(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原板と基板とをスリット状の露光光束に対して相対的に走査移動させながら、前記原板のパターンを介して前記基板を露光する走査露光装置であって、
光源からの光で前記原板を照明するための照明光学系と、
前記光源から前記原板に至る前記照明光学系の光路から分岐した光路上の前記原板のパターン面と共役な位置に配置された光検出器と、
前記露光光束が照明する前記原板のパターン面の各位置について前記光検出器の出力に対する補正情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された補正情報を用いて前記光検出器の出力を前記各位置について補正する補正手段とを有し、
前記補正手段により補正された前記光検出器の出力に基づき露光量制御を行うことを特徴とする走査露光装置。
【請求項２】
前記補正情報は、前記露光光束が照明する前記原板のパターン面の各位置での反射光の光量に応じて決められたものであることを特微とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
原板と基板とをスリット状の露光光束に対して相対的に走査移動させながら、前記原板のパターンを介して前記基板を露光する走査露光方法であって、
前記露光光束が照明する前記原板の各位置について予め記憶された補正情報を用いて、光源から前記原板に至る照明光学系の光路から分岐した光路上の前記原板のパターン面と共役な位置に配置された光検出器の出力を前記各位置について補正し、該補正された出力に基づき露光量制御を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項４】
前記補正情報は、前記露光光束が照明する前記原板の各位置のパターン面からの反射光の光量に応じて決められたものであることを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
原板と基板とをスリット状の露光光束に対して相対的に走査移動させながら、前記原板のパターンを介して基板を露光する走査露光装置であって、
光源からの光で前記原板を照明するための照明光学系と、
前記光源から前記原板に至る前記照明光学系の光路から分岐した光路上の前記原板のパターン面と共役な位置に配置された第１の光検出器と、
前記パターン面からの反射光を検出するための第２の光検出器と、
予め求められた前記第１の光検出器の出力の変動分と前記第２の光検出器の出力の変動分との比率で、前記原板のパターン面上の各位置について、前記第２の光検出器の出力変動分を補正し、当該補正された出力変動分で前記第１の光検出器の出力を補正する補正手段とを有し、
前記補正手段により補正された前記第１の光検出器の出力に基づき露光量制御を行うことを特徴とする走査露光装置。
【請求項６】
前記露光量制御のため、前記光源の出力を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１、２または５に記載の走査露光装置。
【請求項７】
前記補正情報は、前記照明光学系からの光が前記照明光学系に戻らない状態における前記光検出器の出力と、前記照明光学系により照明された前記原板のパターン面の各位置についての前記光検出器の出力とに基づき得られたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の走査露光装置。
【請求項８】
前記補正手段は、前記記憶手段に記憶された補正情報と、前記照明光学系からの光が前記照明光学系に戻らない状態における前記光検出器の出力とを用いて、前記光検出器の出力を前記各位置について補正することを特徴とする請求項１、２または７に記載の走査露光装置。
【請求項９】
前記補正情報は、前記照明光学系からの光が前記照明光学系に戻らない状態における前記光検出器の出力と、前記照明光学系により照明された前記原板のパターン面の各位置についての前記光検出器の出力とに基づき得られたものであることを特徴とする請求項３または４に記載の走査露光方法。
【請求項１０】
前記予め記憶された補正情報と、前記照明光学系からの光が前記照明光学系に戻らない状態における前記光検出器の出力とを用いて、前記光検出器の出力を前記各位置について補正することを特徴とする請求項３、４または９に記載の走査露光方法。
【請求項１１】
前記補正情報は、前記基板と同等の反射率を有するダミーの基板を用いて得られたものであることを特徴とする請求項１、２、７または８に記載の走査露光装置。
【請求項１２】
前記補正情報は、前記基板と同等の反射率を有するダミーの基板を用いて得られたものであることを特徴とする請求項３、４、９または１０に記載の走査露光方法。
【請求項１３】
請求項１、２、５、６、７、８または１１記載の露光装置を用いて、原板のパターンを介し基板を露光するステップを含む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】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査露光装置、走査露光方法およびデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例として、放電灯を光源として用いた半導体露光装置について以下に説明する。但し、本発明は放電灯のような連続光光源を使用した半導体露光装置に限定されるものではない。
【０００３】
