JPH0513292A

JPH0513292A - 露光装置

Info

Publication number: JPH0513292A
Application number: JP3161323A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Taniguchi; 哲夫谷口; Toshio Tsukagoshi; 敏雄塚越
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1993-01-22

Abstract

(57)【要約】【目的】感光基板上の感光材の厚さに応じた最適な露
光量となるように制御する。【構成】感光基板に対して露光すると同時に基板上の
各露光領域からの反射光を受光し、この反射光から基板
上の感光材の膜厚に応じた最適な露光量を求め、各露光
領域毎に露光量を制御する。【効果】感光基板上の各露光領域毎に最適な露光量で
露光することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子製造
用の露光装置等に関するものであり、特に微細なパター
ンの形成を要求される投影露光装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置の露光対象とされる被
露光物（シリコンウェハやガラス板等が考えられるが、
以後はウェハとする）上には高分子材料でできた半透明
の感光剤（以後レジストと称す）が所定の膜厚で塗布さ
れており、上記露光装置によりこのレジスト上にマスク
のパターン像が形成される。レジスト上に微細なパター
ンの形成が要求される場合、レジストに対する露光量等
の露光条件を厳密にコントロールしなければ所望のパタ
ーンが得られない。この露光条件を決定する要因の１つ
には、レジストの膜厚が挙げられる。しかしこれは膜厚
が厚くなればその分大きな露光エネルギー（露光量）が
必要になるということだけではなく、露光光のレジスト
表面からの反射光とウェハ表面からの反射光との間に起
こる干渉の状態が変化することによってウェハからの反
射光量が変わるということ、即ちレジストに吸収される
露光光の量が変化するということでもある。このため、
レジストの膜厚は厳密に均一に塗布される必要がある。

【０００３】しかしながら、実際にはウェハ毎に、或い
はウェハ上の位置によりレジストの膜厚は微妙に異なっ
てくる。さらに、単にレジストの膜厚だけでなく、レジ
ストとウェハの表面との間にこれらとは別の透明膜等が
形成されている場合、この透明膜の膜厚と屈折率も上記
の反射光の干渉の状態に影響を及ぼし、結果として露光
に必要なエネルギーを変動させる要因となる。また、ウ
ェハ自体が金属等の高反射層を有する場合もその種類
（反射率）により干渉の状態は変化する。つまり露光に
必要な適正エネルギー量が変化する。これらレジストの
膜厚とレジストを露光するのに必要な露光量との関係を
以下に説明する。

【０００４】通常、図２（ａ）に示すようにシリコン
（Ｓｉ）等のウェハ２１上にはレジスト２２が所定の膜
厚ｄで塗布されており、このレジスト２２に対して露光
を行う。露光時に光束を照射すると、ウェハからの反射
光は、ウェハ２１表面からの反射光とレジスト２２の表
面からの反射光とが干渉したものとなり、レジスト２２
の屈折率や膜厚ｄ、基板２１表面の反射率等により反射
光量が異なる。つまり、これらの要件によってウェハの
反射率が異なることになる。レジストの膜厚とウェハの
反射率との関係を図３（ａ）に示す。図中の実線３１
は、図２（ａ）に示すような構造のウェハのレジスト膜
厚ｄと反射率ｒとの関係を表している。この場合露光光
の波長をλ、レジスト２２の屈折率をｎとすれば実線３
１の１波長Ｒｔ１（膜厚と反射率とが１対１に対応する
膜厚の範囲）はλ／２ｎ（ｎは整数）で表せる。例えば
ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の場合、Ｒｔ１≒0.１μｍとな
る。またこのときのレジストの膜厚ｄと露光に必要なエ
ネルギーＥｔｈとの関係を図３（ｂ）に示す。図中の実
線３４は、図３（ａ）に示す実線３１で表された膜厚と
反射率との関係を有するウェハのレジスト膜厚と露光に
必要なエネルギーとの関係を表している。ウェハの反射
率が高い場合、つまり実線３１の山の部分に相当する膜
厚では、露光光の多くは反射されてレジストへの吸収量
が減る。よって、その分大きな露光エネルギーが必要で
ある。反対に実線３１の谷の部分（反射率が低い場合）
に相当する膜厚では小さな露光エネルギーで済む。さら
にウェハの反射率が同じであれば、膜厚が厚い分、当然
余計な露光エネルギーが必要であり、このことは図３
（ｂ）中に破線３３で示すような実線３４、及び破線３
５の傾きとして現れている。

