JP2001345245A - 露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法 - Google Patents
露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法Info
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 露光光としてパルス光を用いて段階累進焦点
法を実施する場合に、十分な露光量制御精度再現性を実
現することである。 【解決手段】 露光対象としての基板をパルス光が照射
される方向（Ｚ方向）の複数の位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３で
それぞれ該パルス光による該基板に対する露光量Ｅ１，
Ｅ２，Ｅ３を異ならせつつ、パターンが形成されたマス
クを介して該基板の同一箇所を複数回露光する露光方法
において、前記複数の位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３のうち前記
露光量Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が最大となる位置Ｚ２における
前記パルス光の積算パルス数（Ｎ）が所定のパルス数
（Ｎｍｉｎ）以上となるように、該パルス光のエネルギ
を設定する。
法を実施する場合に、十分な露光量制御精度再現性を実
現することである。 【解決手段】 露光対象としての基板をパルス光が照射
される方向（Ｚ方向）の複数の位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３で
それぞれ該パルス光による該基板に対する露光量Ｅ１，
Ｅ２，Ｅ３を異ならせつつ、パターンが形成されたマス
クを介して該基板の同一箇所を複数回露光する露光方法
において、前記複数の位置Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３のうち前記
露光量Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が最大となる位置Ｚ２における
前記パルス光の積算パルス数（Ｎ）が所定のパルス数
（Ｎｍｉｎ）以上となるように、該パルス光のエネルギ
を設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜磁気ヘッド、
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）を含
むマイクロデバイス又はマスク（レチクルを含む）等を
製造するためのリソグラフィ工程中で使用される露光方
法及び露光装置並びにこれらを用いたデバイス製造方法
に関する。
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）を含
むマイクロデバイス又はマスク（レチクルを含む）等を
製造するためのリソグラフィ工程中で使用される露光方
法及び露光装置並びにこれらを用いたデバイス製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜磁気ヘッド、半導体装置、液晶表示
装置等のマイクロデバイスの製造に際しては、マスクと
してのレチクルのパターンを投影光学系を介してフォト
レジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート等
の感光基板上の複数のショット領域に露光転写するため
に露光装置が用いられる。
装置等のマイクロデバイスの製造に際しては、マスクと
してのレチクルのパターンを投影光学系を介してフォト
レジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート等
の感光基板上の複数のショット領域に露光転写するため
に露光装置が用いられる。
【０００３】このような露光装置においては、露光処理
を実施する前に、感光基板の投影光学系の光軸に沿う方
向（Ｚ方向）の位置の検出を行い、該投影光学系の最良
結像面（ベストフォーカス）に合致するように感光基板
をＺ方向に移動する焦点合わせが実施される。
を実施する前に、感光基板の投影光学系の光軸に沿う方
向（Ｚ方向）の位置の検出を行い、該投影光学系の最良
結像面（ベストフォーカス）に合致するように感光基板
をＺ方向に移動する焦点合わせが実施される。
【０００４】感光基板のＺ方向の位置は、例えば、感光
基板の表面に斜めに露光光の波長と異なる波長の検出光
を照射し、その反射光を光電検出するようにした斜入射
光式のフォーカス検出装置により検出される。検出光は
投影光学系の投影視野内のほぼ中心に位置する感光基板
の表面の一部分にスポット像又はスリット像を形成す
る。このため、感光基板の表面が投影光学系の最良結像
面に合致しているときに光電検出される反射光の受光位
置を基準として、感光基板の表面の光軸方向の位置ずれ
量、即ち、焦点ずれ量が光電検出された信号に基づいて
計測される。そして、検出された焦点ずれ量が零になる
ように、感光基板をＺ方向に移動するＺステージが駆動
制御されることにより焦点合わせが行われる。
基板の表面に斜めに露光光の波長と異なる波長の検出光
を照射し、その反射光を光電検出するようにした斜入射
光式のフォーカス検出装置により検出される。検出光は
投影光学系の投影視野内のほぼ中心に位置する感光基板
の表面の一部分にスポット像又はスリット像を形成す
る。このため、感光基板の表面が投影光学系の最良結像
面に合致しているときに光電検出される反射光の受光位
置を基準として、感光基板の表面の光軸方向の位置ずれ
量、即ち、焦点ずれ量が光電検出された信号に基づいて
計測される。そして、検出された焦点ずれ量が零になる
ように、感光基板をＺ方向に移動するＺステージが駆動
制御されることにより焦点合わせが行われる。
【０００５】このような焦点合わせ（Ｚ位置の検出及び
Ｚステージの駆動）は、一般に投影光学系の投影視野
（投影位置）に露光処理すべきショット（露光位置）を
設定した状態で行われるので、焦点の検出位置が投影視
野の中心に設定されている場合には、該ショットの中心
にて行われることになるが、積極的にあるいは何らかの
事情により、該露光位置からシフトしたシフト位置（該
ショットの中心から離間した位置）で行われる場合があ
る。以下、このようなシフト位置で焦点合わせを行う処
理をシフトフォーカス法という。このシフトフォーカス
法を行う場合としては、例えば、露光位置に配置された
ウエハに対して計測点（検出光の照射位置）がウエハの
エッジにかかってしまい、精度良い高さ計測ができない
場合や段差を有するショット内の所定段差領域を基準と
して投影光学系の結像面に対して高さ方向（Ｚ方向）の
位置決めをする時、その所定段差領域に計測点が存在し
ない場合等が挙げられる。
Ｚステージの駆動）は、一般に投影光学系の投影視野
（投影位置）に露光処理すべきショット（露光位置）を
設定した状態で行われるので、焦点の検出位置が投影視
野の中心に設定されている場合には、該ショットの中心
にて行われることになるが、積極的にあるいは何らかの
事情により、該露光位置からシフトしたシフト位置（該
ショットの中心から離間した位置）で行われる場合があ
る。以下、このようなシフト位置で焦点合わせを行う処
理をシフトフォーカス法という。このシフトフォーカス
法を行う場合としては、例えば、露光位置に配置された
ウエハに対して計測点（検出光の照射位置）がウエハの
エッジにかかってしまい、精度良い高さ計測ができない
場合や段差を有するショット内の所定段差領域を基準と
して投影光学系の結像面に対して高さ方向（Ｚ方向）の
位置決めをする時、その所定段差領域に計測点が存在し
ない場合等が挙げられる。
【０００６】ところで、アスペクト比の大きいパターン
（パターンの幅に対して深さ（レジスト厚）の大きい例
えばコンタクトホールパターン等）を精度良く形成する
ための技術として、投影光学系の光軸に沿う方向（Ｚ方
向）に感光基板を連続的に移動しながら露光光を照射す
る露光方法が知られている。以下、この露光方法を連続
累進焦点法という。また、Ｚ方向の複数位置に感光基板
を段階的に位置決めしながら、各位置で露光光の照射を
それぞれの露光量を異ならせてそれぞれ行うようにした
露光方法も提案されている。以下、この露光方法を段階
累進焦点法という。このように、感光基板をＺ方向に移
動することにより、アスペクト比の大きいパターンを精
度よく形成することができるのである。
（パターンの幅に対して深さ（レジスト厚）の大きい例
えばコンタクトホールパターン等）を精度良く形成する
ための技術として、投影光学系の光軸に沿う方向（Ｚ方
向）に感光基板を連続的に移動しながら露光光を照射す
る露光方法が知られている。以下、この露光方法を連続
累進焦点法という。また、Ｚ方向の複数位置に感光基板
を段階的に位置決めしながら、各位置で露光光の照射を
それぞれの露光量を異ならせてそれぞれ行うようにした
露光方法も提案されている。以下、この露光方法を段階
累進焦点法という。このように、感光基板をＺ方向に移
動することにより、アスペクト比の大きいパターンを精
度よく形成することができるのである。
【０００７】また、近時においては、露光精度の向上の
要請に伴う露光光の短波長化や露光光の制御性の観点か
ら、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦ
エキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）などのパルス光を照
射する光源が採用されている。 露光光源として、この
ようなパルスレーザ光源を用いる場合においては、パル
ス光は各パルス毎にエネルギのバラツキを有するため、
ある一定数（以下、「最小露光パルス数」と呼ぶ）以上
の複数のパルス光で露光することにより、所望の露光量
制御精度再現性を得るようにしている。この場合、例え
ば高感度レジストを露光する際には、設定露光量が小さ
いため、パルスレーザ光源からのレーザ光をそのまま使
用したのでは、最小露光パルス数以上での露光ができな
い場合がある。そこで、このように設定露光量が小さい
ときには、例えば光路に設置された減光手段によりパル
ス光を減光することにより、最小露光パルス数以上のパ
ルス数で露光できるようにしている。
要請に伴う露光光の短波長化や露光光の制御性の観点か
ら、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦ
エキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）などのパルス光を照
射する光源が採用されている。 露光光源として、この
ようなパルスレーザ光源を用いる場合においては、パル
ス光は各パルス毎にエネルギのバラツキを有するため、
ある一定数（以下、「最小露光パルス数」と呼ぶ）以上
の複数のパルス光で露光することにより、所望の露光量
制御精度再現性を得るようにしている。この場合、例え
ば高感度レジストを露光する際には、設定露光量が小さ
いため、パルスレーザ光源からのレーザ光をそのまま使
用したのでは、最小露光パルス数以上での露光ができな
い場合がある。そこで、このように設定露光量が小さい
ときには、例えば光路に設置された減光手段によりパル
ス光を減光することにより、最小露光パルス数以上のパ
ルス数で露光できるようにしている。
【０００８】パルスレーザ光源を用いて、上述した累進
焦点法を実施する場合には、各ショットについて、Ｚ位
置にかかわらず全体として、最小露光パルス数以上とな
るように、前記減光手段が制御されていた。
焦点法を実施する場合には、各ショットについて、Ｚ位
置にかかわらず全体として、最小露光パルス数以上とな
るように、前記減光手段が制御されていた。
【０００９】また、上述したシフトフォーカス法を実施
するとともに、上述した累進焦点法を実施する場合に
は、以下のように処理していた。即ち、感光基板をＺ方
向に対して直交する平面（ＸＹ平面）内で移動して、焦
点の検出位置（通常、投影位置に等しい）にシフト位置
が一致するように感光基板を設定して、フォーカス検出
装置の基準位置に当該検出光による像が一致するよう
に、感光基板をＺ方向に移動して焦点合わせを行う。そ
の後、感光基板をＸＹ平面内で移動して、投影位置に露
光位置が一致するように感光基板を設定して、該フォー
カス検出装置の検出値に基づいて感光基板をＺ方向に連
続的あるいは段階的に移動しながら、露光処理を実施す
る。
するとともに、上述した累進焦点法を実施する場合に
は、以下のように処理していた。即ち、感光基板をＺ方
