露光ムラが発生することとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、感光基板上に発生する露光ムラを低減することが可能な走査露光装置および該走査露光装置によるデバイス製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、つぎの（１）〜（６）のように構成した走査露光装置および該走査露光装置によるデバイス製造方法を提供するものである。
（１）パルス光源からのコヒーレンスを有する照明光によりマスクを照明する照明光学系と、前記照明光学系により照明されたマスクのパターンを感光基板に投影する投影光学系と、前記照明光を前記マスクに対し周期的に移動させるべく前記照明光学系内の光学素子を周期的に駆動する駆動手段とを有する走査露光装置において、
前記感光基板上の照明領域を前記感光基板上の１点が通過するのに要する通過時間が前記駆動手段による前記光学素子の動作周期の整数倍となり、前記パルス光源の発振周期の前記動作周期に対する比が非整数となり、かつ前記動作周期は、前記発振周期を、前記比の整数倍が整数および整数に近い数のいずれかになるような当該整数倍した値となるように、前記感光基板の走査速度、前記動作周期および前記発振周期が設定される
ことを特徴とする走査露光装置。
（２) 前記通過時間は、前記感光基板の走査方向における前記照明領域の幅の代表値と前記感光基板の走査速度とにより決まるものであることを特徴とする上記（１）に記載の走査露光装置。
（３）前記通過時間は、前記照明領域の光強度分布に基づく前記感光基板の走査方向における前記照明領域の実効的な幅と前記感光基板の走査速度とにより決まるものであることを特徴とする上記（１）に記載の走査露光装置。
（４）前記駆動手段は、前記光学素子としてのクサビ板を回転させることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の走査露光装置。
（５）前記駆動手段は、前記光学素子としてのミラーを振動させることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の走査露光装置。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の走査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製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用することにより、コヒーレントな光の影響を受けず、かつ能動的に動かしている光学素子を原因とする光計測センサと非照射面の照度ダマサレを受けることのない良好な露光を行うことができる。これは、本発明者が鋭意検討した結果、スペックル除去の光学素子の動作周期Ｐ＿ｏｐｔを、感光基板上のある一点を露光光が通過する時間Ｐに比例させれば、照度ダマサレの区間積分値が０となるため、照度ダマサレによる露光ムラをなくすことができるという知見に基づくものである。
【０００９】
この点を更に説明すると、露光光の通過時間Ｐは、露光時に使用する露光光の走査方向分布幅Ｓｗと走査速度Ｖから導き出されるため、走査速度に比例させて光学素子の動作周期Ｐ＿ｏｐｔを設定し直すことが考えられる。
走査方向の露光光強度分布形状が矩形形状であれば、露光光の走査方向分布幅Ｓｗは一意に決まるが、実際には露光光の強度分布を矩形にすると、パルス光源を用いた場合、走査速度とパルス周期のずれが、露光むら増加への効き率が大きいことが知られている。そのため、実際には台形分布形状を始めとして、照射領域が漸近変化する形状を持たせること（図３）が有効である。そのような矩形形状以外の露光光強度分布をしている場合には、露光むらを最も少なくする露光光分布幅を実測する手段も持ちあわせることも必要である。さらに、照明形状が変わると、この露光光強度プロファイル形状も変わるので、照明モード毎に幅を計測し、光学素子の動作周期を最適化する方法が考えられる。
また、走査型露光装置においては、非走査方向の照度むらを除去するために露光光の走査方向分布幅をかえることが有効である（図４）。その場合は、非走査方向の露光光幅が定まらないため、最も露光むらの影響が少なくなるような周期Ｐ＿ｏｐｔを見つける手段も必要となる。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。図５は本発明の実施例における走査型の露光装置の概略構成を示した図である。
図５において、１は光源であるエキシマレーザ、３は光源１からのレーザ光のビーム形状を整形しかつ、インコヒーレント化するビーム整形光学系、５はオプティカルインテグレータ、６は２次光源であるオプティカルインテグレータ５からの光束でマスキングブレード９の面を照明するための集光レンズである。７はハーフミラーで、オプティカルインテグレータ５からの光束の１部を分割し、分割された光束はレンズ１１によってディテクタ１２に入射し、露光量のモニターが行われる。