従来よりスキャン動作によりレチクル上のパターンをウエハ上に露光転写するスキャン方式の半導体露光装置が知られている。図１３は一般的なスキャン方式の半導体露光装置の要部既略図である。この装置では、同図に示すように、レチクル５０上のパターン２００の一部に対して連続光光源もしくはパルス光光源を用いた照明系によりスリット状の照明光２０１による照明を行ない、投影系６０により、ウエハ６１上にパターン２００の一部の像を縮小投影する。そして、レチクル５０およびウエハ６１を、投影系６０とスリット状照明光２０１に対し、投影系６０の縮小比率と同じ速度比率で矢印２０２および２０３の方向に、互いに逆方向にスキャンさせながら、レチクル５０の全面のパターンをウエハ６１上の１チップ領域または複数チップ領域に転写する。
【０００４】
このような従来の半導体露光装置においては、像面照度とスキャンスピードで決定されるウエハヘの積算露光量を常に一定にするために、像面照度を一定にする必要がある。この要求を達成するために、従来のスキャン方式の半導体露光装置では、レチクルと共役な位置に光検出器を配置し、この光検出器の出力が常に一定になるように、放電灯に対する投入電力を制御するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術によれば、光検出器の出力が常に一定になるように制御しても、ウエハへの積算露光量を一定にすることができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、走査露光装置、走査露光方法およびデバイス製造方法において、積算露光量を正確に制御できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来のスキャン方式の露光装置の積算露光量制御における精度の問題を検討した結果、積算露光量制御の精度を悪化させている主な原因は、原板面の照度を計測するために原板面と共役な位置に配置した光検出器に対する原板からの反射光にあることが解った。そこで本発明では、この原板からの反射光の影響を除去して、より高精度な積算露光制御を達成するようにしている。
【０００８】
すなわち、本発明の露光装置は、原板と基板とをスリット状の露光光束に対して相対的に走査移動させながら、前記原板のパターンを介して前記基板を露光する走査露光装置であって、光源からの光で前記原板を照明するための照明光学系と、前記光源から前記原板に至る前記照明光学系の光路から分岐した光路上の前記原板のパターン面と共役な位置に配置された光検出器と、前記露光光束が照明する前記原板のパターン面の各位置について前記光検出器の出力に対する補正情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された補正情報を用いて前記光検出器の出力を前記各位置について補正する補正手段とを有し、前記補正手段により補正された前記光検出器の出力に基づき露光量制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の露光方法は、原板と基板とをスリット状の露光光束に対して相対的に走査移動させながら、前記原板のパターンを介して前記基板を露光する走査露光方法であって、前記露光光束が照明する前記原板の各位置について予め記憶された補正情報を用いて、光源から前記原板に至る照明光学系の光路から分岐した光路上の前記原板のパターン面と共役な位置に配置された光検出器の出力を前記各位置について補正し、該補正された出力に基づき露光量制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のデバイス製造方法は、上述のような本発明の露光装置を用いて、原板のパターンを介し基板を露光するステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、補正情報として、露光光束が照明する原板のパターン面の各位置での反射光の光量に応じて決まるものを用い、この補正情報によってパターン面と共役な位置に配置された光検出器の出力を補正するようにしたため、その光検出器の出力から、原板や基板等からの反射光の影響が除去され、より高精度な積算露光制御の達成が図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態においては、光源からの露光光により原板を照明する照明光学系により照明される原板のパターンを基板上に投影光学系により投影露光するとともに、その際、原板のパターン面と共役な位置に配置した光検出器の出力に基づき光源の出力を制御する露光装置および露光方法において、原板のパターン面が前記照明光学系により照明されるときの光検出器の出力から、原板のパターン面からの反射光による影響を排除する。
【００１３】
また、この露光装置および露光方法は、照明光学系からのスリット状の照明光および投影光学系に対して原板および基板を相対的にスキャン移動させながら露光を行なう走査型の露光装置および露光方法であり、光源は放電灯である。
【００１４】
そして、あらかじめ、この放電灯への投入電力を一定に制御しかつスキャン移動を通常より遅い速度で行ないながら各移動位置についての光検出器の出力を得、またその際に原板のパターン面から反射光が前記光検出器に戻らない状態における光検出器の出力を得、そして実際に基板への露光を行なうときには、まずスキャン移動の開始時に、原板のパターン面から反射光が光検出器に戻らない状態における光検出器の出力を得、スキャン移動の各移動位置においては、この出力と前記あらかじめ得ておいた各出力とに基づいて前記反射光による影響の排除を行なうとともに、この反射光による影響の排除が行なわれた光検出器の出力に基づき光源の出力を制御する。
【００１５】
あるいは、あらかじめ、放電灯への投入電力を一定に制御しかつスキャン移動を通常より遅い速度で行ないながら各移動位置についての光検出器の出力および前記原板のパターン面から前記照明光学系に戻る反射光を検出する反射光検出手段の検出結果を得、そして実際に基板への露光を行なうときには、スキャン移動の各移動位置において、前記光検出器の出力および反射光検出手段の検出結果に基づいて前記反射光による影響の排除を行なうとともに、この反射光による影響の排除が行なわれた光検出器の出力に基づき光源の出力を制御する。