【０００５】また図２（ｂ）に示すように、ウェハ２１
とレジスト２２との間に、例えばＳｉＯ₂等の露光光線
に対して透明な膜２３が存在する場合は、反射光の干渉
の状態は図２（ａ）に示したウェハの場合とは異なる。
即ち、透明膜２３の膜厚や屈折率の影響で露光光の位相
が変化し、反射率ｒとレジスト膜厚ｄの関係は図３
（ａ）の破線３２のようにシフトする。また１波長Ｒｔ
１もＲｔ２に変化する。このシフト量、及び１波長（Ｒ
ｔ１）の変化量は透明膜２３の膜厚、及び屈折率によっ
て異なってくる。このときレジストの膜厚ｄと露光エネ
ルギーＥｔｈとの関係も同様に図３（ｂ）に示す破線３
５のようにシフトする。

【０００６】以上の理由から、予めウェハ上のレジスト
膜厚の測定を行ったうえで露光条件（露光量）の制御を
行う方法が考えられていた。これは、例えば露光に先立
ってレジストが塗布されたウェハに非露光光を照射し、
その非露光光に対するウェハの反射率、またはレジスト
の膜厚を測定しておく。そして、それら測定結果に応じ
て予め決定されているウェハの反射率やレジスト膜厚と
必要な露光量との関係等に基づいて露光量を決定すると
いうものである。また、その表面に透明膜を有するウェ
ハにレジストを塗布する際、予め透明膜の影響も含んだ
ウェハの反射率を測定しておき、そのウェハの反射率と
所定露光量とに応じたレジストの膜厚を求め、その膜厚
でレジストをウェハに塗布するという方法も考えられて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の如
き従来の技術においては以下のような問題点がある。即
ち、例えばウェハ表面とレジストとの間に透明膜等が形
成されているウェハの反射率やレジスト膜厚を測定する
場合、測定用の光に露光光とは波長の異なる非露光光を
用いると、露光光を用いた場合とは異なる値が測定され
ることになる。これは、測定用の光束の波長が露光光と
は異なるために光束の透明膜による位相ずれの量が露光
光の場合と異なり、それによって干渉の状態も異なるか
らである。その結果としてウェハからの反射光量が変わ
ることになり、測定された反射率や膜厚が異なってく
る。このため、非露光光を測定に使用する場合は何らか
の補正が必要となり、装置が複雑になるほか、誤差の要
因ともなる。また、露光とは別に反射率を測定し、記憶
しておくという余分な工程が必要であり、生産性の低下
につながる。一方、露光光と同一波長の光で測定を行え
ば正確な反射率の測定が可能であるが、当然レジストは
感光してしまい、実際の露光に悪影響を及ぼすことは言
うまでもない。

【０００８】さらに、レジストを塗布する前にウェハ表
面の透明膜の影響を含んだ反射率を測定し、塗布すべき
レジストの膜厚を決定する方法を用いた場合でも、塗布
された後のレジストの膜厚が設定値どおりになっている
かが上記と同じ理由（露光波長の光を使った測定が不用
意に行えない）で確認できない。しかも、ウェハ上の透
明膜の厚さにむらがあるとき、ウェハ全面で反射率を一
定にするためにレジストの膜厚を部分的に変えて塗布す
るということは不可能である。よって完全な方法とは言
いがたい。さらに前述の方法と同様に工程が増えるとい
う問題点もある。