【００１１】
スリット８は、マスキングブレード９の面から所定の距離だけ光軸方向にシフトした位置に置かれ、形状は紙面内で光軸と垂直な方向について光束を遮光する２組の遮光板からなっている。マスキングブレード９は４枚の独立に稼動する遮光板から構成され、結像レンズ１０によってレチクルＲ上に投影される。スリット８も結像レンズ１０によるレチクルＲ上に投影されるが、結像レンズ１０に関して、レチクルＲと光学的共役位置はマスキングブレード９の面であるので、スリット８による光強度分布は、図４に示すように台形状の分布となる。
【００１２】
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３は光路を折り曲げるための折り曲げミラーである。レチクルＲ上の回路パターンは、投影光学系１３によって感光基板Ｗ状に投影される。１６は感光基板を保持し、矢印で示された走査方向にレチクルＲと同期を取りながら、一定速度で走査を行うためのステージ１６である。ステージ１６上には、感光基板Ｗ面相当面上の照度を測定する照度計１４が配置されている。１５はディテクタ１２によって計測された光量から、感光基板Ｗ上に正確な露光量を供給するために、次のパルスの発光タイミング及び目標光量を計算する露光量演算部、１７は投影露光装置の主制御部である。
【００１３】
エキシマレーザコヒーレンスの高い光源を使用すると、光源の持っている細かな照度ムラ（スペックル）が感光基板Ｗにおいて反映されてしまう。走査型露光装置での照度ムラは、非走査方向での露光量ムラとなってしまうため、照明光を振るなどの処置をすることで、スペックルの除去を行なう。図５においては、クサビ板２を回転させることや、振動するバイブレーティングミラー４などの方法で、光の分布を能動的に振る処方が施されている。照明光源を見かけ振ることで、スペックルを除去出来る。
【００１４】
しかしながら光学素子により照明光を振ると、ディテクタ１２に照明光を導入するハーフミラー７の光量特性などの要因により、ディテクタ１２と感光基板Ｗ相当面上での照度を計測する照度計１４の照度の比が変化してしまう。そのため、ディテクタ１２において、照度を一定にするように光量演算部が計算しても、結果として感光基板Ｗでの露光量は、クサビ板２の回転周期または、バイブレーティングミラー４の振動周期が乗ってしまう。図１は露光量制御に使用するディテクタ１２と、感光基板Ｗ上での照明誤差を表しており、この時クサビ板２の回転周期、またはバイブレーティングミラー４の振動周期、すなわち照度ダマサレの周期Ｐ＿ｏｐｔが乗っている。
【００１５】
走査型露光装置での露光量は、感光基板Ｗでの照度の積分で与えられる。基本的には、照明光が感光基板Ｗ上のある１点を通り過ぎるのに要する時間Ｐにより積分された値が露光量となる。この積分時間Ｐは、感光基板Ｗ上での照明光の走査方向の幅Ｓｗと、走査速度Ｖとにより、Ｐ＝Ｓｗ／Ｖの関係で表すことができる。このとき、露光光の照度変動を
Ｉ＝ｂ＋ａ  ｅｘｐ（２πｔｊ／Ｐ＿ｏｐｔ）      （１）
とした場合、感光基板Ｗ上での露光量Ｅは以下の式のように与えられる。
Ｅ＝ｉｎｔｅｇｒａｌ［Ｉ］（Ｔ−Ｐ→Ｔ）        （２）
＝ｂＰ＋ａＰ＿ｏｐｔ／（２πｊ）ｅｘｐ（２πＴｊ／Ｐ＿ｏｐｔ）（１−ｅｘｐ（２πＰｊ／Ｐ＿ｏｐｔ））
ｉｎｔｅｇｒａｌ［ｆ］（ｔ０→ｔ１）は関数ｆをｔ０からｔ１にかけて区間積分することを表している。
【００１６】
ここで、（２）式の周期成分が除去されるためには、
ｅｘｐ（２πＰｊ／Ｐ＿ｏｐｔ）＝１      （３）
これを解いて、
Ｐ＝ｎＰ＿ｏｐｔ                        （４）
Ｓｗ／Ｖ＝ｎＰ＿ｏｐｔ                  （４）’
の成り立つ必要がある。したがって、感光基板Ｗ上を行き過ぎるのに必要とされる時間Ｐを露光光の揺動Ｐ＿ｏｐｔの整数倍になるように、同期をとることでこの成分を除去出来ることが分かる。
【００１７】
近年の露光装置では、短波長レーザ特に、エキシマレーザを光源として用いている。エキシマレーザはパルス光源であるため、実際には光学素子の振動周期と光源の周期から照度ダマサレの周期が発生する。光学素子の振動周期をＴ、パルス光源の発振周期をｔとしたとき、ｍ番目の照明光Ｉｍに乗ってくる照度バラツキは以下のように表される。
Ｉｍ＝ｅｘｐ（２πｍｔｊ／Ｔ）      （５）
したがって、
ｍｔ／Ｔ＝ｉｎｔｅｇｅｒ            （６）
となるｍに対して、ｍｔが照明光の変化周期Ｐ＿ｏｐｔとなる。
【００１８】
したがって、この周期と、ステージが感光基板上を通過する時間Ｐとについて（４）を成立させるようにすれば、照度ダマサレの無いシステムを構築出来る。パルス光源を用いた走査型露光装置の露光量設定では、光源の照度を変える手法の一つとして、光源の発振周波数を変更する方法が考えられる。その場合には、ｔの値が決定されているため、光学素子の振動周期Ｔを（６）式が成り立つように調整する必要がある。この時、ｍの値が小さい場合は、スペックル除去効果が薄れるために、スペックルを除去するためにはｍの値がどのくらい必要か、最低のｍの値を決定しておく必要がある。