【００１６】
より具体的には、本発明は以下の２つの方法を提供するものである。
「レチクル位置毎の定照度指令値発生」
照明光学系内に、光検出器としてレチクル面照明検出器を配置する。放電灯は定入力制御の場合、照度は数ｍＳｅｃ〜数十ｍＳｅｃの短時間で計測すると変動が大きいが、数秒単位での積算値をみると比較的安定している。そこで、放電灯を定入力で点灯しておき、レチクルステージをゆっくりスキャン動作させ、この時の、レチクル面照明検出器の出力を記憶する。もし、レチクル面照明検出器にレチクル面からの反射光が入らなければ、レチクル面照明検出器の出力は、レチクル位置によらずに一定になるはずである。もし、変動が計測されれば、その変動分はレチクルからの反射光によるものであるため、実際のウエハに対する露光動作においては、レチクル位置に同期して、このレチクル位置毎の変動分を取り除いた成分で、定照度制御をすれば良いことになる。
【００１７】
「レチクル反射光検出器での補正」
照明系内に、レチクル面照明検出器とレチクル反射光検出器を配置する。放電灯は定入力制御の場合、照度は数ｍＳｅｃ〜数十ｍＳｅｃの短時間で計測すると変動が大きいが、数秒単位での積算値をみると比較的安定している。そこで、放電灯を定入力で点灯しておき、レチクルステージをゆっくりスキャン動作させ、この時の、レチクル面照明検出器とレチクル反射光検出器の出力を記憶する。もし、レチクル面照明検出器にレチクル面からの反射光が入らなければ、レチクル面照明検出器の出力は、レチクル位置によらずに一定になるはずである。ところが、実際には、レチクル面照明検出器の出力は、レチクル位置により多少変動する。ここで、レチクル反射光検出器の出力の変動分と、レチクル面照明検出器の出力の変動分とが、レチクル位置によらずに一定の比率関係があるならば、レチクル反射光検出器の出力から、レチクル面照明検出器に混入しているレチクルからの反射光の影響が解ることになる。つまり、通常のウエハ露光時には、レチクル反射光検出器の出力変動分を上記特定比率で補正した結果で、レチクル面照明検出器の計測結果を補正して、正確なレチクル面照度を求め、この値により、定照度制御をすれば良いことになる。
【００１８】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係る半導体露光装置の構成を示す図である。同図において、１は放電灯であって図４のような分光出力特性を有するｉ線ランプ、２はｉ線ランプ１の電源である点灯装置、３はｉ線ランプ１の光束を集光させるための楕円ミラー、４は半導体露光装置の停止中に光束を遮断するための遮閉板、５は遮閉板４を駆動するモータ、６は数１０ｎｍ程度の中帯域ｉ線フィルタ、７は通常露光動作時に１ショット露光動作毎に開閉動作を行なう高速露光シャッタ、８はアークモニタ結像レンズ、９〜１２はハーフミラー、１３はミラー、１４および１５は狭帯域ｉ線フィルタ、１６は中帯域ｉ線フィルタ、１７は狭帯域ｇ線フィルタ、１８は楕円ミラー３の分光反射率とほぼ同等な分光透過率を有する広帯域フィルタ、１９はアーク形状を計測するためのＣＣＤカメラである。２０〜２３は各々狭帯域ｉ線フィルタ１５、中帯域ｉ線フィルタ１６、狭帯域ｇ線フィルタ１７および広帯域フィルタ１８を透過してきた光エネルギを計測するための光検出器であり、各々狭帯域ｉ線検出器、中帯域ｉ線検出器、狭帯域ｇ線検出器および広帯域検出器ということとする。２４は高速露光シャッタ７からの反射光を計測するための光検出器、２５は以上の要素１〜２４を内部に保持しているランプハウスである。
【００１９】
３０はｉ線ランプ１のアーク形状を最適な大きさでハエノ目前端に結像するための第１ズームレンズ、３１はズームレンズ３０を駆動するためのモータ、３２は最終的に露光波長を決定している帯域幅が数ｎｍの狭帯域ｉ線フィルタ、３３はミラー、３４はハエノ目、３５は照明系のシグマ値を設定するための絞り、３６はレチクル面における中心部と周囲部の照度分布を調整するための第２ズームレンズ、３７は第２ズームレンズ３６を駆動するためのモータ、３８は第２ズームレンズ３６からの光束の約１％程度を光検出器３９に導入する平行平板、３９はレチクル面中央部と共役位置に配置されているレチクル面照度検出器、４０はレチクル面からの反射光を集光するための集光レンズ、４１は集光レンズ４０によって集光されたレチクル反射光を計測するためのレチクル反射光検出器、４２は矢印方向に移動可能な、レチクル上の露光領域をスキャン方向に制限するマスキングブレード、４３はレチクル上のスリット状の露光領域を形成するためのスリット、４４および４６はコンデンサレンズ、４５はミラーである。
【００２０】
４７はレチクル面およびウエハ面のパターン画像を計測するための顕微鏡であり、露光光束位置外に退避移動可能なようになっている。４８は顕微鏡４７の結像レンズ、４９はＣＣＤカメラである。５０はレチクル、５１はレチクルと同じ厚さのダミーレチクル、５２はレチクル５０およびダミーレチクル５１を搭載して矢印５３の方向にスキャン動作可能なレチクルステージである。
【００２１】
６０はレチクル５０内のパターンをウエハ６１の上面位置に縮小投影する投影レンズ、６１はウエハ、６２はウエハ６１を真空吸着して保持するためのウエハチャック、６３はウエハチャック６２を垂直方向およびチルト方向に駆動してウエハ６１の上面を投影レンズ６０の像面に一致させるためのθＺステージ、６４はθＺステージ６３上に取り付け可能な照度ムラ測定器、６５はθＺステージ６３上に取り付けられている基準マークブロック、６６はθＺステージ６３上に取り付けられているレチクル回折光センサ、６７はθＺステージ６３をスキャン方向６８およびスキャン方向と直行する方向に移動可能なウエハステージである。７０はｉ線ランプ１のアーク形状を計測する画像処理装置、７１は照明系制御部、７２は半導体露光装置の全体制御部、７３は全体制御部７２から駆動指令を受けてレチクルステージ５２、θＺステージ６３およびウエハステージ６７を駆動するためのドライバ部、７４はレチクル面およびウエハ面のパターン画像を計測するための画像処理装置、７５は半導体露光装置の操作部であるコンソールである。