【０００９】その他、一般に反射率は光束の入射角度に
よって変化するものである。そのため、対象物に対する
光束の入射角が反射率測定時と実際の露光時とで一致し
ない場合、即ち照明条件や反射光受光条件が異なる場
合、前もって測定された反射率と実際の反射率とが異な
るという問題点もある。本発明は、これらの問題点に鑑
みて成されたものであり、被露光基板の表面に透明膜等
が存在する場合やレジスト膜厚が基板内の位置によって
変化しているような場合でも常に最適な露光条件で露光
することが可能で、しかも生産性が従来のものと殆ど変
わらない露光装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点解決のために
本発明では、光源（１）からの露光用照明光をマスク
（Ｒ）に照射し、マスク（Ｒ）のパターンを感光基板
（Ｗ）上の感光層（２２）に露光する露光装置におい
て、露光用照明光に対する感光基板（Ｗ）の反射強度を
測定する測定手段（１８）と；感光基板（Ｗ）の感光層
（２２）の厚み（ｄ）と感光基板（Ｗ）の反射強度との
関係を表す第１の特性（３１，３２）と、感光層（２
２）を露光するのに必要な露光量と感光層（２２）の厚
み（ｄ）との関係を表す第２の特性（３４，３５）とを
予め記憶する記憶手段（１９ａ）と；測定手段（１８）
によって測定された反射強度と、記憶手段（１９ａ）に
記憶された第１の特性（３１，３２）と第２の特性（３
４，３５）とに基づいて、露光すべき感光基板（Ｗ）に
対する目標露光量を算出する演算手段（１９ｂ）と；目
標露光量に応じて感光基板に対する露光量を制御する露
光制御手段（１９ｃ）とを備えることとした。

【００１１】また、光源（１）からの露光用照明光をマ
スク（Ｒ）に照射し、マスク（Ｒ）のパターンを基板
（２１）上の感光層（２２）に露光する際、感光層（２
２）に対して目標の露光量が得られるように、露光用照
明光の強度と露光時間とのうち少なくとも一方の量を制
御する制御手段（１９ｃ）を備えた露光装置において、
露光用照明光の感光基板（Ｗ）からの反射強度、若しく
は透過強度を測定する測定手段（１８）と；測定された
反射強度、若しくは透過強度に基づいて、感光基板
（Ｗ）に照射された露光用照明光のうち感光層（２２）
に有効に吸収され得る割合に関する値を算出する演算手
段（１９ｂ）と；演算手段（１９ｂ）によって算出され
た値に応じた量だけ制御手段（１９ｃ）による制御量を
補正する補正手段（１９ｄ，１９ｅ）とを含むこととし
た。

【００１２】

【作用】本発明によれば、露光光を用いて直接ウェハか
らの反射光を測定するため、レジストとウェハの基板表
面、さらにそれらの間の透明膜等による影響を受けた干
渉も全て加味した実質的な反射率を測定することができ
る。このため、干渉の状態に影響されずに正確に露光量
を制御することが可能である。特に、実際の露光と全く
同じ照明条件で反射率の測定を行うので、測定用の光束
の入射角が露光時のそれと異なることによる反射率の相
違等を考慮しなくてもよいという利点がある。

【００１３】また、露光開始直後のごく短時間の内にウ
ェハの反射率を測定し、必要な露光量を決定するので、
露光に先立って反射率を測定しておく必要がなく生産性
の低下も生じない。さらに、予め露光光による測定を行
った場合に生じるレジストの不必要な感光も避けること
ができる。その他、ステップ・アンド・リピート方式で
露光する場合、レジストの塗りむら、或いは処理工程
（プロセス）によるウェハ表面の膜厚等のむらが生じた
ウェハに対して露光するときにも各ステップ露光毎に反
射率（又は吸収の割合）の測定ができるため、より正確
な露光条件の制御が可能である。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例による投影型
露光装置の概略的な構成を示す図である。光源１から発
生した光束Ｌは、楕円鏡２、半透過鏡４、レンズ系５を
介してフライアイレンズ６に入射する。フライアイレン
ズ６から射出された光束Ｌは、半透過鏡７、レンズ系
８，１０、反射鏡１１、及びレンズ系１２を介してレチ
クルＲを均一に照明する。回路パターン等を有するレチ
クルＲを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介してウェ
ハＷ上のレジストに回路パターンの像を投影結像する。
さらに、レチクルＲとほぼ共役な位置に配置されたブラ
インド機構９によってレチクルＲ上での照明領域が可変
となっている。また楕円鏡２の第２焦点近傍には光束Ｌ
の遮蔽、及び開放を行うシャッター３が設けられてお
り、モータ等の駆動部３′によって駆動される。