向に対して直交する平面（ＸＹ平面）内で移動して、焦
点の検出位置（通常、投影位置に等しい）にシフト位置
が一致するように感光基板を設定して、フォーカス検出
装置の基準位置に当該検出光による像が一致するよう
に、感光基板をＺ方向に移動して焦点合わせを行う。そ
の後、感光基板をＸＹ平面内で移動して、投影位置に露
光位置が一致するように感光基板を設定して、該フォー
カス検出装置の検出値に基づいて感光基板をＺ方向に連
続的あるいは段階的に移動しながら、露光処理を実施す
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】露光光源としてパルス
レーザ光源を用いて、感光基板をＺ方向に段階的に移動
しつつ、各位置でそれぞれ露光を行うようにした段階累
進焦点法を実施する場合、従来は、一つのショットに対
して複数回の露光を行うことにより全体として、最小露
光パルス数以上となるようにしていたので、各位置のそ
れぞれの露光処理について、必ずしも最小露光パルス数
以上とはならないため、十分な露光量制御精度再現性を
得ることができない場合があった。
レーザ光源を用いて、感光基板をＺ方向に段階的に移動
しつつ、各位置でそれぞれ露光を行うようにした段階累
進焦点法を実施する場合、従来は、一つのショットに対
して複数回の露光を行うことにより全体として、最小露
光パルス数以上となるようにしていたので、各位置のそ
れぞれの露光処理について、必ずしも最小露光パルス数
以上とはならないため、十分な露光量制御精度再現性を
得ることができない場合があった。
【００１１】また、シフトフォーカス法を採用するとと
もに、上述した累進焦点法を実施する場合、露光位置と
シフト位置との間に段差があると、フォーカス検出装置
には、所定の有効検出範囲（例えば、基準位置を中心と
して上下に所定の範囲）があるので、露光位置では当該
段差に応じた量だけ、基準位置から上又は下にずれた位
置に検出光による像が投影されることになり、そのよう
なずれた位置を制御の基準として感光基板のＺ方向の位
置が移動されると、検出光による像が有効検出範囲外に
出てしまう場合があり、検出に誤差を生じあるいは検出
不能となる場合があった。
もに、上述した累進焦点法を実施する場合、露光位置と
シフト位置との間に段差があると、フォーカス検出装置
には、所定の有効検出範囲（例えば、基準位置を中心と
して上下に所定の範囲）があるので、露光位置では当該
段差に応じた量だけ、基準位置から上又は下にずれた位
置に検出光による像が投影されることになり、そのよう
なずれた位置を制御の基準として感光基板のＺ方向の位
置が移動されると、検出光による像が有効検出範囲外に
出てしまう場合があり、検出に誤差を生じあるいは検出
不能となる場合があった。
【００１２】よって、本発明の目的は、露光光としてパ
ルス光を用いて段階累進焦点法を実施する場合に、十分
な露光量制御精度再現性を実現することである。
ルス光を用いて段階累進焦点法を実施する場合に、十分
な露光量制御精度再現性を実現することである。
【００１３】また、本発明の他の目的は、シフトフォー
カス法を採用するとともに、上述した累進焦点法を実施
する場合に、フォーカスの検出に誤差を生じたり、検出
不能となることを防止することである。
カス法を採用するとともに、上述した累進焦点法を実施
する場合に、フォーカスの検出に誤差を生じたり、検出
不能となることを防止することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】以下、この項に示す説明
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す参照符号に
対応つけて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
参照符号を付した図面に示す部材等に限定されるもので
はない。
では、本発明を、実施形態を表す図面に示す参照符号に
対応つけて説明するが、本発明の各構成要件は、これら
参照符号を付した図面に示す部材等に限定されるもので
はない。
【００１５】上記目的を達成するための本発明の露光方
法は、露光対象としての基板（１４）をパルス光（Ｌ
Ｂ，ＩＬ）が照射される方向（Ｚ）の複数の位置（Ｚ
１，Ｚ２，Ｚ３）でそれぞれ該パルス光（ＬＢ，ＩＬ）
による該基板（１４）に対する露光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３）を異ならせつつ、パターンが形成されたマスク（１
１）を介して該基板（１４）の同一箇所を複数回露光す
る露光方法において、前記複数の位置（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ
３）のうち前記露光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）が最大とな
る位置（Ｚ２）における前記パルス光（ＬＢ，ＩＬ）の
積算パルス数（Ｎ２）が所定のパルス数（Ｎｍｉｎ）以
上となるように、該パルス光（ＬＢ，ＩＬ）のエネルギ
を設定することを特徴とする。
法は、露光対象としての基板（１４）をパルス光（Ｌ
Ｂ，ＩＬ）が照射される方向（Ｚ）の複数の位置（Ｚ
１，Ｚ２，Ｚ３）でそれぞれ該パルス光（ＬＢ，ＩＬ）
による該基板（１４）に対する露光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３）を異ならせつつ、パターンが形成されたマスク（１
１）を介して該基板（１４）の同一箇所を複数回露光す
る露光方法において、前記複数の位置（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ
３）のうち前記露光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）が最大とな
る位置（Ｚ２）における前記パルス光（ＬＢ，ＩＬ）の
積算パルス数（Ｎ２）が所定のパルス数（Ｎｍｉｎ）以
上となるように、該パルス光（ＬＢ，ＩＬ）のエネルギ
を設定することを特徴とする。
【００１６】また、上記目的を達成するための本発明の
露光装置は、パターンが形成されたマスク（１１）を照
明するパルス光（ＬＢ，ＩＬ）のエネルギを調整する調
整装置（３）と、前記マスク（１１）のパターンの像を
基板（１４）に投影する投影光学系（１３）と、前記基
板（１４）を前記投影光学系（１３）の光軸（ＡＸ）に
沿う光軸方向（Ｚ）に移動するステージ（１９）と、前
記ステージ（１９）を前記光軸方向（Ｚ）に段階的に移
動するとともに、前記パルス光（ＬＢ，ＩＬ）による露
光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）を該ステージの位置（Ｚ１，
Ｚ２，Ｚ３）に応じて変化させつつ、前記基板（１４）
の同一箇所に対して複数回露光するように制御する制御
装置（１７，２６，４８，５０，ＭＣ）とを備えた露光
装置において、前記制御装置（１７，２６，４８，５
０，ＭＣ）は、前記ステージ（１９）の複数の位置（Ｚ
１，Ｚ２，Ｚ３）のうち前記露光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３）が最大となる位置（Ｚ２）における前記パルス光
（ＬＢ，ＩＬ）の積算パルス数（Ｎ２）が所定のパルス
数（Ｎｍｉｎ）以上となるように、前記調整装置（３）
を制御することを特徴とする。
露光装置は、パターンが形成されたマスク（１１）を照
明するパルス光（ＬＢ，ＩＬ）のエネルギを調整する調
整装置（３）と、前記マスク（１１）のパターンの像を
基板（１４）に投影する投影光学系（１３）と、前記基
板（１４）を前記投影光学系（１３）の光軸（ＡＸ）に
沿う光軸方向（Ｚ）に移動するステージ（１９）と、前
記ステージ（１９）を前記光軸方向（Ｚ）に段階的に移
動するとともに、前記パルス光（ＬＢ，ＩＬ）による露
光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３）を該ステージの位置（Ｚ１，
Ｚ２，Ｚ３）に応じて変化させつつ、前記基板（１４）
の同一箇所に対して複数回露光するように制御する制御
装置（１７，２６，４８，５０，ＭＣ）とを備えた露光
装置において、前記制御装置（１７，２６，４８，５
０，ＭＣ）は、前記ステージ（１９）の複数の位置（Ｚ
１，Ｚ２，Ｚ３）のうち前記露光量（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ
３）が最大となる位置（Ｚ２）における前記パルス光
（ＬＢ，ＩＬ）の積算パルス数（Ｎ２）が所定のパルス
数（Ｎｍｉｎ）以上となるように、前記調整装置（３）
を制御することを特徴とする。
【００１７】本発明によると、光軸方向の複数の位置の
うち露光量が最大となる位置は、露光精度に対する影響
が最も大きいので、この位置における前記パルス光の積
算パルス数を最小露光パルス数以上に設定することによ
り、パルス光の各パルスのエネルギのバラツキに伴う露
光量制御精度再現の悪化が抑制される。従って、精度の
高いパターンを形成することが可能となる。
うち露光量が最大となる位置は、露光精度に対する影響
が最も大きいので、この位置における前記パルス光の積
算パルス数を最小露光パルス数以上に設定することによ
り、パルス光の各パルスのエネルギのバラツキに伴う露
光量制御精度再現の悪化が抑制される。従って、精度の
高いパターンを形成することが可能となる。
【００１８】上記他の目的を達成するための本発明の露
光方法は、露光対象としての基板（１４）上のパターン
が形成されたマスク（１１）を介して露光されるべき露
光位置（ＥＰ）から投影光軸（ＡＸ）に直交する光軸直
交面（ＸＹ）内でシフトしたシフト位置（ＳＰ）で、前
記投影光軸（ＡＸ）に沿う光軸方向（Ｚ）に所定範囲の
有効検出領域を有するフォーカス検出装置（３１〜４
７，５０）により検出した検出値（ＳＺ）に基づいて、
前記基板（１４）の前記光軸方向（Ｚ）の位置を基準位
置（ｚ０）に一致するように移動する第１移動ステップ
（ＳＴ２２）と、前記露光位置（ＥＰ）が前記マスク
（１１）のパターンの像の投影位置に一致するように、
前記光軸直交面（ＸＹ）内で前記基板（１４）を移動す
る第２移動ステップと、前記露光位置（ＥＰ）で前記フ
ォーカス検出装置（３１〜４７，５０）により検出した
検出値（ＳＺ）に基づいて、前記基板（１４）の前記光
軸方向（Ｚ）の位置（ｚ２）に前記基準位置が一致する
ように該基準位置を変更する変更ステップ（ＳＴ２３）
と、前記フォーカス検出装置（３１〜４７，５０）の検
出値（ＳＺ）に従って前記基板（１４）を前記光軸方向
（Ｚ）に移動しつつ、前記マスク（１１）を介して前記
基板（１４）の同一箇所を露光する露光ステップ（ＳＴ
２４）とを含むことを特徴とする。
光方法は、露光対象としての基板（１４）上のパターン
が形成されたマスク（１１）を介して露光されるべき露
光位置（ＥＰ）から投影光軸（ＡＸ）に直交する光軸直
交面（ＸＹ）内でシフトしたシフト位置（ＳＰ）で、前
記投影光軸（ＡＸ）に沿う光軸方向（Ｚ）に所定範囲の
有効検出領域を有するフォーカス検出装置（３１〜４
７，５０）により検出した検出値（ＳＺ）に基づいて、
前記基板（１４）の前記光軸方向（Ｚ）の位置を基準位
置（ｚ０）に一致するように移動する第１移動ステップ
（ＳＴ２２）と、前記露光位置（ＥＰ）が前記マスク
（１１）のパターンの像の投影位置に一致するように、
前記光軸直交面（ＸＹ）内で前記基板（１４）を移動す
る第２移動ステップと、前記露光位置（ＥＰ）で前記フ
ォーカス検出装置（３１〜４７，５０）により検出した
検出値（ＳＺ）に基づいて、前記基板（１４）の前記光
軸方向（Ｚ）の位置（ｚ２）に前記基準位置が一致する
ように該基準位置を変更する変更ステップ（ＳＴ２３）
と、前記フォーカス検出装置（３１〜４７，５０）の検
出値（ＳＺ）に従って前記基板（１４）を前記光軸方向
（Ｚ）に移動しつつ、前記マスク（１１）を介して前記
基板（１４）の同一箇所を露光する露光ステップ（ＳＴ
２４）とを含むことを特徴とする。
【００１９】また、上記他の目的を達成するための本発
明の露光装置は、露光光（ＬＢ，ＩＬ）により照明され
たマスク（１１）のパターンの像を基板（１４）に投影
する投影光学系（１３）と、前記基板（１４）を前記投
影光学系（１３）の光軸（ＡＸ）に沿う光軸方向（Ｚ）
に及び該光軸方向（Ｚ）に略直交する光軸直交面（Ｘ
Ｙ）内で移動するステージ（１９，２０）と、前記光軸
方向（Ｚ）に所定範囲の有効検出領域を有し、前記投影
光学系（１３）による投影位置における前記基板（１
４）の前記光軸方向（Ｚ）の位置を検出するフォーカス