【００２２】
図２は高速露光シャッタ７の詳細図であり、同図（ａ）はシャッタ羽根の形状を示し、同図（ｂ）は高速露光シャッタ７の構成を示す。同図において、８０は回転駆動により露光光束を遮断および開放するための導電性を有する金属材料のシャッタ羽根、８１はシャッタ羽根８０の回転軸、８２（斜線部）は露光光束、８３はシャッタ羽根８０を回転駆動するためのＡＣサーボモータ、８４はモータ固定板、８５および８６はシャッタ羽根８０をはさむように配置されている導電性を有する金属材料の遮閉板、８７〜８９は遮閉板８５および８６をモータ固定板８４から電気的に絶縁して保持するためのスペーサ、９０は非接触型温度計である。
【００２３】
図３は可変スリット部４３の詳細図である。図中、１００ａ〜１００ｋおよび１０１ａ〜１０１ｋは矢印１２９方向に駆動可能な上部スリット板および下部スリット板、１０２ａ〜１０２ｋおよび１０３ａ〜１０３ｋは上記スリット板のガイド部、１０４ａ〜１０４ｋおよび１０５ａ〜１０５ｋは上記スリット板と一体で移動する回転可能な突起部、１０６および１０７は上記回転可能突起部を貫通して各スリットを連結しているバネ板、１１０〜１１３および１２０〜１２３は特定のスリット板を駆動するモータである。
【００２４】
図４はｉ線ランプ１の分光出力特性を示しており、本装置では、その分光出力中、３６５ｎｍ付近の、図示してあるｉ線部分のみを、狭帯域ｉ線フィルタ３２により抜き出して使用している。なお、図示してある４３６ｎｍ付近の分光出力をｇ線という。
【００２５】
図５は楕円ミラー３の分光反射率を示す。楕円ミラー３は３２０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の光束のみ反射するような特性をもっている。
【００２６】
図６中の波線および実線はそれぞれ中帯域ｉ線フィルタ６および狭帯域ｉ線フィルタ３２のカット特性を示す。中帯域ｉ線フィルタ６のカット特性は、狭帯域ｉ線フィルタ３２のカット特性を数十ｎｍ広げたものになっている。
【００２７】
図７はレチクル回折光センサ６６の構成を示す斜視図である。図中、１３０は投影レンズ６０の像面へθＺステージ６３により駆動可能なスリット板、１３１は露光スリットとほぼ同じ長さを有する幅０．３ｍｍ程度のスリット、１３２〜１３６はレチクル回折光を検出するための光検出器である。
【００２８】
図８は一般的なｉ線ランプの投入電力と純度の関係を示す。同図にも示すように、ｉ線ランプは投入電力を増やすと、純度は減少する。
【００２９】
図９（ａ）は従来の半導体露光装置のスリット内照度分布を示す。理想的にはスリット方向の全ての位置におけるスキャン方向の照度分布が全て同じになるようにしている（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃの形状が全て同一）。
【００３０】
図９（ｂ）は本実施例の半導体露光装置のスリット内照度分布を示す。第２ズームレンズ３６と可変スリット４３により、投影レンズ６０内で露光中に発生する露光非点収差を軽減するために必要なスリット形状と照度分布を形成可能にしている。
【００３１】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）はそれぞれｉ線ランプ１の半径方向および電極方向のｉ線強度分布を示す。本実施例の照明系では、図１０（ａ）で示す半径方向のｉ線強度分布がハエノ目３４の入射側にズームレンズ３０により投影されるようになっている。
【００３２】
本実施例の半導体露光装置は従来の半導体露光装置に次の機能を追加したものである。すなわち、
Ａ．ｉ線ランプの異常検出、
Ｂ．ｉ線ランプのアーク形状補正機能、
Ｃ．狭帯域ｉ線フィルタ、高速露光シャッタ耐久性向上、
Ｄ．ｉ線ランプの純度管理、
Ｅ．露光シャッタ羽根の反射率検出、
Ｆ．露光シャッタ羽根の変形検出、
Ｇ．非点収差低減、
Ｈ．高精度積算露光量制御、
の各機能である。以下に各機能毎に説明する。
【００３３】
Ａ．ｉ線ランプの異常検出
本実施例の半導体露光装置では、図１に示すように、狭帯域ｉ線検出器２０と狭帯域ｇ線検出器２２をランプハウス２５内に備えており、照明系制御部７１の内部のＣＰＵ（図示せず）の動作により、ｉ線ランプ１の点灯後、ｉ線ランプ１の放電が安定してから、各検出器のアナログ信号出力を数ｍＳｅｃ毎に取り込んで、ＡＤコンバータ（図示せず）でディジタル化して、メモリ（図示せず）内に計測データとして記憶していく。ＣＰＵは、上記動作と並行して、メモリ内に記憶した各検出器の計測データについて、以下の判断を常時行なっている。
▲１▼各検出器の計測データが所定の許容範囲内に入っているか
▲２▼各検出器の計測データの変動が所定の許容範囲に入っているか
▲３▼各検出器の計測データの比率が所定の許容範囲に入っているか
【００３４】
これらの確認の結果、ＣＰＵが異常の確認をした場合には、即時、点灯装置２にｉ線ランプ１の消灯指令を出し、かつ全体制御部７２にこの異常を通知する。全体制御部７２はこの異常通知を受け取ると、装置の運転を停止し、その旨の警報および表示を行なう。以上の動作により、不完全な露光プロセスを続行する可能性をなくし、また、ｉ線ランプ１の破裂等の事故も回避可能となる。
【００３５】
Ｂ．ｉ線ランプのアーク形状補正機能
