JP2002110511A

JP2002110511A - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2002110511A
Application number: JP2000295127A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Morioka; 利伸森岡; Seiji Fujitsuka; 清治藤塚
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-12

Abstract

(57)【要約】【課題】深さ形状の異なる複数のパターンのそれぞれ
を投影光学系により基板に露光する際、全てのパターン
が精度良く所望の形状を得られるように露光できる露光
方法及び露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】露光装置ＥＸは、露光中に投影光学系Ｐ
Ｌの光軸方向に基板Ｐを移動させる基板ステージＰＳＴ
と、複数のパターンＰＡのそれぞれの露光毎に、基板Ｐ
のＺ方向の位置と、この位置を露光中に移動させる移動
量との少なくとも一方を設定する制御装置ＣＯＮＴとを
備えている。したがって、深さ形状の異なる複数のパタ
ーンＰＡのそれぞれを基板Ｐに形成する際、パターンＰ
Ａに応じたフォーカス位置あるいは焦点深度をそれぞれ
任意の値に設定して露光するので、全てのパターンＰＡ
をそれぞれ精度良く所望の形状にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影光学系により
複数のパターンのそれぞれを基板に露光する露光方法及
び露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、液晶表示素子や半導体素子な
どのデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する場合
に、フォトマスクあるいはレチクル（以下、「マスク」
という）に形成されたパターンを、表面にフォトレジス
ト等の感光剤を塗布された基板上に投影光学系を介して
露光する露光装置が一般的に使用されている。この露光
装置としては、マスクと基板とを静止した状態でマスク
に露光光を照射し、マスクのパターンの像を投影光学系
を介して基板上に露光し、基板を順次ステップ移動させ
ることにより、１枚の基板の異なる領域（ショット領
域）に複数のパターンのそれぞれを露光するステップ・
アンド・リピート型の露光装置がある。

【０００３】このステップ・アンド・リピート型の露光
装置によって複数のパターンを基板に露光する際、従来
では、投影光学系の光軸方向における基板の位置（以
下、「フォーカス位置」と称する）を、例えば露光処理
に関するデータに１つ設定し、この値に従って基板内の
各パターンの露光を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、露光処
理に関するデータに１つ設定できたとしても、基板内の
各パターンを露光する際に、基板のそれぞれのパターン
形状による表面の状態やレジスト厚の違いによりフォー
カス位置を検出するフォーカス検出光が影響され検出誤
差が生じたり、露光光に対してレジスト厚の差が影響し
て基板に露光される複数のパターンのそれぞれが精度良
く所望の形状に形成されない場合がある。

【０００５】また、例えば液晶表示素子における画素パ
ターンやコンタクトホールパターンなど、所定の深さ形
状を要するパターンを精度良く形成したい場合には、焦
点深度を深くして露光することが好ましい。しかしなが
ら、所定の深さ形状を要するパターンと所定の深さ形状
を要しない他のパターンとを同じ基板上に形成する場合
において、従来のように、フォーカス検出光で検出した
フォーカス位置に設定してしまうと、前記他のパターン
なら所望の形状に形成できても、所定の深さ形状を要す
るパターンにおいては所望の形状に形成できない場合が
ある。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、例えば深さ形状の異なる複数のパターンのそ
れぞれを投影光学系により基板に露光する際、全てのパ
ターンが精度良く所望の形状を得られるように露光でき
る露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明は、実施の形態に示す図１〜図６に対応付けし
た以下の構成を採用している。本発明の露光方法は、投
影光学系（ＰＬ）により複数のパターン（ＰＡａ〜ＰＡ
ｄ）のそれぞれを基板（Ｐ）に露光する露光方法におい
て、投影光学系（Ｐ）の光軸方向におけるこの投影光学
系（ＰＬ）の結像面に対する基板（Ｐ）の位置と、この
位置を露光中に光軸方向に移動させる移動量との少なく
とも一方を複数のパターン（ＰＡａ〜ＰＡｄ）毎に設定
することを特徴とする。

【０００８】本発明の露光装置は、投影光学系（ＰＬ）
を介して複数のパターン（ＰＡａ〜ＰＡｄ）のそれぞれ
を基板（Ｐ）に露光する露光装置（ＥＸ）において、露
光中に投影光学系（ＰＬ）の光軸方向に基板（Ｐ）を移
動させる移動装置（ＰＳＴ、ＰＳＴＤ）と、複数のパタ
ーン（ＰＡａ〜ＰＡｄ）のそれぞれの露光毎に、投影光
学系（ＰＬ）の光軸方向におけるこの投影光学系（Ｐ
Ｌ）の結像面に対する基板（Ｐ）の位置と、この位置を
露光中に移動させる移動量との少なくとも一方を設定す
る制御装置（ＣＯＮＴ）と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】本発明によれば、複数のパターン（ＰＡａ
〜ＰＡｄ）のそれぞれの露光毎に、投影光学系（ＰＬ）
の光軸方向におけるこの投影光学系（ＰＬ）の結像面に
対する基板（Ｐ）の位置と、この位置を露光中に移動さ
せる移動量との少なくとも一方を設定するようにしたの
で、例えば深さ形状の異なる複数のパターン（ＰＡａ〜
ＰＡｄ）のそれぞれを基板（Ｐ）に形成する際、パター
ン（ＰＡａ〜ＰＡｄ）に応じたフォーカス位置あるいは
焦点深度をそれぞれ任意の値に設定して露光するので、
全てのパターン（ＰＡａ〜ＰＡｄ）をそれぞれ精度良く
所望の形状にすることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光方法及び露光
装置の一実施形態について図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の露光装置の概略構成図である。