検出装置（３１〜４７，５０）と、前記基板（１４）上
の前記マスク（１１）を介して露光されるべき露光位置
（ＥＰ）から前記光軸直交面（ＸＹ）内でシフトしたシ
フト位置（ＳＰ）を前記投影位置に設定して前記フォー
カス検出装置（３１〜４７，５０）により検出した検出
値（ＳＺ）に基づいて、前記基板（１４）の前記光軸方
向（Ｚ）の位置を基準位置（ｚ０）に一致するように移
動し、前記露光位置（ＥＰ）を前記投影位置に設定して
前記フォーカス検出装置（３１〜４７，５０）により検
出した検出値（ＳＺ）に基づいて、前記基板（１４）の
前記光軸方向（Ｚ）の位置（ｚ２）に前記基準位置が一
致するように該基準位置を変更し、前記フォーカス検出
装置（３１〜４７，５０）の検出値（ＳＺ）に従って前
記基板（１４）を前記光軸方向（Ｚ）に移動しつつ、前
記マスク（１１）を介して前記基板（１４）の同一箇所
を露光するよう制御する制御装置（１７，２６，４８，
５０，ＭＣ）とを備えたことを特徴とする。
明の露光装置は、露光光（ＬＢ，ＩＬ）により照明され
たマスク（１１）のパターンの像を基板（１４）に投影
する投影光学系（１３）と、前記基板（１４）を前記投
影光学系（１３）の光軸（ＡＸ）に沿う光軸方向（Ｚ）
に及び該光軸方向（Ｚ）に略直交する光軸直交面（Ｘ
Ｙ）内で移動するステージ（１９，２０）と、前記光軸
方向（Ｚ）に所定範囲の有効検出領域を有し、前記投影
光学系（１３）による投影位置における前記基板（１
４）の前記光軸方向（Ｚ）の位置を検出するフォーカス
検出装置（３１〜４７，５０）と、前記基板（１４）上
の前記マスク（１１）を介して露光されるべき露光位置
（ＥＰ）から前記光軸直交面（ＸＹ）内でシフトしたシ
フト位置（ＳＰ）を前記投影位置に設定して前記フォー
カス検出装置（３１〜４７，５０）により検出した検出
値（ＳＺ）に基づいて、前記基板（１４）の前記光軸方
向（Ｚ）の位置を基準位置（ｚ０）に一致するように移
動し、前記露光位置（ＥＰ）を前記投影位置に設定して
前記フォーカス検出装置（３１〜４７，５０）により検
出した検出値（ＳＺ）に基づいて、前記基板（１４）の
前記光軸方向（Ｚ）の位置（ｚ２）に前記基準位置が一
致するように該基準位置を変更し、前記フォーカス検出
装置（３１〜４７，５０）の検出値（ＳＺ）に従って前
記基板（１４）を前記光軸方向（Ｚ）に移動しつつ、前
記マスク（１１）を介して前記基板（１４）の同一箇所
を露光するよう制御する制御装置（１７，２６，４８，
５０，ＭＣ）とを備えたことを特徴とする。
【００２０】本発明によると、シフト位置に基板を移動
して焦点合わせを実施した後に、露光位置でフォーカス
検出装置の基準位置を基板の光軸方向の位置に一致する
ように変更した上で、基板を光軸方向に移動しながら露
光を行う累進焦点法を実施するようにしたので、シフト
位置と露光位置との間に段差があった場合であっても、
当該露光位置においてフォーカス検出装置の有効検出範
囲を逸脱してしまうことが無くなり、焦点の検出に誤差
を生じたり、検出不能となるようなことが防止される。
して焦点合わせを実施した後に、露光位置でフォーカス
検出装置の基準位置を基板の光軸方向の位置に一致する
ように変更した上で、基板を光軸方向に移動しながら露
光を行う累進焦点法を実施するようにしたので、シフト
位置と露光位置との間に段差があった場合であっても、
当該露光位置においてフォーカス検出装置の有効検出範
囲を逸脱してしまうことが無くなり、焦点の検出に誤差
を生じたり、検出不能となるようなことが防止される。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る露
光装置について図面を参照して詳細に説明する。
光装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】図１は本実施形態の投影露光装置の概略構
成を示しており、この露光装置は、露光用光源としてパ
ルス光を射出するエキシマレーザ光源１を採用したステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置であ
る。エキシマレーザ光源１からパルス発光されたレーザ
ビームＬＢは、シリンダレンズやビームエキスパンダ等
で構成されるビーム整形光学系２により、後続のオプチ
カル・インテグレータ（ロットインテグレータ、又はフ
ライアイレンズ等であって、同図ではフライアイレン
ズ）５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。
成を示しており、この露光装置は、露光用光源としてパ
ルス光を射出するエキシマレーザ光源１を採用したステ
ップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置であ
る。エキシマレーザ光源１からパルス発光されたレーザ
ビームＬＢは、シリンダレンズやビームエキスパンダ等
で構成されるビーム整形光学系２により、後続のオプチ
カル・インテグレータ（ロットインテグレータ、又はフ
ライアイレンズ等であって、同図ではフライアイレン
ズ）５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。
【００２３】エキシマレーザ光源１としては、ＫｒＦエ
キシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエ
キシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）等が使用され
る。ビーム整形光学系２から射出されたレーザビームＬ
Ｂは、エネルギ変調器３に入射する。エネルギ変調器３
は、回転自在なレボルバ上に透過率（＝１−減光率）の
異なる複数個のＮＤフィルタを配置したものであり、そ
のレボルバを回転することにより、入射するレーザビー
ムＬＢに対する透過率を１００％から複数段階で切り換
えることができるようになっている。なお、そのレボル
バと同様のレボルバを２段配置し、２組のＮＤフィルタ
の組み合わせによってより細かく透過率を調整できるよ
うにしてもよい。
キシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエ
キシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）等が使用され
る。ビーム整形光学系２から射出されたレーザビームＬ
Ｂは、エネルギ変調器３に入射する。エネルギ変調器３
は、回転自在なレボルバ上に透過率（＝１−減光率）の
異なる複数個のＮＤフィルタを配置したものであり、そ
のレボルバを回転することにより、入射するレーザビー
ムＬＢに対する透過率を１００％から複数段階で切り換
えることができるようになっている。なお、そのレボル
バと同様のレボルバを２段配置し、２組のＮＤフィルタ
の組み合わせによってより細かく透過率を調整できるよ
うにしてもよい。
【００２４】エネルギ変調器３から射出されたレーザビ
ームＬＢは、光路折り曲げ用のミラーＭを介してフライ
アイレンズ５に入射する。フライアイレンズ５は、後続
のレチクル１１を均一な照度分布で照明するために多数
の２次光源を形成する。フライアイレンズ５は、照度分
布均一性を高めるために、直列に２段配置してもよい。
フライアイレンズ５の射出面には照明系の開口絞り（所
謂σ絞り）６が配置され、その開口絞り６内の２次光源
から射出されるレーザビーム（以下、「パルス照明光Ｉ
Ｌ」と呼ぶ）は、反射率が小さく透過率の大きなビーム
スプリッタ７に入射する。ビームスプリッタ７を透過し
た露光光としてのパルス照明光ＩＬは、第１リレーレン
ズ８Ａを経て、複数のブラインド９Ａ，９Ｂを有するレ
チクルブラインド機構の矩形の開口部を通過する。
ームＬＢは、光路折り曲げ用のミラーＭを介してフライ
アイレンズ５に入射する。フライアイレンズ５は、後続
のレチクル１１を均一な照度分布で照明するために多数
の２次光源を形成する。フライアイレンズ５は、照度分
布均一性を高めるために、直列に２段配置してもよい。
フライアイレンズ５の射出面には照明系の開口絞り（所
謂σ絞り）６が配置され、その開口絞り６内の２次光源
から射出されるレーザビーム（以下、「パルス照明光Ｉ
Ｌ」と呼ぶ）は、反射率が小さく透過率の大きなビーム
スプリッタ７に入射する。ビームスプリッタ７を透過し
た露光光としてのパルス照明光ＩＬは、第１リレーレン
ズ８Ａを経て、複数のブラインド９Ａ，９Ｂを有するレ
チクルブラインド機構の矩形の開口部を通過する。
【００２５】ブラインド９Ａ，９Ｂは、レチクルのパタ
ーン面に対する共役面の近傍に配置されている。また、
ブラインド９Ａ，９Ｂはパルス照明光ＩＬの光路に対し
て進退方向に可動となっており、パルス照明光ＩＬによ
るレチクル１１の照明領域を可変できるようになってい
る。
ーン面に対する共役面の近傍に配置されている。また、
ブラインド９Ａ，９Ｂはパルス照明光ＩＬの光路に対し
て進退方向に可動となっており、パルス照明光ＩＬによ
るレチクル１１の照明領域を可変できるようになってい
る。
【００２６】レチクルブラインド機構を通過したパルス
照明光ＩＬは、第２リレーレンズ８Ｂ、及びコンデンサ
レンズ１０を経て、レチクルステージ１５上に保持され
たレチクル１１上の矩形の照明領域１２Ｒを均一な照度
分布で照明する。レチクル１１上の照明領域１２Ｒ内の
パターンを投影光学系１３を介して投影倍率α（αは例
えば１／４，１／５等）で縮小した像が、フォトレジス
トが塗布されたウエハ１４上の露光領域（ショット領
域）１２Ｗに投影露光される。以下、投影光学系１３の
光軸ＡＸに平行な方向をＺ方向とし、その光軸ＡＸに垂
直な平面内で、図１の紙面に垂直な方向をＸ方向、Ｘ方
向に垂直な方向をＹ方向（図１の紙面に並行な方向）と
して説明する。
照明光ＩＬは、第２リレーレンズ８Ｂ、及びコンデンサ
レンズ１０を経て、レチクルステージ１５上に保持され
たレチクル１１上の矩形の照明領域１２Ｒを均一な照度
分布で照明する。レチクル１１上の照明領域１２Ｒ内の
パターンを投影光学系１３を介して投影倍率α（αは例
えば１／４，１／５等）で縮小した像が、フォトレジス
トが塗布されたウエハ１４上の露光領域（ショット領
域）１２Ｗに投影露光される。以下、投影光学系１３の
光軸ＡＸに平行な方向をＺ方向とし、その光軸ＡＸに垂
直な平面内で、図１の紙面に垂直な方向をＸ方向、Ｘ方
向に垂直な方向をＹ方向（図１の紙面に並行な方向）と
して説明する。
【００２７】レチクル１１の姿勢は、レチクルステージ
１５上に固定された移動鏡、及び外部のレーザ干渉系１
６により検出され、ステージコントローラ１７の指令に
基づいてレチクルステージ駆動部１８により微調整され
るようになっている。
１５上に固定された移動鏡、及び外部のレーザ干渉系１
６により検出され、ステージコントローラ１７の指令に
基づいてレチクルステージ駆動部１８により微調整され
るようになっている。
【００２８】一方、ウエハ１４は、不図示のウエハホル
ダを介してＺステージ１９上に載置され、Ｚステージ１
９はＸＹステージ２０上に載置されている。ＸＹステー
ジ２０は、Ｘ方向、Ｙ方向にウエハ１４の位置決めを行
う。
ダを介してＺステージ１９上に載置され、Ｚステージ１
９はＸＹステージ２０上に載置されている。ＸＹステー
ジ２０は、Ｘ方向、Ｙ方向にウエハ１４の位置決めを行
う。
【００２９】また、Ｚステージ１９は、ウエハ１４のＺ
方向の位置を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハ
１４の傾斜角を調整する機能を有する。Ｚステージ１９
上に固定された移動鏡、及び外部のレーザ干渉計２２に
より計測されるＸＹステージ２０のＸ座標、及びＹ座標
がステージコントローラ１７に供給され、ステージコン
トローラ１７は供給された座標に基づいてウエハステー
ジ駆動部２３を介してＸＹステージ２０の位置決めが制
御される。
方向の位置を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハ
１４の傾斜角を調整する機能を有する。Ｚステージ１９
上に固定された移動鏡、及び外部のレーザ干渉計２２に
より計測されるＸＹステージ２０のＸ座標、及びＹ座標
がステージコントローラ１７に供給され、ステージコン
トローラ１７は供給された座標に基づいてウエハステー
ジ駆動部２３を介してＸＹステージ２０の位置決めが制
御される。
【００３０】ステージコントローラ１７の動作は、不図
示の装置全体を統轄制御する主制御系ＭＣによって制御
されている。Ｚステージ１９上のウエハ１４の近傍に
は、光電変換素子からなる照度むらセンサ２１が常設さ
れ、照度むらセンサ２１の受光面はウエハ１４の表面と