従来の半導体露光装置は、本実施例の半導体露光装置と同じように、その照明系の内部に開口径を変更可能な可変絞り３５を有しており、この絞りの大きさに対応するハエノ目３４の一部に、ｉ線ランプ１のアークをズームレンズ３０により最適な大きさにして投影するようにしている。ところが、図１０（ａ）および（ｂ）で表現されるような、ｉ線ランプ１のアーク形状と大きさは、ランプメーカ差、部品差（製造誤差）、投入電力差等により常に一定のものではなく、従来の方法では、常にｉ線ランプ１の光束を有効に、かつ安定して活用しているとは言えなかった。そこで、本実施例の半導体露光装置では、図１に示すように、ＣＣＤカメラ１９をランプハウス２５内に備え、ｉ線ランプ１のアーク形状を水平方向から計測可能なようにしており、ｉ線ランプ１の点灯後、放電が安定してから、アーク形状および大きさの計測を行なっている。
【００３６】
この実際の計測は、画像処理装置７０により行なわれている。すなわち、画像処理装置７０はアーク画像をＣＣＤカメラ１９から入力すると、この画像の中で最大輝点の位置を特定し、この位置における水平方向の強度分布を求める。この強度分布は図１０（ａ）に示すような形状のものである。次に、画像処理装置７０は、この強度分布の半値幅（ピークの半分の幅）を求め、アーク半径値として照明系制御部７１に送り込む。照明系制御部７１内のＣＰＵ（図示せず）は、上記アーク半径値を受け取ると、基準ｉ線ランプのアーク半径値と比較し、最適でないと判断した場合には、これが最適な大きさでハエノ目３４の入射部に投影されるように、ズームレンズ３０の駆動を行なう。
【００３７】
本実施例の半導体露光装置は上記動作を常時行なっており、定照度モード等で、ｉ線ランプ１に対する投入電力が変わり、アーク形状が変わった場合でも、自動的に最適なアーク形状をハエノ目３４の入射部に投影するようになっている。
【００３８】
Ｃ．狭帯域ｉ線フィルタ、高速露光シャッタ耐久性向上
本実施例の半導体露光装置では、実際の露光光は、図４の分光出力特性を有するｉ線ランプ１の光束から、図５に示すような、長波長カット特性を有する楕円ミラーを用いて３２０〜４００ｎｍの範囲の光束を抜き出し、さらに図６の波線で示す中帯域ｉ線フィルタ６によりｉ線付近の数十ｎｍ幅の光束を抜き出し、さらに図６の実線で示す狭帯域ｉ線フィルタ３２によりｉ線付近の数ｎｍ幅の光束を抜き出すようにしている。このため、実際の露光光に極めて近い波長帯域の光束のみがシャッタ羽根８０または狭帯域ｉ線フィルタ３２に入射するようになっている。
【００３９】
Ｄ．ｉ線ランプの純度管理
本実施例の半導体露光装置では、従来、ジョブとは独立であったｉ線ランプ１の電力制御方法をコンソール７５から、ジョブ毎に設定可能なようにしている。具体的な電力制御方法は下記の通りである。
（１）定入力モード
従来の定入力モードと同様、ｉ線ランプ１に対する投入電力を指定する。ほぼ純度一定となるが、純度計測等は実行しない。
（２）定照度モード
従来の定照度モードと同様、像面照度を指定する。但し、照度が一定になるように、ｉ線ランプ１に対する投入電力を制御しているため、純度は変化してしまう。投入電力を変更するタイミングは、ウエハ毎、ジョブ毎の指定が可能である。
（３）定純度モード
本実施例で追加したモードであり、ｉ線ランプ１の純度を指定する。純度計測により投入電力を制御して指定純度を保つ。投入電力を変更するタイミングは、ウエハ毎、ジョブ毎の指定が可能である。
【００４０】
以下に本実施例で追加した、上記（３）の定純度モードについて説明を行なう。本実施例の半導体露光装置では、図１に示すように、ｉ線波長±１０ｎｍ程度の光束を計測する中帯域ｉ線検出器２１と、ｉ線波長±数ｎｍ程度の光束を計測する狭帯域ｉ線検出器２０とを設けており、照明系制御部７１の内部のＣＰＵ（図示せず）の動作により、ｉ線ランプ１の点灯後、ｉ線ランプ１の放電が安定してから、各検出器のアナログ信号出力を数ｍＳｅｃ毎に取り込んで、ＡＤコンバータ（図示せず）でディジタル化してから、各検出器の計測データの比率計算、つまり純度の計算を行なっている。この純度計算結果が所定純度に対して許容範囲を超えた場合には、指定タイミングにおいて、投入電力許容範囲を超えない範囲でｉ線ランプ１に対する投入電力を制御することにより、目標純度を達成するようにしている。なお、指定純度を達成するための投入電力が、投入電力許容範囲を超える場合には、全体制御部７２に露光動作続行不能を通知する。全体制御部７２はこの通知を受け取ると、装置の運転を停止し、警報、表示を行なう。
【００４１】
Ｅ．露光シャッタ羽根の反射率検出
本実施例の半導体露光装置は「Ｃ．狭帯域ｉ線フィルタ、高速露光シャッタ耐久性向上」で示したような露光シャッタ保護対策を実施しているが、これだけでは完全な保護になっているとは言えない。何故ならば、シャッタ羽根８０の冷却エアに不純物が混入し、これがシャッタ羽根８０の表面に付着してシャッタ羽根８０の表面反射率を下げ、熱吸収の増加が起きる可能性があるからである。
【００４２】
そこで、本実施例の半導体露光装置では図１で示すように、楕円ミラー３で集光される光束と同じ帯域の波長を直接検出する広帯域検出器２３とシャッタ羽根８０からの反射光を検出する光検出器２４とを設け、ｉ線ランプ１の点灯後、ｉ線ランプ１の放電が安定してから、遮閉板４が開放状態の時に、照明系制御部７１の内部のＣＰＵ（図示せず）の動作により、各検出器のアナログ信号出力を数ｍＳｅｃ毎に取り込んで、ＡＤコンバータ（図示せず）でディジタル化してから、各検出器の計測データの比率計算、つまり、シャッタ羽根８０の表面反射率の計算を行なっている。この反射率の計算結果が所定値に対して許容範囲を超えた場合には、即時、点灯装置２にｉ線ランプ１の消灯指令を出し、かつ、全体制御部７２にこの異常を通知する。全体制御部７２はこの異常通知を受け取ると、装置の運転を停止し、警報、表示を行なう。
【００４３】
Ｆ．露光シャッタ羽根の変形検出