【００１１】図１に示すように、露光装置ＥＸは、光源
１からの光束をマスクステージＭＳＴに保持されたマス
クＭ（Ｍａ〜Ｍｄ）に照明する照明光学系ＩＬと、この
照明光学系ＩＬ内に配され露光光ＥＬを通過させる開口
の面積を調整してこの露光光ＥＬによるマスクＭ（Ｍａ
〜Ｍｄ）の照明範囲を規定するブラインド部Ｂと、露光
光ＥＬで照明されたマスクＭ（Ｍａ〜Ｍｄ）のパターン
ＰＡ（ＰＡａ〜ＰＡｄ）の像を基板Ｐ上に投影する投影
光学系ＰＬとを備えている。露光装置ＥＸ全体の動作は
制御装置ＣＯＮＴの指示に基づいて行われる。

【００１２】光源１としては、水銀ランプが用いられ、
露光光ＥＬとしては、不図示の波長フィルタにより、露
光に必要な波長であるｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０
５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などが用いられる。

【００１３】光源１から出射された露光光ＥＬは楕円鏡
２によって集光され、露光光ＥＬの通過・遮断の制御を
行うシャッターＳを通過し、照明光学系ＩＬの折り返し
ミラー３ａを反射して照明光学系ＩＬを構成する光学ユ
ニットＩＵに入射する。光学ユニットＩＵは、リレーレ
ンズ、露光光ＥＬを均一化するためのオプティカルイン
テグレータ、露光光ＥＬをオプティカルインテグレータ
に入射させるインプットレンズ、オプティカルインテグ
レータから射出した露光光ＥＬをマスクＭ上に集光する
ためのリレーレンズ、コンデンサレンズ等の複数のレン
ズ（光学素子）を有している。

【００１４】図１に示すように、パターンＰＡａ〜ＰＡ
ｄをそれぞれ備えたマスクＭａ〜Ｍｄはマスクチェンジ
ャ７に搭載されている。マスクチェンジャ７はマスクス
テージＭＳＴの上方に移動自在に配置されており、マス
クステージＭＳＴに対してマスクＭａ〜Ｍｄのそれぞれ
をロード・アンロードすることができるようになってい
る。

【００１５】マスクチェンジャ７に搭載されるべきマス
クＭはマスクライブラリ（不図示）に収容されている。
マスクライブラリ内のマスクＭをマスクチェンジャ７に
搭載するには、マスクライブラリから不図示のローダに
よりマスクＭをマスクステージＭＳＴにロードし、マス
クチェンジャ７がマスクステージＭＳＴ上のマスクＭを
受け取ることによって、マスクＭがマスクチェンジャ７
に搭載される。一方、マスクチェンジャ７に搭載されて
いるマスクＭをマスクライブラリ内に戻すには、マスク
チェンジャ７からマスクＭをマスクステージＭＳＴにロ
ードし、マスクステージＭＳＴ上のマスクＭを前記不図
示のローダによりマスクライブラリに戻す。

【００１６】光学ユニットＩＵから射出された露光光Ｅ
Ｌは、折り返しミラー３ｂで反射し、２次元方向（ＸＹ
方向）に移動可能なマスクステージＭＳＴ上のマスクＭ
（Ｍａ〜Ｍｄ）に入射する。さらに、マスクＭを透過し
た露光光ＥＬは投影光学系ＰＬに入射し、この投影光学
系ＰＬを構成する複数のレンズ（光学素子）を透過して
基板Ｐに入射し、マスクＭのパターンの像を基板Ｐ表面
に形成する。

【００１７】基板Ｐは、その表面に感光剤を塗布されて
おり、基板ホルダＰＨに保持されている。基板Ｐを保持
する基板ホルダＰＨは基板ステージ（移動装置）ＰＳＴ
上に設置されている。基板ステージＰＳＴは、ＸＹＺ方
向に移動可能に設けられているともに、Ｚ軸まわりに回
転可能に設けられている。さらに、露光光ＥＬの光軸Ａ
Ｘに対して傾斜方向にも移動可能な機構を設けることに
より、基板Ｐを支持した際、基板Ｐのレベリング調整を
行うようにしてもよい。

【００１８】基板ステージＰＳＴのＸＹ平面内での位置
は、レーザ干渉計５で検出されている。一方、基板ステ
ージＰＳＴのＺ方向（投影光学系ＰＬの光軸方向）の位
置は投光系６ａと受光系６ｂとを備えたフォーカス位置
検出系６で検出される。これらレーザ干渉計５及びフォ
ーカス位置検出系６の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出
力され、基板ステージＰＳＴは、制御装置ＣＯＮＴの指
示に基づいて駆動機構ＰＳＴＤを介して移動される。ま
た、フォーカス位置検出系６は基板ホルダＰＨに保持さ
れる基板Ｐの表面（露光処理面）の投影光学系ＰＬの光
軸方向における位置（フォーカス位置）を検出し、この
位置に関する情報を制御装置ＣＯＮＴに出力するように
なっている。制御装置ＣＯＮＴは、露光処理を行うに際
し、フォーカス位置検出系６の検出結果に基づいて、基
板Ｐの表面位置が投影光学系ＰＬの結像位置と合致する
ように、駆動機構ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴ
を移動する。

【００１９】そして、本実施形態における露光装置ＥＸ
は、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパ
ターンを露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステ
ップ・アンド・リピート型の露光装置であって、１つの
基板Ｐ上に複数のパターンＰＡａ〜ＰＡｄのそれぞれを
露光するものである。そして、それぞれのパターンＰＡ
ａ〜ＰＡｄは複数のマスクＭａ〜Ｍｄのそれぞれに形成
されており、露光装置ＥＸは、これらのマスクＭａ〜Ｍ
ｄを交換しながら、パターンＰＡａ〜ＰＡｄを基板Ｐの
異なる領域にそれぞれ露光する。