【００１５】上記の構成において、光源１、フライアイ
レンズ６の射出面、投影光学系ＰＬの瞳面１３は互いに
共役であり、また、フライアイレンズ６の入射面、ブラ
インド機構９、レチクルＲのパターン面、及びウェハＷ
の転写面は互いに共役となっている。尚、半透過鏡４は
光束Ｌの一部を反射し、残りは透過する。この反射され
た一部の光束はＰＩＮフォトダイオード等の光電検出器
（光強度センサー）１７に入射する。光強度センサー１
７は光束Ｌの一部を光電検出してその強度に関する情報
ＰＳを露光制御部１９に出力する。この情報ＰＳは露光
制御部１９において露光条件を求めるための基礎データ
となっている。また、半透過鏡７はウェハＷ上で反射さ
れた光束Ｌの反射光の少なくとも一部を透過して光電検
出器（反射光センサー）１８に入射するように構成され
ている。反射光センサー１８は反射光を光電検出してそ
の強度に関する情報ＲＳを露光制御部１９に出力する。
この情報ＲＳは情報ＰＳと同様、露光条件を求めるため
の基礎データとなる。露光制御部１９は光電検出器１
７，１８からの情報ＰＳ，ＲＳを入力するとともに、主
制御部２０からの露光制御信号ＥＳを入力して所定の露
光量がウェハＷに照射されるように駆動部３′及びシャ
ッター３を制御している。また露光制御部１９は、図３
に示すようなレジスト膜厚とウェハの反射率との関係、
及びレジスト膜厚と露光に必要なエネルギーとの関係に
ついて記憶しており、反射光センサー１８で測定された
反射光に関する情報ＲＳと光強度センサー１７で測定さ
れた露光光の強度に関する情報ＰＳとに基づいて、露光
に必要なエネルギー（露光量）等を演算する。さらに露
光制御部１９は、後述のキャリブレーションを行った際
に得られた情報を入力、記憶し、それらに基づいてウェ
ハの反射率を求める。尚、主制御部２０は露光の開始、
及び終了に関する制御信号ＥＳを出力するためのもので
あり、露光制御部１９内に含まれていても構わない。

【００１６】ここで、露光制御部１９について図７を参
照してさらに説明する。露光制御部１９は記憶部１９
ａ、演算部１９ｂ、及び制御部１９ｃから構成されてお
り、記憶部１９ａは図３（ａ），（ｂ）に示すようなレ
ジスト膜厚と反射率との関係、及びレジスト膜厚と露光
エネルギー量との関係を予め実験等によって求めて記憶
している。或いは、それらの関係を総合してウェハの反
射率に対する露光エネルギーの関係を求めておいてもよ
い。レジストの膜厚ｄが図３（ａ）に示す１波長Ｒｔ１
（若しくはＲｔ２）に相当する量以上変化した場合は反
射率と露光エネルギー量とは１対１に対応しない（１つ
の反射率の値に対応した露光エネルギーの値が複数存在
する）が、通常の場合レジスト膜厚のばらつきは十分１
波長内に収まる。仮に１波長分以上にわたってばらつき
があったとしても、図３（ａ），（ｂ）から分かるよう
に、反射率が異なることによって生じる露光エネルギー
の差と比べるとさほど大きな誤差にはならない。また図
３（ａ），（ｂ）に示す関係は夫々レジストの種類によ
り異なるため、他の種類のレジストを使用するときは改
めて反射率と露光エネルギーとの関係を求める必要があ
る。さらに、レジストの下地（ウェハ）の反射率がウェ
ハ毎に大きく異なるとき、レジストは下地からの反射光
によっても感光するため、露光に必要なエネルギーが変
わってくる。このため下地の反射率という条件も考慮に
入れる必要がある。これら諸条件が変わるたびに改めて
反射率と露光エネルギーとの関係を求め、記憶するよう
にしてもよいが、予め種々の条件下での関係を記憶部１
９ａに記憶しておき、露光時にこれらの条件をオペレー
タがコンソールを介して入力し、任意の条件における反
射率と露光エネルギーとの関係を記憶部１９ａから呼び
出して使用するのが望ましい。