また、本実施例の半導体露光装置では、露光シャッタ７に対し、上記対策以外に、シャッタ羽根と周囲部材との接触検出を行なっている。これは、シャッタ羽根の変形を起こす原因として、前述の熱変形以外に、ユーザ若くはサービスマンの誤ったメインテナンス、製造ミス、輸送時の機械的なダメージ等が想定されるからである。そこで、本実施例では図２に示すように、シャッタ羽根８０を導電性の金属材料とし、かつ、開口部周辺の遮閉板８５および８６も導電性の金属材料とし、これらを絶縁材のスペーサ８７、８８および８９で電気的に絶縁した状態で保持している。一方、照明系制御部７１の内部のＣＰＵ（図示せず）は、シャッタ羽根８０と遮閉板８５および８６との電気的な接触を常時監視しており、もし、電気的な接触が検出された場合には、即時、点灯装置２にｉ線ランプ１の消灯指令を出し、かつ、全体制御部７２にこの異常を通知する。全体制御部７２はこの異常通知を受け取ると、装置の運転を停止し、警報、表示を行なう。なお、本実施例ではシャッタ羽根８０と直接に電気的接続をするのが困難であるため、図２に示すＡＣサーボモータ８３の匡体と遮閉板８５および８６との間の電気的な接触を検出するようにしている。
【００４４】
Ｇ．露光非点収差軽減
本実施例の半導体露光装置は露光中に発生する非点収差を軽減する機能を有している。本実施例は、投影レンズ設計段階において、各照明モード毎に、露光による非点収差の発生を最小にするスリット形状およびスリット形状内照度分布を求めておき、これを半導体露光装置上で実現するものである。
【００４５】
従来の半導体露光装置のスリット形状およびスリット形状内照度分布の例を図９（ａ）に示す。この図からも明らかなように、従来の半導体露光装置では、スリット方向の積算露光量を均一化する目的で、スリット上の各点におけるスキャン方向の照度分布が同じになるようにしていた。つまり、図９（ａ）におけるＳａ、Ｓｂ、Ｓｃの形状がほぼ同じになるようにしていた。
【００４６】
また、従来の半導体露光装置では、スリット方向の照度分布が均一でない場合に、スリット方向の積算露光量を均一化する目的で、スリット上の各点におけるスリット幅を可変にすることにより、スキャン方向の照度積算量が同じになるように工夫されたものもあった。つまり、この場合には、図９（ａ）におけるＳａ、Ｓｂ、Ｓｃの面積がほぼ同じになるようにしていた。
【００４７】
本実施例の半導体露光装置は、上記従来例と類似の構成を有しているが、その目的は全く違うものである。本実施例の半導体露光装置は、スリット形状およびスリット形状内照度分布が任意に設定可能になっており、この機能により、露光中に発生する非点収差等を軽減するものである。
【００４８】
図９（ｂ）は、ある照明モードに対する、露光非点収差を軽減するために最適なスリット形状およびスリット形状内照度分布の例を示す。同図のスリット照明は、レチクル、ウエハに近いレンズにおいて、レンズ中心付近を通過する光束の光エネルギ密度を下げ、光束が通過する領域内において、レンズ中心付近と周辺部との温度差が大きくならないようにしている。
【００４９】
また、上記露光非点収差の発生は当然、レチクル面照度、レチクル透過率、レチクル平均回折率に依存するものであるため、本実施例では、これらの計測結果も、スリット形状およびスリット形状内照度分布の決定に使用している。この様子を以下に述べる。
【００５０】
図７はθＺステージ６３上に搭載されているレチクル回折センサ６６の構成を示す斜視図である。レチクル回折センサ６６はスキャン方向のレチクル回折の程度を計測するものである。図７において、１３１は露光スリット長と同等の長さを有する幅０．３ｍｍ程度のスリットであり、１３２〜１３６はそれぞれ光検出部である。ここで、レチクル上の露光パターンに微細なパターンが多いほど周辺の光検出器への入射光エネルギが多くなる。
【００５１】
本実施例の半導体露光装置では、レチクル５０が最初にレチクルステージ５２上に設定されると、レチクル平均回折率およびレチクル透過率の測定が行なわれる。この測定は実際の露光と同じ照明モード（照明系σ設定または変形照明）で行なわれる。この時、図７のレチクル回折センサ６６は、露光光束のほぼ中央位置で静止して、レチクル５０をスキャン動作している間に、入射してくる光エネルギを積分計測する。このレチクル回折センサ６６の各センサ１３２〜１３６の積分計測値の比率から、設定されているレチクルの平均回折率が計算される。
【００５２】
また、上記計測中、照明系内のレチクル面照度検出器３９も積分計測を行なっており、レチクル回折センサ６６の各センサ１３２〜１３６の積分出力の総和と、上記レチクル面照度検出器３９の積分計測値の比率からレチクル透過率も算出される。以上の計測により、レチクル平均回折率とレチクル透過率が求められる。本実施例の半導体露光装置では、実際のウエハの露光動作に入る直前にレチクル面照度検出器３９により、レチクル面照度の計測も行なうようにしている。
【００５３】
以上の動作により、設定されたレチクル５０のレチクル平均回折率、レチクル透過率、および現在設定している照明モードでのレチクル面照度がわかるため、露光非点収差を最小にするためのスリット形状およびスリット形状内照度分布の算出が可能となる。
【００５４】
なお、この決定のための計算量は膨大なものとなるため、本実施例の半導体露光装置では、本体制御部７２内のメモリ上に、設計段階において、各照明モード毎に計算したレチクル平均回折率、レチクル透過率およびレチクル面照度ならびに最適スリット形状およびスリット形状内照度分布の代表的なデータを予め用意しておき、前述のレチクル平均回折率、レチクル透過率およびレチクル面照度の計測値からの補間計算により、容易に最適スリット形状およびスリット形状内照度分布が求められるようにしている。
【００５５】
前記最適スリット形状およびスリット形状内照度分布が決定されると、これらのデータは、本体制御部７２から照明系制御部７１に送られ、照明系制御部７１は図３の可変スリット４３のモータ１１０〜１１３、１２０〜１２３を駆動することにより、最適スリット形状を実現し、また、第２ズームレンズ３６のモータ３７を駆動することにより、最適スリット形状内照度分布を実現する。
【００５６】