【００２０】以上説明したような構成を備える露光装置
ＥＸによって、投影光学系ＰＬにより複数のパターンＰ
Ａａ〜ＰＡｄのそれぞれを基板Ｐに露光する方法につい
て説明する。

【００２１】本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸方
向におけるこの投影光学系ＰＬの結像面に対する基板Ｐ
の位置と、この位置を露光中に光軸方向に移動させる移
動量との少なくとも一方を複数のパターンＰＡａ〜ＰＡ
ｄ毎に設定することを特徴とするものである。そして、
制御装置ＣＯＮＴには、表１に示すような露光処理に関
するデータが予め登録されてあり、露光装置ＥＸはこの
データに基づいて露光処理を行う。なお、以下の説明で
は、便宜上、複数のパターンＰＡａ〜ＰＡｄのうち、パ
ターンＰＡａ及びパターンＰＡｂを露光する場合につい
て説明する。

【００２２】

【表１】

【００２３】ここで、表１について説明する。表１にお
いて、パターンサイズとは、平面視長方形状であるパタ
ーンＰＡａ、ＰＡｂ、…のそれぞれのＸ方向及びＹ方向
の長さ（単位：μｍ）である。パターン位置とは、マス
クＭａ、Ｍｂ上におけるこのマスクＭａ、Ｍｂの中心Ｏ
ｍに対するパターンの中心位置（単位：μｍ）である。
つまり、パターンサイズ及びパターン位置は、図２
（ａ）（ｂ）に示すようなマスクＭａ、Ｍｂの中心Ｏｍ
を基準とした座標系（マスク座標系）に基づいて設定さ
れている。また、表１における配列とは、図３に示すよ
うな基板Ｐの中心Ｏｐを基準とした座標系（基板座標
系）において、パターンＰＡａ、ＰＡｂをそれぞれ基板
Ｐ上でＸＹ方向にいくつ配列するかの数値である。配列
ピッチとは、基板座標系においてパターンを複数配列す
る際のそれぞれのパターンの中心位置どうしの距離（単
位：μｍ）である。配列位置とは、パターンＰＡａ、Ｐ
Ａｂのそれぞれを基板Ｐ上に複数配列させた際の、中心
Ｏｐに対するパターン配列中心の位置（単位：μｍ）で
ある。

【００２４】表１において、露光エネルギーとは、パタ
ーンＰＡａ、ＰＡｂのそれぞれを露光する際の露光光の
エネルギー（単位：ｍＪ）である。ＡＦ値とは、投影光
学系ＰＬの光軸方向におけるこの投影光学系ＰＬの結像
面に対する基板Ｐの位置（単位：μｍ）である。ＡＦ振
り幅とは、基板Ｐの位置を露光中に投影光学系ＰＬの光
軸方向に移動させる移動量（単位：μｍ）である。この
とき、ＡＦ振り幅の中心はＡＦ値に設定される。すなわ
ち、ＡＦ値をａ、ＡＦ振り幅をｂとした場合、基板Ｐの
表面（露光処理面）は、基板ステージＰＳＴのＺ方向の
移動によって、（ａ−ｂ／２）〜（ａ＋ｂ／２）の範囲
で連続的に移動される。

【００２５】ＡＦ値は、実験などによって予め求められ
た値である。具体的には、まず、フォーカス位置検出系
６の検出結果に基づいて投影光学系ＰＬの結像面と基板
Ｐの露光処理面の位置とを合致させた状態でテスト露光
を行う。このときの基板Ｐの位置（フォーカス位置検出
系６で得られた値）をＡＦ値の基準値とする。次いで、
この露光処理された基板Ｐに対して現像処理を行い、実
際に形成されたパターンの形状を計測する。そして、所
望の精度を有するパターン形状が得られなかったら、所
望の精度を有するパターン形状が得られるまで基板Ｐの
位置を調整しつつテスト露光を行い、所望のパターン形
状が得られた位置をＡＦ値として設定する。したがっ
て、例えば、表１のパターンＰＡａにおけるＡＦ値０．
５μｍという値は、前記基準値に対する偏差量である。

【００２６】そして、この場合のＡＦ振り幅は２μｍな
ので、基板ＰはＡＦ値０．５μｍを中心にＺ方向に−
０．５〜１．５μｍの範囲を基板ステージＰＳＴによっ
て連続的に移動される。なお、この場合のＡＦ振り幅
も、形成しようとするパターンに応じて、予め実験など
によって設定されている。すなわち、例えば、コンタク
トホールパターンなど所定の深さ形状を要するパターン
を形成する際、所定範囲内でＡＦ値を振ることによって
所望の形状を得ることができる。そして、このＡＦ振り
幅を、投影光学系ＰＬの焦点深度に応じて設定すること
により、例えば、焦点深度内あるいは焦点深度より所定
量範囲外に設定することにより、所定の形状を有するパ
ターンを形成することができる。

【００２７】このように、ＡＦ値の設定やＡＦ振り幅の
設定は、投影光学系ＰＬの結像位置あるいは焦点深度に
応じて設定される。

【００２８】また、パターン毎にもそれぞれ露光エネル
ギーが予め設定されている。この露光エネルギーもパタ
ーンに応じて予め実験によって求められた最適な値に設
定されている。具体的には、表１に示すように、パター
ンＰＡａは露光エネルギー４０ｍＪで露光され、パター
ンＰＡｂは露光エネルギー５０ｍＪで露光される。