【００１７】シャッター３が開放状態になると反射量モ
ニター１８で反射光が検出され、その強度に関する信号
ＲＳが制御部１９ｃ、及び演算部１９ｂに出力される。
演算部１９ｂは、その信号ＲＳ等を基にウェハＷの反射
率ｒを求める。さらに記憶部１９ａに記憶された関係に
基づいて反射率ｒに対応する露光エネルギー量を求め、
制御部１９ｃに出力する。制御部１９ｃは求められた露
光エネルギー量を補正された適正露光量（目標値）とし
て保持し、積算露光量が目標値に達したと判断すると、
シャッター３を閉じる。因みに光強度センサー１７から
の出力ＰＳは、光束ＬのウェハＷ上での光強度と予め対
応をとっておき、出力ＰＳの積算値がウェハＷ上の積算
露光量と対応するようになっている。通常、制御部１９
ｃは、その積算量がオペレータによって指定された適正
露光量に達するとシャッタードライバー１９ｄを制御し
てシャッター３を閉じるが、本実施例では、適正露光量
として指定された値を演算部１９ｂで算出された値（目
標露光量）に補正するようにしてある。

【００１８】さて、ウェハＷは駆動モータ（不図示）に
より光軸方向（Ｚ方向）に微動可能なＺステージ１４上
に載置されている。Ｚステージ１４は、駆動モータ（不
図示）によりステップ・アンド・リピート方式で２次元
移動可能なＸＹステージ１５上に載置され、ＸＹステー
ジ１５はウェハＷ上の１つの露光領域に対する露光が終
了すると、次の露光位置まで移動する。ＸＹステージ１
５の２次元的な位置は干渉計（不図示）によって、例え
ば0.０１μｍ程度の分解能で常時検出される。さらにＸ
Ｙステージ１５には基準反射面１６がウェハＷの表面と
ほぼ同じ平面内に設置されている。基準反射面１６はウ
ェハＷの反射率を測定するに先立って、ウェハの本来の
反射率と反射光センサー１８で測定される反射光の強度
から求める反射率とのキャリブレーションをとるために
行うもので、投影光学系ＰＬの露光エリアと夫々ほぼ同
一面積、或いはそれ以上の面積で反射率が既知の高反射
面（例えばＡｌ蒸着面）、及び低反射面（例えば色ガラ
ス板）を有している。

【００１９】本実施例の場合、反射光センサー１８は、
ウェハＷからの反射光の他に、レチクルＲのパターン、
ブラインド機構９、及び各光学素子からの反射光も重畳
して受光する。このため同一ウェハについて測定した場
合でも、レチクルＲを交換する毎、或いはブラインド機
構９の開口形状を変更する毎に反射光量が変化し、反射
光センサー１８の出力と実際のウェハの反射率とは１対
１に対応しなくなる。このためそれらの変更に応じてセ
ンサー１８の出力のキャリブレーションを行うのであ
る。

【００２０】次に本発明の実施例による露光装置を用い
た露光方法について図１、図５、及び図７を参照して説
明する。本発明による反射率測定はウェハ上の各露光領
域毎に、且つ露光動作中に行われる。露光に先立って、
先ず反射光センサー１８のキャリブレーションが終了し
ているかどうかを判断し（ステップ１０１）、終了して
いない場合はキャリブレーションを行う。これは、先ず
基準反射面１６の例えば高反射面（反射率ｒ₁）を投影
光学系ＰＬの露光領域内に配置し（ステップ１１１）、
シャッター３を開放して露光光を基準反射面１６に照射
する（ステップ１１２）。その時の反射光量を反射光セ
ンサー１８で受光し（ステップ１１３）、得られた出力
Ｖｒ₁を反射率（ｒ₁）と対応付けて露光制御部１９内
に記憶する（ステップ１１４）。以上のステップ１１１
〜１１４の動作を基準反射面１６の低反射面（反射率ｒ
₂）についても行い、同様に出力Ｖｒ₂を得て、反射率
（ｒ₂）と対応付けて記憶する。これらの値から、図４
に直線４１で示すような反射率ｒと反射光センサー１８
の出力との関係のグラフができる。以上でキャリブレー
ションは終了する。