同じ高さに設定されている。照度むらセンサ２１として
は、遠紫外で感度があり、且つパルス照明光を検出する
ために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォトダイオ
ード等が使用できる。照度むらセンサ２１の検出信号が
不図示のピークホールド回路、及びアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を介して露光コントローラ２６に供給
されている。
示の装置全体を統轄制御する主制御系ＭＣによって制御
されている。Ｚステージ１９上のウエハ１４の近傍に
は、光電変換素子からなる照度むらセンサ２１が常設さ
れ、照度むらセンサ２１の受光面はウエハ１４の表面と
同じ高さに設定されている。照度むらセンサ２１として
は、遠紫外で感度があり、且つパルス照明光を検出する
ために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォトダイオ
ード等が使用できる。照度むらセンサ２１の検出信号が
不図示のピークホールド回路、及びアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器を介して露光コントローラ２６に供給
されている。
【００３１】ここで、図２を参照してフォーカス検出系
（フォーカス調整系）について説明する。赤色、又は赤
外域に帯域を有するブロードバンドな検出光ＤＢは、ス
リット３１を照明する。スリット３１から出射した検出
光ＤＢは、レンズ系３２、ミラー３３、開口絞り３４、
対物レンズ３５、及びミラー３６を介して、ウエハ１４
の表面に対して斜めに投射される。このときスリット３
１の像がウエハ１４上に結像される。そのスリット像の
反射光ＤＢは、ミラー３７、対物レンズ３８、レンズ系
３９、振動ミラー４０、角度可変の平行平板ガラス（以
後プレーンパラレルとする）４２を介して、検出用のス
リット４４上に再結像される。
（フォーカス調整系）について説明する。赤色、又は赤
外域に帯域を有するブロードバンドな検出光ＤＢは、ス
リット３１を照明する。スリット３１から出射した検出
光ＤＢは、レンズ系３２、ミラー３３、開口絞り３４、
対物レンズ３５、及びミラー３６を介して、ウエハ１４
の表面に対して斜めに投射される。このときスリット３
１の像がウエハ１４上に結像される。そのスリット像の
反射光ＤＢは、ミラー３７、対物レンズ３８、レンズ系
３９、振動ミラー４０、角度可変の平行平板ガラス（以
後プレーンパラレルとする）４２を介して、検出用のス
リット４４上に再結像される。
【００３２】フォトマルチプライヤ４５はスリット４４
を透過してくるスリット像の光束を光電検出し、その光
電信号を同期検波回路（ＰＳＤ）４７へ出力する。振動
ミラー４０は、ミラー駆動回路（Ｍ−ＤＲＶ）４１を介
して発振器（ＯＳＣ）４６からの正弦波状の一定周波数
の信号に応答して一定の角度範囲で振動させられる。こ
れによって検出用スリット４４上に再結像したスリット
３１の像は、スリットの長手方向と直交する方向に微小
振動し、フォトマルチプライヤ４５の光電信号は発振器
４６の周波数に対応して変調されたものになる。同期検
波回路４７は発振器４６からの原信号を基準としてフォ
トマルチプライヤ４５からの光電信号を位相検波し、そ
の検波信号ＳＺを処理回路（ＣＰＸ）５０とＺステージ
１９のＺ駆動回路（Ｚ−ＤＲＶ）４８とに出力する。
尚、スリット３１及び検出用スリット４４は、１つのス
リットを有するものに限定されず、複数のスリットを有
するもの（多点フォーカス検出系）であっても良い。
を透過してくるスリット像の光束を光電検出し、その光
電信号を同期検波回路（ＰＳＤ）４７へ出力する。振動
ミラー４０は、ミラー駆動回路（Ｍ−ＤＲＶ）４１を介
して発振器（ＯＳＣ）４６からの正弦波状の一定周波数
の信号に応答して一定の角度範囲で振動させられる。こ
れによって検出用スリット４４上に再結像したスリット
３１の像は、スリットの長手方向と直交する方向に微小
振動し、フォトマルチプライヤ４５の光電信号は発振器
４６の周波数に対応して変調されたものになる。同期検
波回路４７は発振器４６からの原信号を基準としてフォ
トマルチプライヤ４５からの光電信号を位相検波し、そ
の検波信号ＳＺを処理回路（ＣＰＸ）５０とＺステージ
１９のＺ駆動回路（Ｚ−ＤＲＶ）４８とに出力する。
尚、スリット３１及び検出用スリット４４は、１つのス
リットを有するものに限定されず、複数のスリットを有
するもの（多点フォーカス検出系）であっても良い。
【００３３】検波信号ＳＺは、通常は、ウエハ１４の表
面が投影光学系１３のベストフォーカス（ＢＦ）に一致
しているときに零レベルとなるように設定されており、
その状態からウエハ１４が光軸ＡＸに沿って上方へ偏位
しているときは正レベルとなり、逆方向に偏位している
ときは負レベルとなるようなアナログ信号として出力さ
れる。Ｚ駆動回路４８は、処理回路５０からの制御信号
ＣＳに従って、検波信号ＳＺが零レベルになるように、
Ｚステージ１９を駆動することができ、これによってウ
エハ１４の自動焦点合わせを行うことができる。なお、
段階累進焦点法を実施する場合には、検波信号ＳＺがウ
エハ１４を位置決めする複数のＺ位置に応じてそれぞれ
オフセットしたレベルとなるように、それぞれＺステー
ジ１９を段階的に駆動する。
面が投影光学系１３のベストフォーカス（ＢＦ）に一致
しているときに零レベルとなるように設定されており、
その状態からウエハ１４が光軸ＡＸに沿って上方へ偏位
しているときは正レベルとなり、逆方向に偏位している
ときは負レベルとなるようなアナログ信号として出力さ
れる。Ｚ駆動回路４８は、処理回路５０からの制御信号
ＣＳに従って、検波信号ＳＺが零レベルになるように、
Ｚステージ１９を駆動することができ、これによってウ
エハ１４の自動焦点合わせを行うことができる。なお、
段階累進焦点法を実施する場合には、検波信号ＳＺがウ
エハ１４を位置決めする複数のＺ位置に応じてそれぞれ
オフセットしたレベルとなるように、それぞれＺステー
ジ１９を段階的に駆動する。
【００３４】処理回路５０はプレーンパラレル４２の光
軸に対する傾きを調整する駆動部（Ｈ−ＤＲＶ）４３へ
駆動信号ＤＳを出力する。この駆動部４３内には駆動用
のモータと、プレーンパラレル４２の傾き量をモニタす
るエンコーダとが含まれ、そのエンコーダからのアップ
ダウンパルス出力ＥＳは処理回路５０に供給されてい
る。プレーンパラレル４２の光軸に対する傾きを変更す
ることにより、同期検波回路４７の出力が零レベルとな
る基準位置（検出中心）を変更することができ、通常
は、プレーンパラレル４２の光軸に対する傾きは、ウエ
ハ１４の表面が投影光学系１３の最良結像面（ベストフ
ォーカスＢＦ）に一致しているときに、同期検波回路４
７から出力される検波信号ＳＺが零レベルとなる角度
（予め、あるいは必要に応じて求める）に設定されてい
る。
軸に対する傾きを調整する駆動部（Ｈ−ＤＲＶ）４３へ
駆動信号ＤＳを出力する。この駆動部４３内には駆動用
のモータと、プレーンパラレル４２の傾き量をモニタす
るエンコーダとが含まれ、そのエンコーダからのアップ
ダウンパルス出力ＥＳは処理回路５０に供給されてい
る。プレーンパラレル４２の光軸に対する傾きを変更す
ることにより、同期検波回路４７の出力が零レベルとな
る基準位置（検出中心）を変更することができ、通常
は、プレーンパラレル４２の光軸に対する傾きは、ウエ
ハ１４の表面が投影光学系１３の最良結像面（ベストフ
ォーカスＢＦ）に一致しているときに、同期検波回路４
７から出力される検波信号ＳＺが零レベルとなる角度
（予め、あるいは必要に応じて求める）に設定されてい
る。
【００３５】処理回路５０は、図外の主制御系ＭＣの制
御下で、自動焦点合わせ（オートフォーカス）を行う場
合には、Ｚ駆動回路４８に対してそのような指令信号Ｃ
Ｓ（ディスエーブルとしたフォーカスロック信号）を送
ることで、Ｚ駆動回路４８は同期検波回路４７からの検
波信号ＳＺが零レベルとなるように、ステージ１９をフ
ィードバック制御する。このような自動焦点合わせは、
累進焦点法を実施しない場合の露光位置で、あるいはシ
フトフォーカスを実施する場合のシフト位置で行われ
る。
御下で、自動焦点合わせ（オートフォーカス）を行う場
合には、Ｚ駆動回路４８に対してそのような指令信号Ｃ
Ｓ（ディスエーブルとしたフォーカスロック信号）を送
ることで、Ｚ駆動回路４８は同期検波回路４７からの検
波信号ＳＺが零レベルとなるように、ステージ１９をフ
ィードバック制御する。このような自動焦点合わせは、
累進焦点法を実施しない場合の露光位置で、あるいはシ
フトフォーカスを実施する場合のシフト位置で行われ
る。
【００３６】シフトフォーカスを実施する場合には、自
動焦点合わせのサーボが静定して信号ＳＺのレベルを処
理回路５０が読み込んで零レベルになったときに、処理
回路５０からＺ駆動回路４８に対して、指令信号ＣＳ
（イネーブルとしたフォーカスロック信号）が送られ、
Ｚステージ１９の駆動が禁止される。
動焦点合わせのサーボが静定して信号ＳＺのレベルを処
理回路５０が読み込んで零レベルになったときに、処理
回路５０からＺ駆動回路４８に対して、指令信号ＣＳ
（イネーブルとしたフォーカスロック信号）が送られ、
Ｚステージ１９の駆動が禁止される。
【００３７】再び、図１を参照する。ビームスプリッタ
７で反射されたパルス照明光ＩＬは、集光レンズ２４を
介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ２５
で受光され、インテグレータセンサ２５の光電変換信号
が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介
して出力ＤＰ（digit/pulse)として露光コントローラ２
６に供給される。インテグレータセンサ２５の出力ＤＰ
と、ウエハ１４の表面上でのパルス照明光ＩＬの照度
（露光量）との相関係数は予め求められて露光コントロ
ーラ２６内に記憶されている。露光コントローラ２６
は、制御情報ＴＳをエキシマレーザ光源１に供給するこ
とによって、エキシマレーザ光源１の発光タイミング、
及び発光パワー等を制御する。露光コントローラ２６
は、エネルギ変調器３をも制御する。
７で反射されたパルス照明光ＩＬは、集光レンズ２４を
介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ２５
で受光され、インテグレータセンサ２５の光電変換信号
が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介
して出力ＤＰ（digit/pulse)として露光コントローラ２
６に供給される。インテグレータセンサ２５の出力ＤＰ
と、ウエハ１４の表面上でのパルス照明光ＩＬの照度
（露光量）との相関係数は予め求められて露光コントロ
ーラ２６内に記憶されている。露光コントローラ２６
は、制御情報ＴＳをエキシマレーザ光源１に供給するこ
とによって、エキシマレーザ光源１の発光タイミング、
及び発光パワー等を制御する。露光コントローラ２６
は、エネルギ変調器３をも制御する。
【００３８】次に、この露光装置の光源１の詳細及びエ
ネルギ制御系の構成につき図３を参照して説明する。エ
キシマレーザ光源１の内部において、レーザ共振器１ａ
からパルス的に放出されたレーザビームは、透過率が高
く僅かな反射率を有するビームスプリッタ１ｂに入射
し、ビームスプリッタ１ｂを透過したレーザビームＬＢ
が外部に射出される。また、ビームスプリッタ１ｂで反
射されたレーザビームが光電変換素子よりなるエネルギ
モニタ１ｃに入射し、エネルギモニタ１ｃからの光電変
換信号が不図示のピークホールド回路を介して出力ＥＳ
としてエネルギコントローラ１ｄに供給されている。
ネルギ制御系の構成につき図３を参照して説明する。エ
キシマレーザ光源１の内部において、レーザ共振器１ａ
からパルス的に放出されたレーザビームは、透過率が高
く僅かな反射率を有するビームスプリッタ１ｂに入射
し、ビームスプリッタ１ｂを透過したレーザビームＬＢ
が外部に射出される。また、ビームスプリッタ１ｂで反
射されたレーザビームが光電変換素子よりなるエネルギ
モニタ１ｃに入射し、エネルギモニタ１ｃからの光電変
換信号が不図示のピークホールド回路を介して出力ＥＳ
としてエネルギコントローラ１ｄに供給されている。
【００３９】エネルギモニタ１ｃの出力ＥＳに対応する
エネルギの制御量の単位は（ｍＪ／pulse)である。通常
の発光時には、エネルギコントローラ１ｄは、エネルギ
モニタ１ｃの出力ＥＳが、露光コントローラ２６より供
給された制御情報ＴＳ中の１パルス当たりのエネルギの
目標値に対応した値となるように、高圧電源１ｅでの電