【００２９】そして、表１の予め設定されたデータに基
づいて、投影光学系ＰＬの光軸方向における投影光学系
ＰＬの結像面に対する基板Ｐの位置や基板Ｐの光軸方向
への移動量をパターン毎に設定し、露光処理を行うこと
により、基板ＰにパターンＰＡａ、ＰＡｂが形成され
る。具体的には、図３に示すように、パターンＰＡａは
表１に示したサイズ及び位置で２列２行に形成され、パ
ターンＰＡｂは表１に示したサイズ及び位置で３列１行
に形成される。

【００３０】次に、表１のような予め設定されたデータ
に基づき、複数のパターンのそれぞれを基板Ｐに露光す
る手順について、図４を参照しながら説明する。

【００３１】まず、制御装置ＣＯＮＴは露光処理を開始
するよう露光装置ＥＸに指示する（ステップＳ１）。１
回目のパターンデータ（ｎ＝１）を読み込み、第１回目
の露光パターンであるパターンＰＡａを描画したマスク
Ｍａが選択されマスクステージＭＳＴにロードされ、パ
ターンＰＡａのパターンサイズに合わせてブラインド部
ＢでマスクＭａの照明範囲を設定する（ステップＳ
２）。そして、制御装置ＣＯＮＴはこのマスクＭａを用
いて露光処理を行うよう指示する（ステップＳ３）。

【００３２】次いで、予め設定されているデータのう
ち、ＡＦ値に関するデータが制御装置ＣＯＮＴに入力さ
れる（ステップＳ４）。制御装置ＣＯＮＴはこのＡＦ値
に基づいて、基板Ｐを保持した基板ステージＰＳＴの位
置を調整する。具体的には、表１に示すように、基板Ｐ
の露光処理面が投影光学系ＰＬの結像面に対して＋Ｚ方
向（光軸方向）に０．５μｍの位置に配置されるように
基板ステージＰＳＴを移動する。

【００３３】ＡＦ振り幅に関するデータが制御装置ＣＯ
ＮＴに入力される。制御装置ＣＯＮＴは入力されたＡＦ
振り幅の値が０がどうかを判別する（ステップＳ５）。
このときのパターンＰＡａでのＡＦ振り幅は、表１に示
すように２μｍ（≠０）である。

【００３４】入力されたＡＦ振り幅の値が０でないと判
断されたら、パターン毎に露光エネルギーが個別に設定
されているかどうかを判別する（ステップＳ６）。この
場合、パターンＰＡａでは４０ｍＪ、パターンＰＡｂで
は５０ｍＪと、パターン毎に露光エネルギーが個別に設
定されている。

【００３５】パターン毎に露光エネルギーが個別に設定
されていると判断されたら、制御装置ＣＯＮＴは、この
設定された露光エネルギー４０ｍＪを有するように光源
１の出力を調整するとともに、ＡＦ値０．５μｍを中心
値としてＡＦ振り幅２μｍで基板ステージＰＳＴを投影
光学系ＰＬの光軸方向に移動させるように基板ステージ
駆動部ＰＳＴＤに指示する。基板ステージＰＳＴ上の基
板Ｐは、投影光学系ＰＬの光軸方向に移動されつつ露光
（ＦＬＥＸ露光）される（ステップＳ７）。この場合、
制御装置ＣＯＮＴは、設定されたＡＦ振り幅に基づい
て、投影光学系ＰＬの光軸方向に、基板Ｐを支持した基
板ステージＰＳＴの連続的な移動制御を行う。例えば、
基板Ｐに対して露光光を照射中に、基板Ｐを光軸方向に
連続的に、例えばサインカーブ状の速度で往復移動させ
る。そして、図３に示すように、パターンＰＡａは表１
に示した位置の４箇所に露光される。

【００３６】１回目のパターンＰＡａの露光処理が終了
したら、制御装置ＣＯＮＴは全パターンの露光処理が終
了したかどうかを判別する（ステップＳ８）。全パター
ンの露光処理が終了したと判断したら露光装置ＥＸに処
理を終えるよう指示する（ステップＳ１４）。一方、ス
テップＳ８において、全パターンの露光処理が終了して
いないと判断されたら、次のパターンデータを読み込
む。次のパターンデータが先のパターンと同じマスクに
属するものであれば、そのまま同じマスクを使用し、本
実施形態のように、パターンＰＡｂが異なるマスクＭｂ
に描画されている場合には、マスクステージＭＳＴ上の
マスク（この場合、マスクＭａ）をアンロードするとと
もに次のマスク（この場合、マスクＭｂ）をマスクステ
ージＭＳＴにロードし、パターンＰＡｂに合わせてブラ
インド部Ｂの設定を行う（ステップＳ９）。次いで、ス
テップＳ３の処理が行われ、以下、全パターンの露光処
理が終了したと判断されるまで、上述した手順が繰り返
される。そして、図３に示すように、パターンＰＡｂは
表１に示した位置の３箇所に露光される。

【００３７】なお、ステップＳ６において、パターン毎
に露光エネルギーが個別に設定されているかどうかを判
別した際、パターン毎に露光エネルギーが個別に設定さ
れていないと判断されたら、制御装置ＣＯＮＴは、予め
設定された代表値（所定値）の露光エネルギー値を用い
る。このとき、この代表値に設定された露光エネルギー
になるように、シャッターＳの開放時間に照射した露光
エネルギーを積算し、目標の露光エネルギー値になった
らシャッターＳを閉じる。その際に、シャッターＳの開
放時間に合わせて、設定されたＡＦ値を中心値として基
板ステージＰＳＴをＡＦ振り幅で投影光学系ＰＬの光軸
方向に移動するように基板ステージ駆動部ＰＳＴＤに指
示する。基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐは、投影光学系
ＰＬの光軸方向に移動されつつ露光される（ステップＳ
１０）。そして、ステップＳ１０における露光処理が終
了したらステップＳ８に進む。