【００２１】反射光センサー１８のキャリブレーション
が終了している場合、制御部１９ｃは、ウェハＷを露光
するにあたって主制御部２０より露光開始の指令を入力
し、ウェハＷを投影光学系ＰＬの露光領域内に配置する
（ステップ１０２）。そしてシャッタードライバー１９
ｄを制御して駆動部３′によってシャッター３を開放
し、露光光を照射して露光を開始する（ステップ１０
３）。その際、ウェハＷからの反射光を測定するととも
に露光量の積算を開始し（ステップ１０４）、演算部１
９ｂによってウェハの（露光領域の）反射率を求める
（ステップ１０５）。これは、例えば得られた出力がＶ
ｒ₃であったとすると、図４に直線４１で示すような関
係からウェハＷの反射率はｒ₃であると推定できる。こ
のとき、光源１が水銀ランプであればランプの強度は短
時間の内には変化しないため上記の方法で反射率ｒが求
まる。しかしながら、光源１がエキシマレーザ光源の場
合１パルス毎に光強度が異なるため、光源１のパワーを
光強度センサー１７でモニターし、光強度センサー１７
の出力値に対する反射光センサー１８の出力値を除算器
等を用いて規格化する必要がある。また、光源１が水銀
ランプであっても、瞬間的に高電流を流し光強度を大き
くする（フラッシュアップ）機能がある場合、上記の出
力Ｖｒ₁，Ｖｒ₂は通常のものとフラッシュアップ時の
ものとの２種類について得ておく必要がある。或いは上
記のように光強度センサー１７の出力に対して規格化し
てもよい。本実施例では、１つの露光領域内全域の平均
的な反射率を求めるためには、反射光センサー１８を投
影光学系ＰＬの瞳面と共役な面に設けるのが望ましい。
また、基準反射面１６を用いたキャリブレーション時に
おいても実際の露光と同様、基準反射面１６が投影光学
系ＰＬの焦点面に一致するように合わせる必要がある。
これはレチクルＲのパターンを通過した光線が基準反射
面１６で反射して再びレチクルＲを通過する場合、レチ
クルＲと基準反射面１６が共役になっていないと反射光
の一部がレチクルＲのパターンに遮られ光量が落ちてし
まうからである。

【００２２】さて、ウェハＷの反射率が求まると、演算
部１９ｂではその反射率ｒ₃に応じた膜厚のレジストを
露光するのに必要な露光エネルギー量を求める（ステッ
プ１０６）。これは、図３に示すような関係に基づいて
反射率ｒ₃に対応するレジストの膜厚を求め、その膜厚
に対応する露光エネルギー量を求める。この間、露光は
継続しており、露光制御部１９は光強度センサー１７の
出力ＰＳを積算している。この積算値と先に求めた露光
エネルギー量とが一致したと判断したとき（ステップ１
０７）シャッター閉成の指令を駆動部３′に出力し、シ
ャッター３を閉成して露光を終了する（ステップ１０
８）。１つの領域の露光が終了したら全ての領域の露光
が終了したかどうか判断し（ステップ１０９）、終了し
ていない場合は次の領域の露光のため露光領域を移動す
る（ステップ１１０）。以上のステップ１０２〜１１０
を全露光が終了するまで繰り返して行う。以上で本発明
の実施例による露光方法は終了する。尚、露光制御部１
９からのシャッター閉成指令によってシャッター３が閉
じ終わるまでに時間的な遅れがある場合、予めその分早
めに閉成指令を出す方法も考えられる。

【００２３】上述の露光方法では、通常の露光時間（例
えば0.１〜0.５sec.）の間に反射率ｒを測定し、それを
基に露光に必要な露光量を求めなければならない。万が
一データの処理等が一露光領域の露光時間中に終了しな
いような場合について図６を参照して説明する。この図
６は本発明の実施例による露光方法の変形例を示すフロ
ーチャートであり、ステップ１０１〜１０４，１０７〜
１１４については図５に示す実施例と同様である。以下
に前述の実施例と異なる部分について説明する。

【００２４】露光光を照射し（ステップ１０３）、ウェ
ハからの反射光を測定したら（ステップ１０４）、一旦
シャッター３を閉成して露光を中止する（ステップ１２
１）。その間、露光制御部１９によってウェハの反射率
を求め（ステップ１２２）、求まった反射率からレジス
トを露光するのに必要な露光エネルギー量を求める（ス
テップ１２３）。その後露光を再開し（ステップ１２
４）、露光量の積算値が求めた露光エネルギー量と一致
したと判断したとき（ステップ１０７）露光を終了する
（ステップ１０８）。以下は図５に示す実施例と同様で
ある。尚、この変形例で露光を中止するタイミングは、
例えばレジスト膜厚のばらつきの範囲（図３に示す１波
長Ｒｔ１の範囲に相当）内での最低露光量に達しない露
光量が得られるような短時間だけシャッター３を開放し
て反射光センサー１８で反射光を測定した後とすればよ
い。