源電圧を制御し、この電源電圧に応じてレーザ共振器１
ａでの１パルス当たりのエネルギが決定される。これに
よって、エキシマレーザ光源１での１パルス当たりのエ
ネルギが、露光コントローラ２６で指示された値とな
る。
エネルギの制御量の単位は（ｍＪ／pulse)である。通常
の発光時には、エネルギコントローラ１ｄは、エネルギ
モニタ１ｃの出力ＥＳが、露光コントローラ２６より供
給された制御情報ＴＳ中の１パルス当たりのエネルギの
目標値に対応した値となるように、高圧電源１ｅでの電
源電圧を制御し、この電源電圧に応じてレーザ共振器１
ａでの１パルス当たりのエネルギが決定される。これに
よって、エキシマレーザ光源１での１パルス当たりのエ
ネルギが、露光コントローラ２６で指示された値とな
る。
【００４０】エキシマレーザ光源１の１パルス当たりの
エネルギは通常、所定の中心エネルギＥ０において安定
化されているが、その中心エネルギＥ０の上下に所定範
囲で変化できるようになっている。また、エキシマレー
ザ光源１内のビームスプリッタ１ｂの外側には、露光コ
ントローラ２６からの制御情報に応じてレーザビームＬ
Ｂを遮光するためのシャッタ１ｆも配置されている。
エネルギは通常、所定の中心エネルギＥ０において安定
化されているが、その中心エネルギＥ０の上下に所定範
囲で変化できるようになっている。また、エキシマレー
ザ光源１内のビームスプリッタ１ｂの外側には、露光コ
ントローラ２６からの制御情報に応じてレーザビームＬ
Ｂを遮光するためのシャッタ１ｆも配置されている。
【００４１】さらに、エネルギモニタ１ｃの出力ＥＳが
エネルギコントローラ１ｄを介して露光コントローラ２
６に供給され、露光コントローラ２６では、エネルギコ
ントローラ１ｃの出力ＥＳとインテグレータセンサ２５
の出力ＤＰとの相関関係を求める。そして、露光時に露
光コントローラ２６は、所定の制御情報ＴＳをエネルギ
コントローラ１ｃに送って、エキシマレーザ光源１にパ
ルス発光を行わしめ、各パルス照明光毎にインテグレー
タセンサ２５からの出力ＤＰを積算して、ウエハ１４上
での積算露光量を求める。そして、この積算露光量がウ
エハ１４上のフォトレジストに対する設定露光量となる
ように、露光コントローラ２６はエネルギ変調器３にお
ける透過率の調整、及びエキシマレーザ光源１における
１パルス当たりのエネルギの微調整を行う。
エネルギコントローラ１ｄを介して露光コントローラ２
６に供給され、露光コントローラ２６では、エネルギコ
ントローラ１ｃの出力ＥＳとインテグレータセンサ２５
の出力ＤＰとの相関関係を求める。そして、露光時に露
光コントローラ２６は、所定の制御情報ＴＳをエネルギ
コントローラ１ｃに送って、エキシマレーザ光源１にパ
ルス発光を行わしめ、各パルス照明光毎にインテグレー
タセンサ２５からの出力ＤＰを積算して、ウエハ１４上
での積算露光量を求める。そして、この積算露光量がウ
エハ１４上のフォトレジストに対する設定露光量となる
ように、露光コントローラ２６はエネルギ変調器３にお
ける透過率の調整、及びエキシマレーザ光源１における
１パルス当たりのエネルギの微調整を行う。
【００４２】［露光量制御処理］以下、本実施形態の投
影露光装置において、ウエハ１４の露光対象となってい
るショットを、Ｚ方向のベストフォーカスを含む範囲内
の複数の位置（Ｚ位置）に段階的に位置決めしつつ、該
ショットに対して間欠的に複数回露光を実施する段階累
進焦点法を採用した場合の露光量制御動作について、図
４及び図５を参照して説明する。
影露光装置において、ウエハ１４の露光対象となってい
るショットを、Ｚ方向のベストフォーカスを含む範囲内
の複数の位置（Ｚ位置）に段階的に位置決めしつつ、該
ショットに対して間欠的に複数回露光を実施する段階累
進焦点法を採用した場合の露光量制御動作について、図
４及び図５を参照して説明する。
【００４３】ここでは、図４に示すように、Ｚ方向の三
箇所（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）において、それぞれ目標露光
量がＥ１，Ｅ２，Ｅ３（ここでは、Ｅ２＞Ｅ１＞Ｅ３と
する）となるような段階累進焦点法を用いた露光処理を
実施するものとし、必要なパラメータは主制御系ＭＣが
備える記憶装置に事前に入力されているものとする。図
４中の符号ＢＦは投影光学系１３のベストフォーカスを
示している。但し、これらは単なる一例であり、Ｚ方向
の位置の数、各Ｚ位置における目標露光量、ベストフォ
ーカスＢＦと各Ｚ位置の関係は、このような設定に限定
されない。
箇所（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）において、それぞれ目標露光
量がＥ１，Ｅ２，Ｅ３（ここでは、Ｅ２＞Ｅ１＞Ｅ３と
する）となるような段階累進焦点法を用いた露光処理を
実施するものとし、必要なパラメータは主制御系ＭＣが
備える記憶装置に事前に入力されているものとする。図
４中の符号ＢＦは投影光学系１３のベストフォーカスを
示している。但し、これらは単なる一例であり、Ｚ方向
の位置の数、各Ｚ位置における目標露光量、ベストフォ
ーカスＢＦと各Ｚ位置の関係は、このような設定に限定
されない。
【００４４】図５において、露光処理が開始されると
（ＳＴ１１）、まず、各Ｚ位置のうちの目標露光量が最
大に設定されているＺ位置（最大露光量位置）を求め、
この最大露光量位置における目標露光量に応じてレーザ
ビームＬＢの１パルス当たりのエネルギを設定する（Ｓ
Ｔ１２）。ここでは、露光量が最大であるのは位置Ｚ２
であるから、その目標露光量Ｅ２に基づいて１パルス当
たりのエネルギを設定する。
（ＳＴ１１）、まず、各Ｚ位置のうちの目標露光量が最
大に設定されているＺ位置（最大露光量位置）を求め、
この最大露光量位置における目標露光量に応じてレーザ
ビームＬＢの１パルス当たりのエネルギを設定する（Ｓ
Ｔ１２）。ここでは、露光量が最大であるのは位置Ｚ２
であるから、その目標露光量Ｅ２に基づいて１パルス当
たりのエネルギを設定する。
【００４５】次に、エキシマレーザ光源１に複数回（例
えば、１００回）、試験的にパルス発光を行わせて、イ
ンテグレータセンサ２５の出力を積算することによっ
て、間接的にウエハ１４上での平均パルスエネルギ密度
ｐ（ｍＪ／（ｃｍ２ ・pulse)）を計測する（ＳＴ１
３）。その後、最大露光量位置Ｚ２における露光パルス
数Ｎ２を、Ｎ＝ｃｉｎｔ（Ｅ／ｐ）に従って算出する
（ＳＴ１４）。ここで、Ｎはパルス数、Ｅは露光量、ｃ
ｉｎｔは小数点以下１桁目の値を四捨五入する関数を表
す。
えば、１００回）、試験的にパルス発光を行わせて、イ
ンテグレータセンサ２５の出力を積算することによっ
て、間接的にウエハ１４上での平均パルスエネルギ密度
ｐ（ｍＪ／（ｃｍ２ ・pulse)）を計測する（ＳＴ１
３）。その後、最大露光量位置Ｚ２における露光パルス
数Ｎ２を、Ｎ＝ｃｉｎｔ（Ｅ／ｐ）に従って算出する
（ＳＴ１４）。ここで、Ｎはパルス数、Ｅは露光量、ｃ
ｉｎｔは小数点以下１桁目の値を四捨五入する関数を表
す。
【００４６】次に、その露光パルス数Ｎが、必要な露光
量制御再現精度を得るための最小露光パルス数Ｎｍｉｎ
以上であるかどうかを判断する（ＳＴ１５）。最小露光
パルス数Ｎｍｉｎは、レーザビームＬＢの各パルスのエ
ネルギのバラツキが平均化されて、目標とする露光精度
との関係で無視できる最小のパルス数である。即ち、少
なくともＮｍｉｎ以上のパルス数を照射した場合の積算
露光量が、何度繰り返しても露光精度との関係でほぼ同
じとみなせる（必要な露光量再現精度を得る）ような数
である。最小露光パルス数Ｎｍｉｎは、エキシマレーザ
光源１の設計仕様に基づいて理論的に決定することがで
き、あるいはエキシマレーザ光源１に複数回パルス発光
を行わせて、センサ１ｃ又は２５の出力に基づいて実験
的に求めることができる。
量制御再現精度を得るための最小露光パルス数Ｎｍｉｎ
以上であるかどうかを判断する（ＳＴ１５）。最小露光
パルス数Ｎｍｉｎは、レーザビームＬＢの各パルスのエ
ネルギのバラツキが平均化されて、目標とする露光精度
との関係で無視できる最小のパルス数である。即ち、少
なくともＮｍｉｎ以上のパルス数を照射した場合の積算
露光量が、何度繰り返しても露光精度との関係でほぼ同
じとみなせる（必要な露光量再現精度を得る）ような数
である。最小露光パルス数Ｎｍｉｎは、エキシマレーザ
光源１の設計仕様に基づいて理論的に決定することがで
き、あるいはエキシマレーザ光源１に複数回パルス発光
を行わせて、センサ１ｃ又は２５の出力に基づいて実験
的に求めることができる。
【００４７】ＳＴ１５において、露光パルス数Ｎが最小
露光パルス数Ｎｍｉｎと等しいか、あるいは最小露光パ
ルス数Ｎｍｉｎよりも小さいと判断された場合には、エ
ネルギ変調器３の設定を変更して、その透過率を低下さ
せた後（ＳＴ１６）、即ち、エネルギ変調器３のＮＤフ
ィルタを組み合わせて得られる透過率中より、露光パル
ス数Ｎが最小露光パルス数Ｎｍｉｎよりも大きくなるよ
うな透過率を選択して設定した後、ＳＴ１３に戻る。
露光パルス数Ｎｍｉｎと等しいか、あるいは最小露光パ
ルス数Ｎｍｉｎよりも小さいと判断された場合には、エ
ネルギ変調器３の設定を変更して、その透過率を低下さ
せた後（ＳＴ１６）、即ち、エネルギ変調器３のＮＤフ
ィルタを組み合わせて得られる透過率中より、露光パル
ス数Ｎが最小露光パルス数Ｎｍｉｎよりも大きくなるよ
うな透過率を選択して設定した後、ＳＴ１３に戻る。
【００４８】ＳＴ１５において、露光パルス数Ｎが最小
露光パルス数Ｎｍｉｎよりも大きいと判断された場合に
は、ウエハ１４の表面を各Ｚ位置のうちの一つに一致す
るように位置決めする（ＳＴ１７）。即ち、図２に示し
たフォーカス検出系の検波信号ＳＺが、零レベルからベ
ストフォーカスＢＦとＺ位置との間隔に相当する値に応
じてオフセットされたレベルとなるように、Ｚステージ
１９をフィードバック制御する。
露光パルス数Ｎｍｉｎよりも大きいと判断された場合に
は、ウエハ１４の表面を各Ｚ位置のうちの一つに一致す
るように位置決めする（ＳＴ１７）。即ち、図２に示し
たフォーカス検出系の検波信号ＳＺが、零レベルからベ
ストフォーカスＢＦとＺ位置との間隔に相当する値に応
じてオフセットされたレベルとなるように、Ｚステージ
１９をフィードバック制御する。
【００４９】ウエハ１４の表面がＺ位置に位置決めされ
たならば、レーザビームＬＢの照射を開始して（シャッ
タ１ｆを開いて）、このＺ位置における露光量が該Ｚ位
置での目標露光量Ｅとなるようなパルス数Ｎ（Ｎ＝Ｅ／
ｐ）に相当する時間の経過後に停止する（シャッタ１ｆ
を閉じる）（ＳＴ１８）。次いで、全てのＺ位置につい
て露光が終了したか否かを判断して（ＳＴ１９）、終了
していないと判断した場合には、ＳＴ１７に戻って、残
余（未処理）のＺ位置について同様に露光を繰り返し実
施し、終了していると判断した場合には、一つのショッ
トについての露光処理を終了する（ＳＴ２０）。
たならば、レーザビームＬＢの照射を開始して（シャッ
タ１ｆを開いて）、このＺ位置における露光量が該Ｚ位
置での目標露光量Ｅとなるようなパルス数Ｎ（Ｎ＝Ｅ／
ｐ）に相当する時間の経過後に停止する（シャッタ１ｆ
を閉じる）（ＳＴ１８）。次いで、全てのＺ位置につい
て露光が終了したか否かを判断して（ＳＴ１９）、終了
していないと判断した場合には、ＳＴ１７に戻って、残
余（未処理）のＺ位置について同様に露光を繰り返し実
施し、終了していると判断した場合には、一つのショッ
トについての露光処理を終了する（ＳＴ２０）。
【００５０】より具体的には、特に限定されないが、こ
こでは、Ｚ位置の低い順番（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の順）に
露光を行うものとして、ウエハ１４の表面が位置Ｚ１に
位置決めされるようにＺステージ１９を駆動制御して、
この位置Ｚ１における露光量が目標露光量Ｅ１となるよ
うなパルス数Ｎ１（Ｎ１＝Ｅ２／ｐ）に相当する時間だ
けレーザビームＬＢを照射する。
こでは、Ｚ位置の低い順番（Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３の順）に
露光を行うものとして、ウエハ１４の表面が位置Ｚ１に
位置決めされるようにＺステージ１９を駆動制御して、
この位置Ｚ１における露光量が目標露光量Ｅ１となるよ
うなパルス数Ｎ１（Ｎ１＝Ｅ２／ｐ）に相当する時間だ
けレーザビームＬＢを照射する。
【００５１】次いで、同様にウエハ１４の表面が位置Ｚ
２に位置決めされるようにＺステージ１９を駆動制御し
て、この位置Ｚ２における露光量が目標露光量Ｅ２とな
るようなパルス数Ｎ２（Ｎ２＝Ｅ２／ｐ）に相当する時