【００３８】ステップＳ５において、ＡＦ振り幅の値が
０がどうかを判別した際、ＡＦ振り幅の値が０であると
判断されたら、次に、パターン毎に露光エネルギーが個
別に設定されているかどうかを判別する（ステップＳ１
１）。

【００３９】パターン毎に露光エネルギーが個別に設定
されていると判断されたら、制御装置ＣＯＮＴは、設定
されたＡＦ値になるように基板ステージ駆動部ＰＳＴＤ
を駆動して基板ステージＰＳＴの位置を調整する。そう
して、予め設定された露光エネルギーになるように、シ
ャッターＳの開放時間を制御して露光を行う。このよう
にして、基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐは、位置を固定
されたまま露光（通常露光）される（ステップＳ１
２）。そして、ステップＳ１２における露光処理が終了
したらステップＳ８に進む。

【００４０】ステップＳ１１において、パターン毎に露
光エネルギーが個別に設定されているかどうかを判別し
た際、パターン毎に露光エネルギーが個別に設定されて
いないと判断されたら、制御装置ＣＯＮＴは、設定され
たＡＦ値になるように基板ステージＰＳＴＤを駆動して
基板ステージＰＳＴの位置を調整する。そうして、予め
設定された代表値（所定値）に露光エネルギーを設定
し、この代表値に設定された露光エネルギーになるよう
に、シャッターＳの開放時間を制御して露光する。この
ようにして、基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐは、位置を
固定されたまま露光される（ステップＳ１３）。そし
て、ステップＳ１３における露光処理が終了したらステ
ップＳ８に進む。

【００４１】以上、２つのパターンＰＡａ、ＰＡｂを露
光することを例として説明したが、パターンＰＡａ〜Ｐ
Ａｄの全てのパターンに関するデータを登録し、登録し
たデータに基づいてパターンＰＡａ〜ＰＡｄの露光処理
ができることはもちろんである。

【００４２】以上説明したように、１枚の基板Ｐに対し
て複数のパターンＰＡａ〜ＰＡｄのそれぞれを露光する
際、複数のパターンＰＡａ〜ＰＡｄのそれぞれの露光毎
に、投影光学系ＰＬの光軸方向におけるこの投影光学系
ＰＬの結像面に対する基板Ｐの位置（ＡＦ値）と、この
位置を露光中に移動させる移動量（ＡＦ振り幅）との少
なくとも一方を設定するようにしたので、これらパター
ンＰＡａ〜ＰＡｄそれぞれの基板Ｐで形成されるべき目
標深さ形状が異なっても、パターンＰＡａ〜ＰＡｄに応
じたフォーカス位置あるいは焦点深度をそれぞれ任意の
値に設定して露光することができる。したがって、全て
のパターンＰＡａ〜ＰＡｄをそれぞれ精度良く所望の形
状にすることができる。

【００４３】すなわち、コンタクトホールパターンや液
晶表示素子における画素パターンなど、所定の深さ形状
を要するパターンを精度良く形成したい場合には、焦点
深度を深くして露光することが好ましい。しかしなが
ら、近年のパターンの微細化の要求に伴って投影光学系
ＰＬの開口数ＮＡは大きく設定されるようになってお
り、これにともなって焦点深度は浅くなっている。この
場合、所定の深さ形状を要しないパターンは高い精度で
露光されるが、所定の深さ形状を要するパターンは焦点
深度の浅い投影光学系ＰＬを用いて露光処理せざるを得
ないので、所望の深さ形状を得られない場合がある。し
かしながら、形成するパターンに応じて基板Ｐを投影光
学系ＰＬの光軸方向に移動させつつ露光するようにした
ので、焦点深度の浅い投影光学系を用いた際にも、所望
の深さ形状を要するパターンを精度良く形成することが
できる。

【００４４】ところで、本実施形態においては、制御装
置ＣＯＮＴは、基板Ｐを保持した基板ステージＰＳＴ
を、投影光学系ＰＬの光軸方向に連続的に移動制御する
ものであるが、連続的に移動させない構成とすることも
できる。

【００４５】表２（ａ）は、上述した表１に基づく実施
形態のように、基板ステージＰＳＴを投影光学系ＰＬの
光軸方向に連続的に移動制御しつつ１つのパターンＰＡ
（例えばＰＡａ）を露光する際の露光処理に関するデー
タである。この場合、露光エネルギーは４０ｍＪ、ＡＦ
値は０μｍ、ＡＦ振り幅は８μｍに設定されている。そ
して、制御装置ＣＯＮＴは、ＡＦ値０μｍを中心とし
て、例えば投影光学系ＰＬの光軸方向における移動速度
がサインカーブ状に変化するように、−４μｍ〜＋４μ
ｍの範囲で基板Ｐを連続的に移動させる。一方、表２
（ｂ）は、基板ステージＰＳＴを投影光学系ＰＬの光軸
方向にステップ的に移動制御しつつ１つのパターンＰＡ
（ＰＡａ）を露光する際の露光処理に関するデータであ
る。そして、露光する際には、投影光学系ＰＬの結像面
に対する基板Ｐの位置決め動作を２回行い、この位置決
めされた２つの位置のそれぞれにおいて露光するように
なっている。この場合、１回目の露光時では、露光エネ
ルギーは２０ｍＪ、ＡＦ値は＋４μｍ、ＡＦ振り幅は０
μｍ（すなわち、露光中に基板Ｐを移動させない）に設
定されており、２回目の露光時では、露光エネルギーは
２０ｍＪ、ＡＦ値は−４μｍ、ＡＦ振り幅は０μｍ（す
なわち、露光中に基板Ｐを移動させない）に設定されて
いる。そして、それぞれのＡＦ値において２回露光が行
われる。