【００２５】一般にレジストは感光するにしたがって反
射率が変化することが知られている。このため厳密には
図３（ａ）に示す反射率は露光時間中の平均反射率を表
している。よってシャッターが開放状態になった直後に
反射光を測定したのでは若干の誤差が出る可能性があ
る。このような場合は誤差を考慮して補正する方式にし
てもよいし、シャッターが開いてから一定時間後に反射
光を測定するという方法も考えられる。また、シャッタ
ー開放直後から一定時間の間の反射光強度を順次測定
し、これを平均してもよい。

【００２６】また、露光光を用いて反射率を測定する方
法として照明光学系の瞳とほぼ共役な面に光電検出器を
設ける構成としたが、その他に投影光学系ＰＬの瞳付近
に４５°の折り返しミラーを設置して反射光を取り出
し、光電検出する方法も考えられ、効果は上記のものと
全く同じである。さらに、投影光学系ＰＬの光軸に平行
な光軸を有するように配置された反射率センサー等を用
いて測定することも考えられる。この場合、レジストが
感光しないよう十分弱い照度でしかも短時間の照射で測
定を行う必要がある。エキシマレーザを光源として１露
光当たり１００パルス程度必要な場合には１パルスで測
定する。また入射光線の角度等の照明条件はできるだけ
投影光学系ＰＬと一致させることが望ましい。この方法
では上記の実施例のように基準反射面１６でキャリブレ
ーションを行う必要がなく反射光量から直接反射率が算
出できるという利点がある。但し、この方法では露光動
作とは別に反射率測定を行わなければならないため生産
性が悪くなる欠点があるが、ウェハＷの面内数点で反射
率を計測し、ウェハ面内の反射率を統計的に処理するこ
とにより全体の反射率を推定することによって露光を行
う方式とすれば時間の節約は可能である。また、予め別
装置で反射率を上記の方法で測定し、露光装置に例えば
磁気テープのようなものでデータを渡すこともできる。

【００２７】以上の実施例では一露光領域内の平均的な
反射率が得られるように、光電検出器を投影光学系の瞳
共役面に設置してきたが、ウェハＷとほぼ共役な面内に
複数個設置し、一露光領域内での反射率の分布を測定し
てもよい。この場合、一露光領域内の位置によって反射
率が異なり過ぎていると、ウェハ上に形成されたパター
ンの線幅が均一でなくなるため、一定値以上の反射率の
ばらつきが検出された場合に警告を出す構成としてもよ
い。また、ウェハＷの反射率は各工程毎に異なっている
ため、本発明の方法によりウェハＷの反射率を常にモニ
ターしていれば、万が一、誤って別工程のウェハが混入
していても、そのウェハを判別することが可能である。
このためには任意の工程での反射率の許容範囲を予め設
定しておき、その範囲外のものに関しては警告を出す構
成にしておけばよい。これにより、別工程のウェハを識
別できるだけでなく、蒸着等の工程でミスを起こした不
良ウェハについても露光を行う前に未然にチェックでき
る。

【００２８】第１の実施例においては、感光基板からの
反射光の強度を検出し、それに基づいて感光層の膜厚を
求め、膜厚に応じて必要な露光量を求めることとした
が、反射光センサーで検出された反射光の強度から感光
層に吸収される光量の割合を求め、その割合に応じて露
光量を制御するようにしても構わない。これを第２の実
施例として、第１の実施例と異なる部分を図８を参照し
て説明する。シャッター３が開放され反射量モニター１
８で反射光が検出されると、その強度に関する信号ＲＳ
が制御部１９ｃ、及び演算部１９ｂに出力される。演算
部１９ｂは、その信号ＲＳ等に基づいて、ウェハＷに有
効に吸収される光量の割合を求める（ステップ２０
１）。この割合の求め方は、光強度センサー１７の出力
値から反射光センサー１８の出力値を減算し、その減算
値を光強度センサー１７の出力値で割ることによって求
められる。求められた割合に基づいて、ウェハＷに対す
る露光量を制御する（ステップ２０２）。この場合、露
光量を決定するためのテーブル（図３に示すような関
係）は、吸収される割合の値とレジストを感光させるの
に必要な露光量との関係についてのものである。尚、露
光量の制御としては、第１の実施例と同様に、適正露光
量として指定された値を演算部１９ｂで算出された値
（目標露光量）に補正するようにすればよい。さらに、
上記の実施例では、反射量モニター１８を用いてウェハ
Ｗからの反射光を検出する構成としたが、露光対象がガ
ラス基板等の光透過性の高いものであれば、その基板の
裏面に光検出器を配置して透過光を検出する構成として
も構わない。その場合も演算部１９ｂによって基板に吸
収された光束の割合を求めてもよいし、或いは露光量を
決定するためのテーブルとして、基板を透過した光の割
合とレジストを露光するのに必要な露光量との関係を有
しているのであれば、透過光の割合を求めてもよい。以
上の各ステップによって必要な露光量（目標露光量）を
露光した後、シャッター３を閉じる（ステップ２０
３）。尚、前述のとおり、レジストは感光するにしたが
って反射率が変化するので、レジストに吸収される光量
の割合も変化する。第２の実施例の場合、光強度センサ
ー１７の出力値から反射光センサー１８の出力値を減算
した値（レジストに吸収された光量に相当）を積分する
ことにより、吸収される光量の割合の変化を考慮した露
光量の制御が可能となる。