間だけレーザビームＬＢを照射する。なお、このパルス
数Ｎ２は、上述したように最小露光パルス数Ｎｍｉｎ以
上となっている。
２に位置決めされるようにＺステージ１９を駆動制御し
て、この位置Ｚ２における露光量が目標露光量Ｅ２とな
るようなパルス数Ｎ２（Ｎ２＝Ｅ２／ｐ）に相当する時
間だけレーザビームＬＢを照射する。なお、このパルス
数Ｎ２は、上述したように最小露光パルス数Ｎｍｉｎ以
上となっている。
【００５２】同様にウエハ１４の表面が位置Ｚ３に位置
決めされるようにＺステージ１９を駆動制御して、この
位置Ｚ３における露光量が目標露光量Ｅ３となるような
パルス数Ｎ３（Ｎ３＝Ｅ３／ｐ）に相当する時間だけレ
ーザビームＬＢを照射する。但し、この位置Ｚ３につい
ては、このショットに対する最後の露光になるので、イ
ンテグレータセンサ２５による検出値に基づいて、この
ショットに対するトータルの積算露光量が（Ｅ１＋Ｅ２
＋Ｅ３）となった時点で露光を終了することが望まし
い。
決めされるようにＺステージ１９を駆動制御して、この
位置Ｚ３における露光量が目標露光量Ｅ３となるような
パルス数Ｎ３（Ｎ３＝Ｅ３／ｐ）に相当する時間だけレ
ーザビームＬＢを照射する。但し、この位置Ｚ３につい
ては、このショットに対する最後の露光になるので、イ
ンテグレータセンサ２５による検出値に基づいて、この
ショットに対するトータルの積算露光量が（Ｅ１＋Ｅ２
＋Ｅ３）となった時点で露光を終了することが望まし
い。
【００５３】なお、一つのショットについての露光処理
が終了したならば、ショット配列に従って、順次ウエハ
１４をＸＹ方向にステップ移動しつつ、同様の露光処理
が繰り返される。
が終了したならば、ショット配列に従って、順次ウエハ
１４をＸＹ方向にステップ移動しつつ、同様の露光処理
が繰り返される。
【００５４】［シフトフォーカス処理］以下、本実施形
態の投影露光装置におけるシフトフォーカス処理につい
て、図６及び図７を参照して説明する。
態の投影露光装置におけるシフトフォーカス処理につい
て、図６及び図７を参照して説明する。
【００５５】パターンの投影位置とフォーカスの検出位
置はほぼ一致しており、ウエハ１４上の露光しようとし
ているショット（露光位置）を投影位置に設定した状態
で、焦点合わせ、即ち、ウエハ１４の表面のＺ方向の位
置の検出、Ｚステージによるウエハ１４の表面のＺ方向
の位置決めが実施されるのが通常である。上述の説明に
おいてもこれを前提としている。しかし、先に述べたよ
うな事情により、露光位置とは異なるシフト位置ＳＰに
投影位置（検出位置）を設定して焦点合わせを行った後
に、露光位置を投影位置に設定して、露光処理を行う場
合がある。
置はほぼ一致しており、ウエハ１４上の露光しようとし
ているショット（露光位置）を投影位置に設定した状態
で、焦点合わせ、即ち、ウエハ１４の表面のＺ方向の位
置の検出、Ｚステージによるウエハ１４の表面のＺ方向
の位置決めが実施されるのが通常である。上述の説明に
おいてもこれを前提としている。しかし、先に述べたよ
うな事情により、露光位置とは異なるシフト位置ＳＰに
投影位置（検出位置）を設定して焦点合わせを行った後
に、露光位置を投影位置に設定して、露光処理を行う場
合がある。
【００５６】このような場合において、露光位置とシフ
ト位置との間にＺ方向に段差があり、さらに、ウエハの
Ｚ方向の位置を連続的に移動しながら露光を実施する連
続累進焦点法又は上述したような段階累進焦点法を採用
した場合、フォーカス検出系がその基準位置から上下
に、ベストフォーカスから最も離間したＺ位置の最大離
間量と該段差量とを加算した量に相当する有効検出範囲
を、それぞれ有している必要がある。しかし、かかる有
効検出範囲を大きくすることは検出精度やコスト面で不
利益が大きく、十分な有効検出範囲を確保できない場合
には、検出精度を犠牲にするか、あるいは累進焦点法の
採用を断念せざるを得ない。
ト位置との間にＺ方向に段差があり、さらに、ウエハの
Ｚ方向の位置を連続的に移動しながら露光を実施する連
続累進焦点法又は上述したような段階累進焦点法を採用
した場合、フォーカス検出系がその基準位置から上下
に、ベストフォーカスから最も離間したＺ位置の最大離
間量と該段差量とを加算した量に相当する有効検出範囲
を、それぞれ有している必要がある。しかし、かかる有
効検出範囲を大きくすることは検出精度やコスト面で不
利益が大きく、十分な有効検出範囲を確保できない場合
には、検出精度を犠牲にするか、あるいは累進焦点法の
採用を断念せざるを得ない。
【００５７】そこで、この実施形態では、かかる不都合
を以下のように処理することにより改善するようにして
いる。なお、図６中において、符号ＤＢで示す白抜きの
矢印は、フォーカス検出のための検出光を示している。
また、図６に示されているように、ウエハ１４の露光位
置ＥＰ（ショット）と該露光位置ＥＰから所定量だけシ
フトしたシフト位置ＳＰ（シフトフォーカス位置）の間
には、Ｚ方向にある高さをもった段差（ＢＰ）が存在し
ているものとする。尚、検出光を複数照射する多点フォ
ーカス検出系の場合、ショット内のシフト位置（焦点合
わせしたい位置）に一番近い検出光を用いてシフトフォ
ーカスを行うことが望ましい。
を以下のように処理することにより改善するようにして
いる。なお、図６中において、符号ＤＢで示す白抜きの
矢印は、フォーカス検出のための検出光を示している。
また、図６に示されているように、ウエハ１４の露光位
置ＥＰ（ショット）と該露光位置ＥＰから所定量だけシ
フトしたシフト位置ＳＰ（シフトフォーカス位置）の間
には、Ｚ方向にある高さをもった段差（ＢＰ）が存在し
ているものとする。尚、検出光を複数照射する多点フォ
ーカス検出系の場合、ショット内のシフト位置（焦点合
わせしたい位置）に一番近い検出光を用いてシフトフォ
ーカスを行うことが望ましい。
【００５８】露光処理が開始されると（ＳＴ２１）、ま
ず、ＸＹステージ２０を駆動して、ウエハ１４のシフト
位置ＳＰが、フォーカス検出系によるフォーカス検出位
置（投影光学系１３の投影位置（投影中心）に等しいも
のとする）に一致するようにウエハ１４を移動する。こ
の状態では、図６（Ａ）に示されているように、ウエハ
１４のシフト位置ＳＰにおける表面は、フォーカス検出
系の基準位置としての原点ｚ０に通常は一致していな
い。ここでは、原点ｚ０よりも低いｚ１にあるものとす
る。
ず、ＸＹステージ２０を駆動して、ウエハ１４のシフト
位置ＳＰが、フォーカス検出系によるフォーカス検出位
置（投影光学系１３の投影位置（投影中心）に等しいも
のとする）に一致するようにウエハ１４を移動する。こ
の状態では、図６（Ａ）に示されているように、ウエハ
１４のシフト位置ＳＰにおける表面は、フォーカス検出
系の基準位置としての原点ｚ０に通常は一致していな
い。ここでは、原点ｚ０よりも低いｚ１にあるものとす
る。
【００５９】このシフト位置ＳＰで自動焦点合わせを実
施する（ＳＴ２２）。具体的には、図２のフォーカス検
出系において、検波信号ＳＲが零レベルとなるように、
Ｚ駆動回路４８によりＺステージ１９が駆動される。換
言すれば、ウエハ１４のシフト位置ＳＰにおける表面の
Ｚ方向の位置が原点ｚ０に一致するように移動（この場
合は上昇）される。この状態が図６（Ｂ）に示されてい
る。なお、この位置における自動焦点合わせが終了した
時点で、処理回路５０からＺ駆動回路４８に対してフォ
ーカスロックを指令する信号が送られて、Ｚ駆動回路４
８によるＺステージの駆動が停止される。即ち、ウエハ
１４の表面の位置は固定される。
施する（ＳＴ２２）。具体的には、図２のフォーカス検
出系において、検波信号ＳＲが零レベルとなるように、
Ｚ駆動回路４８によりＺステージ１９が駆動される。換
言すれば、ウエハ１４のシフト位置ＳＰにおける表面の
Ｚ方向の位置が原点ｚ０に一致するように移動（この場
合は上昇）される。この状態が図６（Ｂ）に示されてい
る。なお、この位置における自動焦点合わせが終了した
時点で、処理回路５０からＺ駆動回路４８に対してフォ
ーカスロックを指令する信号が送られて、Ｚ駆動回路４
８によるＺステージの駆動が停止される。即ち、ウエハ
１４の表面の位置は固定される。
【００６０】次いで、ＸＹステージ２０を駆動して、ウ
エハ１４の露光位置ＥＰが、フォーカス検出系による検
出位置に一致するように、即ち、露光位置ＥＰが投影位
置に一致するように、ウエハ１４が移動される。この状
態が図６（Ｃ）に示されている。ウエハ１４の露光位置
ＥＰとシフト位置ＳＰの間には段差ＢＭがあるため、ウ
エハ１４の露光位置ＥＰにおける表面は、該段差ＢＭに
相当する分だけ低いｚ２に位置している。
エハ１４の露光位置ＥＰが、フォーカス検出系による検
出位置に一致するように、即ち、露光位置ＥＰが投影位
置に一致するように、ウエハ１４が移動される。この状
態が図６（Ｃ）に示されている。ウエハ１４の露光位置
ＥＰとシフト位置ＳＰの間には段差ＢＭがあるため、ウ
エハ１４の露光位置ＥＰにおける表面は、該段差ＢＭに
相当する分だけ低いｚ２に位置している。
【００６１】次いで、この露光位置ＥＰで、フォーカス
検出系の原点が変更される（ＳＴ２３）。具体的には、
図２のフォーカス検出系において、検波信号ＳＲが零レ
ベルとなるように、駆動部４３によりプレーンパラレル
４２の光軸に対する傾きが変更される。換言すると、フ
ォーカス検出系の原点がｚ２に設定される。この状態が
図６（Ｄ）に示されている。
検出系の原点が変更される（ＳＴ２３）。具体的には、
図２のフォーカス検出系において、検波信号ＳＲが零レ
ベルとなるように、駆動部４３によりプレーンパラレル
４２の光軸に対する傾きが変更される。換言すると、フ
ォーカス検出系の原点がｚ２に設定される。この状態が
図６（Ｄ）に示されている。
【００６２】その後、連続累進焦点法又は段階累進焦点
法に従った露光処理が実施されることにより、一つのシ
ョットに対する露光処理が終了する（ＳＴ２４）。次い
で、全てのショットについて露光が終了したか否かを判
断して（ＳＴ２５）、終了していないと判断した場合に
は、ＳＴ２６に進んで、フォーカス検出系の原点を元の
状態に戻し（図２のプレーンパラレル４２の光軸に対す
る傾きをＳＴ２３で変更する前の角度に戻して原点をｚ
０に設定し）、ＳＴ２２に戻って、残余（未処理）のシ
ョットについて同様に露光を繰り返し実施する。ＳＴ２
５で、終了していると判断した場合には、このウエハ１
４についての露光処理を終了する（ＳＴ２７）。
法に従った露光処理が実施されることにより、一つのシ
ョットに対する露光処理が終了する（ＳＴ２４）。次い
で、全てのショットについて露光が終了したか否かを判
断して（ＳＴ２５）、終了していないと判断した場合に
は、ＳＴ２６に進んで、フォーカス検出系の原点を元の
状態に戻し（図２のプレーンパラレル４２の光軸に対す
る傾きをＳＴ２３で変更する前の角度に戻して原点をｚ
０に設定し）、ＳＴ２２に戻って、残余（未処理）のシ
ョットについて同様に露光を繰り返し実施する。ＳＴ２
５で、終了していると判断した場合には、このウエハ１
４についての露光処理を終了する（ＳＴ２７）。
【００６３】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。従って、
上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的
範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨であ
る。
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。従って、
上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的
範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨であ
る。
【００６４】例えば、上述した実施形態では、段階累進
焦点法を用いた露光処理において、最も露光量の大きい
Ｚ位置における露光パルス光ＩＬの積算パルス数を最小
露光パルス数以上とするために、エネルギ変調器３によ
り減光するようにしているが、エキシマレーザ光源１の
設定エネルギを変更することにより、あるいはこらを組
み合わせることにより減光するようにしてもよい。ま
た、フォーカス検出系としては、図２に示したようなも
のに限定されず、センサとしてＣＣＤなどの撮像素子を
備えたものを採用することができる。
焦点法を用いた露光処理において、最も露光量の大きい
Ｚ位置における露光パルス光ＩＬの積算パルス数を最小
露光パルス数以上とするために、エネルギ変調器３によ
り減光するようにしているが、エキシマレーザ光源１の