本実施例の半導体露光装置は上記動作後、レチクルステージ５２を移動することにより、透明なダミーレチクル５１を照明領域に移動させ、最適スリット形状およびスリット形状内照度分布が実現されていることを、照度ムラ測定器６４を用いて計測する。
【００５７】
この照度ムラ測定器６４は、スキャン方向に長い計測範囲を有するリニアＣＣＤセンサであり、これを像面位置に移動させて、スリット上の１点のスキャン方向の光エネルギ分布を計測する。この後、上記計測をスリット上の複数点で実施し、最適値が実現されていることの確認を行ない、もし、誤差がある場合には、可変スリット４３、第２ズームレンズ３６の微調整を実施する。
【００５８】
なお、当然、スリット方向の積算露光量の均一化のため、ここで実現されたスキャン方向の光エネルギ分布はスキャン方向に積分するとどのスリット位置においても同じ値になるべきものである。
【００５９】
以上の設定が完了すると、本実施例の半導体露光装置はレチクルステージをスキャンスタート位置に戻し、次に示す「Ｈ．高精度積算露光量制御」のためのレチクル反射率計測に移る。
【００６０】
なお、本実施例では、露光非点収差の変化をさらに最小にするために、露光中においても、投影レンズ６０に入射する総光エネルギを光検出器３９の出力値とレチクル透過率とから計算し、露光中に最適スリット照明形状および光エネルギ分布の微調整を自動的に実行するようにしている。また、本実施例の半導体露光装置では、一定時間毎に図１中の顕微鏡４７を露光領域に挿入し、θＺステージ６３上に取り付けられている基準マークブロック上の縦、横パターンをＣＣＤカメラ４９で計測し、露光非点収差が確実に許容範囲に収まっていることを確認可能なようにしている。
【００６１】
Ｈ．高精度積算露光量制御
本実施例の半導体露光装置では、前記、「Ｇ．露光非点収差軽減」のためのスリット形状およびスリット形状内照度分布の決定後、積算露光量制御をより高精度に実施するのに必要なレチクル反射計測に入る。以下に、レチクル反射計測および実際の露光動作の説明を行なう。
【００６２】
（１）照明系制御部７１から点灯装置２に対してｉ線ランプ１に投入する指令電力を伝え、点灯装置２はこの指令電力をｉ線ランプ１に投入する。
【００６３】
（２）次にレチクルステージ５２をスキャンスタート位置に移動させ、この時のレチクル面照度検出器３９の計測値を基準照度として記憶しておく。なお、レチクルステージ５２がスキャンスタート位置にある場合には、照明系からの光束は照明系に戻らないようになっている。すなわちレチクル反射光が全くレチクル面照度検出器３９に戻っていない状態となっている。
【００６４】
（３）レチクルステージ５２を通常露光時よりも十分遅いスピードで全露光領域についてスキャン動作させ、各レチクル位置毎のレチクル面照度検出器３９の計測値を照明系制御部７１内のメモリに記憶する。
【００６５】
（４）照明系制御部７１内のＣＰＵは、上記計測後、レチクル各位置におけるレチクル面照度検出器３９の計測値から、（２）で計測した計測値の引き算を実行し、これを、レチクル反射計測値として、レチクル各位置毎にメモリに記憶する。
【００６６】
（５）以上の計測後、本実施例の半導体露光装置は実際のウエハ処理動作に入る。実際のウエハ処理では、まず、ウエハの搬入と平行して、上記（２）と同様の動作を実行し、現在のレチクル面照度を計測し、このレチクル面照度から、目標露光量を達成するために必要なスキャンスピードを決定する。また、このレチクル面照度と、（２）で求めた基準照度との比率を計算し、この比率から、（４）で求めたレチクル反射計測値を補正計算し、現在のレチクル反射計測値として、レチクル各位置毎にメモリに記憶する。
【００６７】
（６）上記動作後、本実施例の半導体露光装置は、プリアライメント計測、ファインアライメント計測、フォーカス計測等を実行した後、レチクル５０およびウエハ６１を、投影系６０の縮小比率と同じ速度比率で図示されている矢印のように、互いに逆方向にスキャンさせながら、レチクル５０の全面のパターンをウエハ６１上の１チップ領域に転写していく、スキャン露光動作をスタートする。
【００６８】
（７）スキャン露光動作がスタートし、各ステージが露光領域の直前に来た時に、高速露光シャッタ７を開放させる。
【００６９】
（８）高速露光シャッタ７を開放させると、レチクル面照度検出器３９でレチクル面照度が計測可能になる。ここで、本実施例の半導体露光装置では、上記レチクル面照度検出器３９の計測値をレチクル面照度とはせず、この計測値から、上記（５）で求めた、現在のレチクル位置毎のレチクル反射計測値を引き算した値をレチクル面照度とし、この値が常に（５）で記憶した現在のレチクル面照度と同じになるように、点灯装置２の電力制御を行なう。この動作はスキャン露光動作中続行する。
【００７０】
（９）スキャン露光動作が完了すると、点灯装置２に対する電力指令値を（１）で指令した投入電力指令値に固定し、高速露光シャッタ７を閉じる。
【００７１】
以上の動作により１ショット分の露光動作が完了し、同様な動作を繰りかえすことによりウエハ全面へのスキャン露光を完了させる。
【００７２】
［変形例］
上述実施例に対する変形例としては、以下のものが考えられる。
（１）「発明の実施の形態」の欄で説明した「レチクル反射光検出器での補正」による方法。
（２）レチクル透過率が高く、ウエハ反射率が高い場合には、レチクル面照度検出器に、ウエハからの反射光の影響がでる場合がある。その場合には、上述実施例で示した方法を、実際のウエハと同等の反射率を有する反射板をウエハ位置に配置して、上述実施例と同様なことを行なえばよい。
（３）上述実施例では、連続光の場合を示したが、本発明はエキシマレーザのようなパルス光光源を用いた半導体露光装置にも容易に適用可能である。
【００７３】
＜デバイス製造方法の実施例＞