【００４６】

【表２】

【００４７】このように、基板Ｐを投影光学系ＰＬの光
軸方向に移動させて露光する際、連続的に移動させつつ
露光する構成としてもよいし、複数設定したＡＦ値の間
をステップ的に移動させ、それぞれの位置で露光する構
成としてもよい。なお、基板Ｐをステップ的に移動する
際、移動中に、基板Ｐに達する露光光をシャッタ等で遮
光する。

【００４８】なお、１つの基板Ｐに対して複数のパター
ンＰＡａ、ＰＡｂを露光する際、パターンＰＡａの露光
時には基板Ｐを投影光学系ＰＬの光軸方向に連続的に移
動させつつ露光し、パターンＰＡｂの露光時には基板Ｐ
を投影光学系ＰＬの光軸方向にステップ的に移動させて
複数回露光を行う構成としてもよい。

【００４９】基板Ｐを投影光学系ＰＬの光軸方向に移動
させつつ露光するときは、基板Ｐを移動させないで露光
するときに比べて、露光エネルギーを増やすように設定
することにより、それぞれの露光条件で形成されるパタ
ーンの形状を均一化することができる。これは、基板Ｐ
を移動することによって、パターンの像は移動した分だ
けデフォーカスされた状態、すなわちボケた状態となる
ため、基板Ｐを移動して露光する場合は基板Ｐを移動さ
せない状態で露光する場合より、同じパターン形状を得
るには高い露光エネルギーを必要とするからである。し
たがって、基板Ｐを光軸方向に移動させるかさせないか
によって露光エネルギーを個別に設定することにより、
所望の形状を有するパターンを形成することができる。

【００５０】したがって、表２では（ａ）露光エネルギ
ーは４０ｍＪであり、表２（ｂ）ではそれぞれの露光エ
ネルギーを２０ｍＪずつとして２回露光し、全体の露光
エネルギーを表２（ａ）のものと一致させているが、表
２（ａ）における露光エネルギーを増やす（例えば表２
（ａ）の露光エネルギーを４１ｍＪとする）ようにして
もよい。つまり、基板Ｐをステップ的に移動させつつ複
数回の露光を行う時に比べて、基板Ｐを連続的に移動さ
せつつ１回で露光するときは、露光エネルギーを増やす
ように設定変更を行う。

【００５１】同様に、基板Ｐを投影光学系ＰＬの光軸方
向に移動させつつ露光する際において、ＡＦ振り幅を大
きく設定するにしたがって露光エネルギーを増やすよう
に設定することが好ましい。つまり、ＡＦ振り幅を大き
くして像がボケた状態となっても高い露光エネルギーで
露光するので、小さいＡＦ振り幅で露光されたパターン
の形状と、この振り幅より大きいＡＦ振り幅で露光され
たパターンとの形状を均一にすることができる。

【００５２】なお、表１、表２に示した数値は一例であ
って、任意の数値に設定可能であることはもちろんであ
る。また、パターンはＰＡａ〜ＰＡｄの４つに限らず、
任意の数のパターンを露光可能であることももちろんで
ある。

【００５３】上記実施形態において、パターンの露光毎
に露光エネルギーを個別に設定する際、照度を一定にし
て露光時間を調整することによって露光エネルギーの設
定を行うことを説明している。このとき、例えば、露光
エネルギーを増やしたい場合には露光時間を長くする。
また、別の方法として、光源１の出力（すなわち照度）
を調整することによって露光エネルギーを任意の値に設
定するようにしてもよい。

【００５４】ＡＦ値やＡＦ振り幅、あるいは基板Ｐを投
影光学系ＰＬの光軸方向に連続的に移動させるかステッ
プ的に移動させるかなどといった各種設定は、制御装置
ＣＯＮＴのメモリにデータとして予め記憶されている
が、例えば、基板Ｐの連続的な移動又はステップ的な移
動の選択、ステップ移動させる際のステップ数など、各
種設定を制御装置ＣＯＮＴに接続された操作表示部から
入力可能とし、オペレータが操作表示部から各種設定を
入力する構成としてもよい。

【００５５】本実施形態においては、基板Ｐの同一レイ
ヤにおける異なるの領域（ショット領域）のそれぞれに
対して複数のパターンをそれぞれ露光するように説明し
たが、同じショット領域にパターンを重ね合わせるよう
に露光する際、ＡＦ値とＡＦ振り幅との少なくとも一方
を、異なるレイヤで露光されるパターン毎に設定するよ
うにしてもよい。例えば、半導体素子を製造する際、コ
ンタクトホールパターンでは深い焦点深度を得るために
ＡＦ振り幅を所定値に設定して基板Ｐを投影光学系ＰＬ
の光軸方向に移動させつつ露光を行い、配線パターンで
は基板Ｐの位置を固定して露光を行う。

【００５６】また、露光処理されるべき複数の基板Ｐを
１ロットとし、ロット内の異なる基板Ｐに対する露光毎
に、ＡＦ値とＡＦ振り幅との少なくとも一方を設定する
ようにしてもよい。

【００５７】本実施形態では、複数のパターンのそれぞ
れを基板Ｐの異なる領域にそれぞれ露光するように説明
したが、この複数のパターンのそれぞれを基板Ｐ上でつ
なぎ合わせる（画面継ぎを行う）ように露光して１つの
合成パターンを形成することも可能である。この場合、
例えば平面度の良くない基板Ｐに対してつなぎ合わせ露
光して１つの合成パターンを形成する際にも、この合成
パターンを精度良く形成することができる。この画面継
ぎを行う場合、パターン毎に要求される精度が異なって
おり、それに応じてＡＦ値やＡＦ振り幅を設定すること
が考えられる。そのため、その要求される精度毎にパタ
ーンを分割して露光するようにしてもよい。