設定エネルギを変更することにより、あるいはこらを組
み合わせることにより減光するようにしてもよい。ま
た、フォーカス検出系としては、図２に示したようなも
のに限定されず、センサとしてＣＣＤなどの撮像素子を
備えたものを採用することができる。
【００６５】上述した実施形態では露光用光源として、
波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ又は波長が１
９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いるものとした
が、それ以外に、例えば、Ｆ２ レーザ（波長１５７ｎ
ｍ）、Ａｒ２ レーザ（波長１２６ｎｍ）、その他のパ
ルス発光光源を用いることができる。
波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ又は波長が１
９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いるものとした
が、それ以外に、例えば、Ｆ２ レーザ（波長１５７ｎ
ｍ）、Ａｒ２ レーザ（波長１２６ｎｍ）、その他のパ
ルス発光光源を用いることができる。
【００６６】Ｆ２ レーザを光源とする露光装置では一
例として、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学
部材（レンズエレメント）は全て蛍石とされ、かつレー
ザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、例え
ばヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投
影光学系との間、及び投影光学系と基板との間などもヘ
リウムガスで満たされる。また、レチクルは、蛍石、フ
ッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、Ｌ
ｉＦ、ＬａＦ３ 、リチウム・カルシウム・アルミニウ
ム・フロライド（ライカフ結晶）又は水晶等から製造さ
れたものが使用される。
例として、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学
部材（レンズエレメント）は全て蛍石とされ、かつレー
ザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、例え
ばヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投
影光学系との間、及び投影光学系と基板との間などもヘ
リウムガスで満たされる。また、レチクルは、蛍石、フ
ッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、Ｌ
ｉＦ、ＬａＦ３ 、リチウム・カルシウム・アルミニウ
ム・フロライド（ライカフ結晶）又は水晶等から製造さ
れたものが使用される。
【００６７】なお、エキシマレーザの代わりに、例えば
波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに
発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの
高調波を用いるようにしてもよい。
波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに
発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの
高調波を用いるようにしてもよい。
【００６８】また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバー
レーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レ
ーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリ
ビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅
し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調
波を用いてもよい。
レーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レ
ーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリ
ビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅
し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調
波を用いてもよい。
【００６９】例えば、単一波長レーザの発振波長を１．
５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８
９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波
長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が
出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μ
ｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８
倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長と
なる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μ
ｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１
０倍高調波、即ちＦ２ レーザとほぼ同一波長となる紫
外光が得られる。
５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８
９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波
長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が
出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μ
ｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８
倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長と
なる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μ
ｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１
０倍高調波、即ちＦ２ レーザとほぼ同一波長となる紫
外光が得られる。
【００７０】また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍ
の範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範
囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．
０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が
１５７〜１５８ｎｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ２
レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、
単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・
ファイバーレーザを用いる。
の範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範
囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．
０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が
１５７〜１５８ｎｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ２
レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、
単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・
ファイバーレーザを用いる。
【００７１】投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又
は拡大系（例えば、液晶ディスプレイ又はプラズマディ
スプレイ製造用露光装置など）を用いてもよい。更に投
影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光
学系のいずれを用いてもよい。
は拡大系（例えば、液晶ディスプレイ又はプラズマディ
スプレイ製造用露光装置など）を用いてもよい。更に投
影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光
学系のいずれを用いてもよい。
【００７２】薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる露光装
置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの
製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート
上に転写する露光装置、半導体素子の製造に用いられ
る、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する
露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）及びマイクロマシン
などの製造に用いられる露光装置、フォトマスクの製造
に用いられる露光装置等にも本発明を適用することがで
きる。
置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの
製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート
上に転写する露光装置、半導体素子の製造に用いられ
る、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する
露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）及びマイクロマシン
などの製造に用いられる露光装置、フォトマスクの製造
に用いられる露光装置等にも本発明を適用することがで
きる。
【００７３】複数のレンズから構成される照明光学系、
投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると
ともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基
板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接
続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をする
ことにより本実施形態の露光装置を製造することができ
る。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が
管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると
ともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基
板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接
続し、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をする
ことにより本実施形態の露光装置を製造することができ
る。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が
管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