次に、図１の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１１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）の製造のフローを示す。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なう。ステップ２（マスク制作）では設計したパターンを形成したマスク（レチクル５０）を制作する。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６１）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なう。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。
【００７４】
図１２は上記ウエハプロセス（ステップ４）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６１）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５０）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像する。ステップ１８（エッチング）では現像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。これらのステップを繰り返し行なうことによりウエハ上に回路パターンが形成される。
【００７５】
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可能になる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、原板、基板等からの反射光の影響を除去して原板面の照度を計測することができるため、より正確な積算露光量制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る半導体露光装置の構成を示す図である。
【図２】  図１の装置の高速露光シャッタの詳細図である。
【図３】  図１の装置の可変スリット部の詳細図である。
【図４】  図１の装置のｉ線ランプの分光出力特性を示すグラフである。
【図５】  図１の装置の楕円ミラー３の分光反射率を示すグラフである。
【図６】  図１の装置の中帯域ｉ線フィルタおよび狭帯域ｉ線フィルタのカット特性を示すグラフである。
【図７】  図１の装置のレチクル回折光センサ６６の構成を示す斜視図である。
【図８】  図１の装置のｉ線ランプの投入電力と純度の関係を示すグラフである。
【図９】  従来および図１の装置におけるスリット内照度分布の説明図である。
【図１０】  図１の装置のｉ線ランプの半径方向および電極方向のｉ線強度分布を示すグラフである。
【図１１】  本発明の露光装置を利用できる半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１２】  図１１の工程中のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１３】  従来の半導体露光装置の説明図である。
【符号の説明】
１：ｉ線ランプ、２：点灯装置、３：楕円ミラー、４：遮閉板、５：モータ、６：中帯域ｉ線フィルタ、７：高速露光シャッタ、８：アークモニタ結像レンズ、９〜１２：ハーフミラー、１３：ミラー、１４，１５：狭帯域ｉ線フィルタ、１６：中帯域ｉ線フィルタ、１７：狭帯域ｇ線フィルタ、１８：広帯域フィルタ、１９：ＣＣＤカメラ、２０：狭帯域ｉ線検出器、２１：中帯域ｉ線検出器、２２：狭帯域ｇ線検出器、２３：広帯域検出器、２４：光検出器、２５：ランプハウス、３０：第１ズームレンズ、３１：モータ、３２：狭帯域ｉ線フィルタ、３３：ミラー、３４：ハエノ目、３５：絞り、３６：第２ズームレンズ、３７：モータ、３８：平行平板、３９：レチクル面照度検出器、４０：集光レンズ、４１：レチクル反射光検出器、４２：マスキングブレード、４３：スリット、４４，４６：コンデンサレンズ、４５：ミラー、４７：顕微鏡、４８：結像レンズ、４９：ＣＣＤカメラ、５０：レチクル、５１：ダミーレチクル、５２：レチクルステージ、６０：投影レンズ、６１：ウエハ、６２：ウエハチャック、６３：θＺステージ、６４：照度ムラ測定器、６５：基準マークブロック、６６：レチクル回折光センサ、６７：ウエハステージ、７０：画像処理装置、７１：照明系制御部、７２：全体制御部、７３：ドライバ部、７５：コンソール、８０：シャッタ羽根、８１：シャッタ羽根８０の回転軸、８２（斜線部）：露光光束、８３：ＡＣサーボモータ、８４：モータ固定板、８５，８６：遮閉板、８７〜８９：スペーサ、９０：非接触型温度計、１００ａ〜１００ｋ：上部スリット板、１０１ａ〜１０１ｋ：下部スリット板、１０２ａ〜１０２ｋ，１０３ａ〜１０３ｋ：ガイド部、１０４ａ〜１０４ｋ，１０５ａ〜１０５ｋ：回転可能突起部、１０６，１０７：バネ板、１１０〜１１３，１２０〜１２３：モータ、１３０：スリット板、１３１：スリット、１３２〜１３６：光検出器。
【図１】
0003862438.tif 000002
【図２】
0003862438.tif 000003
【図３】
0003862438.tif 000004
【図４】
0003862438.tif 000005
【図５】
0003862438.tif 000006
【図６】
0003862438.tif 000007
【図７】
0003862438.tif 000008
【図８】
0003862438.tif 000009
【図９】
0003862438.tif 000010
【図１０】
0003862438.tif 000011
【図１１】
0003862438.tif 000012
【図１２】
0003862438.tif 000013
【図１３】
0003862438.tif 000014