【００５８】なお、画面継ぎを行うには、図５に示すよ
うなブラインド部Ｂを用いる。ブラインド部Ｂは、図５
（ａ）に示すように、光源側ブラインドＢ１と、投影光
学系側ブラインドＢ２とを備えており、ブラインドＢ
１、Ｂ２はそれぞれ、一体に設けられたガラスブライン
ドＢｇとノーマルブラインドＢｎとを備えている。画面
継ぎを行う露光処理時には、ガラスブラインドＢｇを用
いる。ガラスブラインドＢｇは、透明なガラス基板で構
成される光透過部１５ａを有しており、光透過部１５ａ
の周囲は遮光部１６となっている。また、光透過部１５
ａの端部には、光透過部１５ａから遮光部１６に向かう
にしたがって減光率が大きくなるように設定された減光
部１５ｂが設けられている。そして、画面継ぎを行う際
には、図５（ｂ）に示すように、各ガラスブラインドＢ
ｇ、Ｂｇのそれぞれの光透過部１５ａ、１５ａを所定量
組み合わせてマスクＭに対する照明領域を設定する。そ
して、減光部１５ｂに対応する基板Ｐでの減光領域を重
ね合わせるように露光することにより、合成パターンの
全ての領域において、露光量を均一にすることができ
る。なお、減光部１５ｂは、図５中、上下部分に設けら
れていて横の部分には設けられていないが、露光処理を
行うに際し、光源側あるいは投影光学系側の少なくとも
一方のガラスブラインドＢｇをＹ方向に移動させながら
露光することにより光量分布が生じ、投影領域に減光領
域が形成されるので、この減光領域を基板Ｐで重ね合わ
せることにより、合成パターンの全ての領域において露
光量を均一にすることができる。そして、このブライン
ド部Ｂ（ガラスブラインドＢｇ）を用いて複数のパター
ンのそれぞれを基板Ｐ上でつなぎ合わせで１つの合成パ
ターンを形成する。

【００５９】本実施形態においては、複数のパターンＰ
Ａａ〜ＰＡｄは、複数のマスクＭａ〜Ｍｄに設けられ、
複数のパターンＰＡａ〜ＰＡｄを露光するに際し、複数
のマスクＭａ〜Ｍｄを交換して露光するように説明した
が、１枚のマスクＭに複数のパターンＰＡａ〜ＰＡｄを
形成し、それぞれのパターン毎にＡＦ値の設定やＡＦ振
り幅の設定を行い、露光する構成とすることもできる。
この場合、露光すべきマスクＭ上のパターンに対して
は、図５に示したブラインド部Ｂのうち、２つのノーマ
ルブラインドＢｎ、Ｂｎのそれぞれの開口部１４、１４
を組み合わせて露光光ＥＬの通過する開口の大きさを設
定し、この露光すべきパターンのみに露光光が照明され
るようにし、露光しないパターンに対しては遮光部１６
で露光光を遮蔽する。なお、露光処理時において、ガラ
スブラインドＢｇとノーマルブラインドＢｎとを切り替
える際には、駆動機構Ｄによってそれぞれのブラインド
Ｂ１、Ｂ２（ブラインド部Ｂ全体）を図５中、Ｙ方向に
移動させる。

【００６０】本実施形態においては、露光装置ＥＸはス
テップ・アンド・リピート型の露光装置であるが、マス
クＭと基板Ｐとを照明光学系ＩＬ及び投影光学系ＰＬに
対して同時に相対移動させつつ露光するスキャン型露光
装置に適用することも可能である。この場合、基板Ｐを
投影光学系ＰＬの光軸方向に連続的に移動させつつ、マ
スクＭ及び基板Ｐを往復スキャンさせながらスキャン速
度をパターン毎に切り替えることにより、複数のパター
ンのそれぞれの露光毎に露光エネルギーを個別に設定す
ることができる。また、スキャン型露光装置の場合、ス
リット状の露光領域を基板Ｐに対してスキャンさせるた
め、パターン毎にＡＦ値やＡＦ振り幅の設定をしておい
て、スキャン中にパターンが変わるのに応じてＡＦ値や
ＡＦ振り幅の動作状態を連続的に切り換えられる。

【００６１】上記実施形態において、複数のパターンの
それぞれの露光毎に、照明光学系の照明条件を変えるた
め、通常の円形開口による開口絞りや、σ値を小さくす
る開口絞りや、輪帯照明用の輪帯状の開口絞りや、変形
光源用の複数の開口を偏心して配置した構成の変形開口
絞りを設けておいて切り替えるようにしてもよい。

【００６２】本実施形態で説明した方法をテスト露光時
に適用することにより、つまり、テスト露光時において
ＡＦ値やＡＦ振り幅を変更し露光することにより、１枚
の基板で露光処理条件の最適化を効率良く行うことがで
きる。

【００６３】露光装置ＥＸの用途としては角型のガラス
プレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露
光装置に限定されることなく、例えば、半導体製造用の
露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置
にも広く適当できる。

【００６４】本実施形態の露光装置ＥＸの光源１として
は、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキ
シマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ（１５７ｎ
ｍ）、Ｋｒ₂レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ₂レーザ（１
２６ｎｍ）なども用いることができる。

【００６５】投影光学系ＰＬの倍率は縮小系のみならず
等倍および拡大系のいずれでもよい。

【００６６】投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザ
などの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石な
どの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ₂レーザやＸ線
を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にする
（マスクも反射型タイプのものを用いる）。

【００６７】基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳ
Ｔにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用
いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス
力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、
ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいい
し、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。

【００６８】ステージの駆動装置として平面モ−タを用
いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニット
のいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電
機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に
設ければよい。