【００１９】
なお、（６）式にてｔ／Ｔが整数となる時には、光束が常に一定位置にてスペックル状態が見かけ上は変わらなくなってしまうので、この状態に光学素子の動作周期を調整する事は無意味になる。
また、光学素子の動作周期安定性などの問題点が有り、（６）式の満たせない場合は、（６）式の値が整数に近くなるモードｍが存在し、その影響を受けることになり、その際、そのモードｍについて（４）式が成り立つように調整する必要がある。
【００２０】
たとえば、光源の発振周期が５９５Ｈｚ、光学素子の駆動周期を１０ｍｓｅｃ．とした場合、ｔ／Ｔ＝０．１６８となる。このとき、０．１６８×１２５＝２１となるため、照明光のダマサレは、１／５９５×１２５＝２１０．１［ｓｅｃ．］の周期がＰ＿ｏｐｔとなる。しかしながら、露光光が感光基板上のある一点を通過するのに要する時間は、１０秒未満であるので、２１０．１秒はナンセンスとなる。この時には０．１６８×６＝１．００８となるため、１／５９５×６＝１０．１［ｍｓｅｃ．］でのモードの影響を大きく受けるため、実質Ｐ＿ｏｐｔの値を１０．１［ｍｓｅｃ．］とした方が実際的である。
【００２１】
実際の装置では、レチクルＲと感光基板Ｗ、さらには露光領域を規定するマスキングブレード９が位置的な同期を取る必要がある。その時に、スリット８の走査方向幅Ｓｗと実際の走査速度Ｖとによる周期Ｐがクサビ板２または、バイブレーティングミラー４の周期の整数倍になるように、クサビ板２またはバイブレーティングミラー４の周期を主制御部１７が制御することにより実現する。
【００２２】
走査型露光装置では、スリット８の走査方向幅を変更することで、照度の調整ができるため、スリット幅Ｓｗが非走査方向の像高により、一定でない。その場合には、各非走査方向像高位置でのスリット幅Ｓｗの情報を使い、露光領域全体からもっとも周期ムラの影響が出ないような代表幅Ｓｗｃに対し、（４）’式を適用することが考えられる。代表幅Ｓｗｃを求める方法としては、スリット幅の平均値を用いる方法、スリット幅の最大と最小の真ん中の値をＳｗｃとする方法、等が考えられる。
【００２３】
また、走査型露光装置ではスリット８が光学的共役位置からずれた位置にあるため、照明光の光強度分布は基本的に台形形状をしている。そのため、実際に照度を均一にするための実行スリット幅はＳｗとは違う場合が考えられる。もっとも一般的な考えでは、台形強度分布の上底部分の５０％スレッショルドでの露光光幅Ｓｗｉを使うことが考えられる。また、照明形状によっては、台形形状分布ができない場合も考えられるため、その場合はＰ＿ｏｐｔの値を振ることで、最適な周期を実測することも考えられる。
【００２４】
また、本方式は感光基板上Ｗに所望の照度を与えるように光源１を制御している光量演算部１５において、除去しきれない周期の照度変動に対して、適用することも考えられる。そのときには、除去しきれない照度変動の周期をＰ＿ｏｐｔとして、本方式を適用すれば良い。
【００２５】
さらにステップ＆リピート方式により、マスクパターンを感光基板に転写する、静止型の露光装置では、感光基板に与えられる露光量は照度と露光時間により与えられる。したがって、この露光時間をＰと置き換えて、（４）式を適用することで、チップ間での露光量差のまったくない、良好な露光を行う静止型露光装置を構成できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、感光基板上に発生する露光ムラを低減することが可能な走査露光装置及び該走査露光装置によるデバイス製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露光量制御に使用するディテクタと、感光基板上での照明誤差を表す図。
【図２】露光装置の露光量は感光基板上の照度の時間積分で表されることを説明するための図。
【図３】本発明の実施の形態において、照射領域が漸近変化する形状を持たせることについて説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態において、非走査方向の照度むらを除去するために露光光の走査方向分布幅をかえることについて説明するための図である。
【図５】本発明の実施例における走査型の露光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１：光源
２：クサビ板
３：ビーム整形光学系
４：バイブレーティングミラー
５：オプティカルインテグレーター
６：集光レンズ
７：ハーフミラー
８：スリット
９：マスキングブレード
１０：結像レンズ
１１：レンズ
１２：ディテクタ
１３：投影光学系
１４：照度計
１５：露光量演算部
１６：ステージ
１７：投影露光装置の主制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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