【００７４】半導体デバイスは、デバイスの機能・性能
設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レ
チクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを
製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等を含
むリソグラフィ・システムによりマスクのパターンをウ
エハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステッ
プ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工
程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レ
チクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを
製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等を含
むリソグラフィ・システムによりマスクのパターンをウ
エハに露光転写するステップ、デバイス組み立てステッ
プ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工
程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【００７５】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
と、露光光としてパルス光を用いて段階累進焦点法を実
施する場合に、十分な露光量制御精度再現性を実現する
ことができるので、アスペクト比の大きいパターンを含
めて精度のよいパターンを形成することができるように
なるという効果がある。
と、露光光としてパルス光を用いて段階累進焦点法を実
施する場合に、十分な露光量制御精度再現性を実現する
ことができるので、アスペクト比の大きいパターンを含
めて精度のよいパターンを形成することができるように
なるという効果がある。
【００７６】また、シフトフォーカス法を採用するとと
もに、累進焦点法を実施する場合に、フォーカス検出装
置として有効検出範囲の広いものを採用することなく、
フォーカスの検出に誤差を生じたり、検出不能となるこ
とを防止することができるという効果がある。
もに、累進焦点法を実施する場合に、フォーカス検出装
置として有効検出範囲の広いものを採用することなく、
フォーカスの検出に誤差を生じたり、検出不能となるこ
とを防止することができるという効果がある。
【図１】 本発明の実施形態に係る露光装置の全体構成
の概略を示す図である。
の概略を示す図である。
【図２】 本発明の実施形態に係る露光装置のフォーカ
ス検出系の詳細構成を示す図である。
ス検出系の詳細構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態に係る露光装置の光源の構
成及びエネルギ調整系の構成を示す図である。
成及びエネルギ調整系の構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施形態の露光量制御処理を説明す
るための図である。
るための図である。
【図５】 本発明の実施形態の露光量制御処理の要部を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図６】 本発明の実施形態のシフトフォーカス処理を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図７】 本発明の実施形態のシフトフォーカス処理の
要部を示すフローチャートである。
要部を示すフローチャートである。
１… エキシマレーザ光源 ３… エネルギ変調器 ７… ビームスプリッタ １１… レチクル（マスク） １３… 投影光学系 １４… ウエハ（基板） １９… Ｚステージ ２０… ＸＹステージ ２５… インテグレータセンサ ２６… 露光コントローラ ３１… スリット板 ４０… 振動ミラー ４２… プレーンパラレル ４３… 駆動回路 ４４… スリット板 ４５… フォトマルチプライヤ ４６… 発振器 ４７… 同期検波回路 ４８… Ｚ駆動回路 ５０… 処理装置 ＬＢ… レーザビーム ＡＸ… 光軸 ＤＢ… 検出光 ＳＺ… 検波信号 ＢＦ… ベストフォーカス ＥＰ… 露光位置 ＳＰ… シフト位置 ＢＰ… 段差 Ｚ１〜Ｚ３，ｚ０〜ｚ２… Ｚ方向の位置
Claims (12)
- 【請求項１】 露光対象としての基板をパルス光が照射
される方向の複数の位置でそれぞれ該パルス光による該
基板に対する露光量を異ならせつつ、パターンが形成さ
れたマスクを介して該基板の同一箇所を複数回露光する
露光方法において、 前記複数の位置のうち前記露光量が最大となる位置にお
ける前記パルス光の積算パルス数が所定のパルス数以上
となるように、該パルス光のエネルギを設定することを
特徴とする露光方法。 - 【請求項２】 前記所定のパルス数は、前記パルス光の
各パルスのエネルギのバラツキが平均化されて目標とす
る露光精度との関係で無視できる程度の数に設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。 - 【請求項３】 パターンが形成されたマスクを照明する
パルス光のエネルギを調整する調整装置と、 前記マスクのパターンの像を基板に投影する投影光学系
と、 前記基板を前記投影光学系の光軸に沿う光軸方向に移動
するステージと、 前記ステージを前記光軸方向に段階的に移動するととも
に、前記パルス光による露光量を該ステージの位置に応
じて変化させつつ、前記基板の同一箇所に対して複数回
露光するように制御する制御装置とを備えた露光装置に
おいて、 前記制御装置は、前記ステージの複数の位置のうち前記
露光量が最大となる位置における前記パルス光の積算パ
ルス数が所定のパルス数以上となるように、前記調整装
置を制御することを特徴とする露光装置。 - 【請求項４】 露光対象としての基板上のパターンが形
成されたマスクを介して露光されるべき露光位置から投
影光軸に直交する光軸直交面内でシフトしたシフト位置
で、前記投影光軸に沿う光軸方向に所定範囲の有効検出
領域を有するフォーカス検出装置により検出した検出値
に基づいて、前記基板の前記光軸方向の位置を基準位置
に一致するように移動する第１移動ステップと、 前記露光位置が前記マスクのパターンの像の投影位置に
一致するように、前記光軸直交面内で前記基板を移動す
る第２移動ステップと、 前記露光位置で前記フォーカス検出装置により検出した
検出値に基づいて、前記基板の前記光軸方向の位置に前
記基準位置が一致するように該基準位置を変更する変更
ステップと、 前記フォーカス検出装置の検出値に従って前記基板を前
記光軸方向に移動しつつ、前記マスクを介して前記基板
の同一箇所を露光する露光ステップとを含むことを特徴
とする露光方法。 - 【請求項５】 前記露光ステップでは、前記基板を前記
光軸方向に連続的に移動しつつ露光するようにしたこと
を特徴とする請求項４に記載の露光方法。 - 【請求項６】 前記露光ステップでは、前記基板を前記
光軸方向に段階的に移動しつつ、間欠的に複数回露光す
るようにしたことを特徴とする請求項４に記載の露光方
法。 - 【請求項７】 露光光により照明されたマスクのパター
ンの像を基板に投影する投影光学系と、 前記基板を前記投影光学系の光軸に沿う光軸方向に及び
該光軸方向に略直交する光軸直交面内で移動するステー
ジと、 前記光軸方向に所定範囲の有効検出領域を有し、前記投
影光学系による投影位置における前記基板の前記光軸方
向の位置を検出するフォーカス検出装置と、 前記基板上の前記マスクを介して露光されるべき露光位
置から前記光軸直交面内でシフトしたシフト位置を前記
投影位置に設定して前記フォーカス検出装置により検出
した検出値に基づいて、前記基板の前記光軸方向の位置
を基準位置に一致するように移動し、 前記露光位置を前記投影位置に設定して前記フォーカス
検出装置により検出した検出値に基づいて、前記基板の
前記光軸方向の位置に前記基準位置が一致するように該
基準位置を変更し、 前記フォーカス検出装置の検出値に従って前記基板を前
記光軸方向に移動しつつ、前記マスクを介して前記基板
の同一箇所を露光するよう制御する制御装置とを備えた
ことを特徴とする露光装置。 - 【請求項８】 前記制御装置は、前記基板を前記光軸方
向に連続的に移動しつつ露光するよう制御することを特
徴とする請求項７に記載の露光装置。 - 【請求項９】 前記制御装置は、前記基板を前記光軸方
向に段階的に移動しつつ、間欠的に複数回露光するよう
制御することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。 - 【請求項１０】 前記フォーカス検出装置は、前記基板
に照射されて該基板で反射された検出光の結像位置の前
記基準位置からのずれを検出することにより前記基板の
前記光軸方向の位置を検出するセンサ、及び該検出光の
光路上に設けられた該検出光の該センサ上での結像位置
を調整する基準位置調整装置を含むことを特徴とする請
求項７に記載の露光装置。 - 【請求項１１】 請求項１又は４に記載の露光方法を用
いて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。 - 【請求項１２】 請求項３又は７に記載の露光装置を用
いて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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161427A JP2001345245A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法 |
| US09/865,606 US20020054231A1 (en) | 2000-05-31 | 2001-05-29 | Exposure method, exposure apparatus, and process of production of device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000161427A JP2001345245A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001345245A true JP2001345245A (ja) | 2001-12-14 |
Family
ID=18665453
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000161427A Pending JP2001345245A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | 露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法 |
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|---|---|
| US (1) | US20020054231A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001345245A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2226682A2 (en) | 2004-08-03 | 2010-09-08 | Nikon Corporation | Exposure apparatus, exposure method, and method for producing device |
| US7914972B2 (en) | 2004-07-21 | 2011-03-29 | Nikon Corporation | Exposure method and device manufacturing method |
| EP2325866A1 (en) | 2004-09-17 | 2011-05-25 | Nikon Corporation | Substrate holding device, exposure apparatus and device manufacturing method |
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