【００６９】基板ステージＰＳＴの移動により発生する
反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されてい
るように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に
逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露
光装置においても適用可能である。

【００７０】マスクステージＭＳＴの移動により発生す
る反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されて
いるように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）
に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた
露光装置においても適用可能である。

【００７１】以上のように、本願実施形態の露光装置
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行わ
れ、露光装置全体としての各種精度が確保される。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で行うことが望ましい。

【００７２】半導体デバイスは、図６に示すように、デ
バイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設
計ステップに基づいたマスクを製作するステップ２０
２、デバイスの基材となる基板（ウェーハ、ガラスプレ
ート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の
露光装置によりマスクのパターンを基板に露光する基板
処理ステップ２０４、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）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

【００７３】

【発明の効果】本発明の露光方法及び露光装置は以下の
ような効果を有するものである。請求項１に記載の露光
方法及び請求項７に記載の露光装置によれば、複数のパ
ターンのそれぞれの露光毎に、投影光学系の光軸方向に
おけるこの投影光学系の結像面に対する基板の位置と、
この位置を露光中に移動させる移動量との少なくとも一
方を設定するようにしたので、例えば深さ形状の異なる
複数のパターンのそれぞれを基板に形成する際、パター
ンに応じたフォーカス位置あるいは焦点深度をそれぞれ
任意の値に設定して露光するので、全てのパターンをそ
れぞれ精度良く所望の形状にすることができる。

【００７４】請求項２に記載の露光方法によれば、投影
光学系の結像位置及び焦点深度の少なくとも一方に応じ
て、投影光学系の結像面に対する基板の位置や、基板の
位置を投影光学系の光軸方向に移動させる移動量を設定
するので、パターンの像を大きくボケさせることなく精
度よい露光処理を行うことができる。

【００７５】請求項３に記載の露光方法によれば、複数
のパターンのそれぞれを基板の異なる領域にそれぞれ露
光するので、１つの基板から複数のデバイスをそれぞれ
精度良く形成することができる。

【００７６】請求項４に記載の露光方法によれば、複数
のパターンのそれぞれをつなぎ合わせるように露光する
ので、例えば平面度が大きい基板に対してつなぎ合わせ
露光して１つの合成パターンを形成する際にも、この合
成パターンを精度良く形成することができる。

【００７７】請求項５に記載の露光方法によれば、複数
のパターンの露光毎に露光エネルギーを個別に設定する
ので、それそれのパターンを所望の形状に形成すること
ができる。また、基板を露光中に投影光学系の光軸方向
に移動させる場合と移動させない場合とでも露光エネル
ギーを個別に設定することができるので、複数のパター
ンのそれぞれの形状を均一化することができる。

【００７８】請求項６に記載の露光方法によれば、複数
のパターンは複数のマスクに設けられており、複数のマ
スクを交換して複数のパターンを露光するので、マスク
毎に露光条件を容易に設定しつつ効率良く露光すること
ができる。

【００７９】請求項８に記載の露光装置によれば、制御
装置は、投影光学系の光軸方向に基板の連続的な移動制
御を行うので、例えば所定の深さ形状を要するパターン
を露光する際、精度良い露光処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一実施形態を説明するため
の概略構成図である。

【図２】マスクに形成されたパターンの配置を説明する
ための図である。

【図３】基板に形成されたパターンの配置を説明するた
めの図である。

【図４】本発明の露光方法の一実施形態を説明するため
のフローチャート図である。

【図５】ブラインド部を説明するための概略図である。

【図６】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフロー
チャート図である。

【符号の説明】

６フォーカス位置検出系ＣＯＮＴ制御装置ＥＸ露光装置Ｍ（Ｍａ〜Ｍｄ）マスクＰ基板ＰＡ（ＰＡａ〜ＰＡｄ）パターンＰＬ投影光学系ＰＳＴ基板ステージ（移動装置）ＰＳＴＤ基板ステージ駆動部（移動装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６ＤＦターム(参考） 2H097 AA20 AB09 BA01 DA03 GB00 KA03 KA29 KA38 LA10 LA12 5F046 AA13 BA04 CC01 CC02 CC05 DA02 DA06 DA08 DA14 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光学系により複数のパターンのそれ
ぞれを基板に露光する露光方法において、前記投影光学系の光軸方向における該投影光学系の結像
面に対する前記基板の位置と、該位置を露光中に前記光
軸方向に移動させる移動量との少なくとも一方を前記複
数のパターン毎に設定することを特徴とする露光方法。
【請求項２】請求項１に記載の露光方法において、前記投影光学系の結像位置及び焦点深度の少なくとも一
方に応じて前記設定を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載の露光方法におい
て、前記複数のパターンのそれぞれを前記基板の異なる領域
にそれぞれ露光することを特徴とする露光方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の露光方
法において、前記複数のパターンのそれぞれをつなぎ合わせるように
露光することを特徴とする露光方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の露光方
法において、前記複数のパターンの露光毎に露光エネルギーを個別に
設定することを特徴とする露光方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の露光方
法において、前記複数のパターンは複数のマスクに設けられ、前記複
数のパターンを露光するに際し、前記複数のマスクの交
換を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項７】投影光学系を介して複数のパターンのそ
れぞれを基板に露光する露光装置において、露光中に前記投影光学系の光軸方向に前記基板を移動さ
せる移動装置と、前記複数のパターンのそれぞれの露光毎に、前記投影光
学系の光軸方向における該投影光学系の結像面に対する
前記基板の位置と、該位置を露光中に移動させる移動量
との少なくとも一方を設定する制御装置と、を備えたこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項８】請求項７に記載の露光装置において、前記制御装置は、前記移動量に基づいて前記光軸方向に
前記基板の連続的な移動制御を行うことを特徴とする露
光装置。