【００２９】上記の各実施例では、露光量の制御を行う
方法として積算露光量を求め、この積算露光量が補正さ
れた目標露光量に達した時点でシャッター３を閉成する
ようにしたが、特に積算露光量を求める必要はなく、オ
ペレーターが予め設定しておいた露光時間を目標露光量
が得られるべくシャッターの開閉によって補正するよう
にしても構わない。また、露光量の制御はシャッターの
制御に限定されず、図７に示すようにパワーコントロー
ラー１９ｅを設けることによって光源の強度を制御して
も構わない。特に光源１がエキシマレーザ等のパルス光
源の場合はパルスの発振回数、或いはパルス強度で露光
量を制御してもよい。また光源１が水銀ランプの場合で
も、フラッシュアップ等を行って露光量を調整するなど
照明強度で制御する方法としても上記の実施例と全く同
じ効果が得られる。

【００３０】尚、反射光センサー１８は本発明の目的を
達成するためだけに特別に設置する必要はない。これは
例えば特開昭６２−１８３５２２号公報に開示してある
ように、投影光学系ＰＬの照明光（反射光も含む）吸収
による結像特性の変動を補正することを目的とした反射
光センサーを露光装置が備えていれば、この反射光セン
サーと共用することが可能である。このセンサーは、投
影光学系ＰＬに入射する光量のうちウェハＷからの反射
光量を検出するもので、投影光学系ＰＬの照明光吸収、
特に反射光吸収による結像特性の変動を補正するときに
使うものである。この装置における反射率の計算の方法
等は本発明と同一のため何れの目的に対しても共通に用
いることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上、本発明によれば露光中に露光光を
用いてウェハ等の被露光物の反射率を測定し、その反射
率を基に露光量等の露光条件を決定するようにしたた
め、レジストの膜厚や被露光物の表面の状態等の諸条件
を考慮した最適な露光量で露光することができ、ウェハ
上のレジストに対して均一な（ウェハ上の露光領域毎に
一定の）露光を行えるという効果がある。さらに、本実
施例のような構成にすれば、反射率の測定を露光中に行
うため、従来と変わらない生産性で最適な露光を行うこ
とができるという利点もある。また、本発明によれば、
レジストを塗布する際にその膜厚を厳密に制御する必要
が無くなるという利点もある。

【００３２】また、ガラス基板等、ウェハ以外の透明基
板の場合は、その透過光の割合を求めることによって露
光条件を決定するようにすれば、反射率を測定するのと
同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による露光方法に使用される投
影型露光装置の概略的な構成を示す図

【図２】被露光物（ウェハ）の構成を示す断面図

【図３】（ａ）は、感光剤（レジスト）の膜厚と被露光
物の反射率との関係を示す図（ｂ）は、感光剤（レジスト）の膜厚と露光に必要なエ
ネルギーとの関係を示す図

【図４】被露光物の反射率と光電検出器の出力との関係
を示す図

【図５】本発明の実施例による露光方法を示すフローチ
ャート

【図６】本発明の実施例による露光方法の変形例を示す
フローチャート

【図７】本発明の実施例による露光装置の露光制御部の
構成を示すブロック図

【図８】本発明の第２の実施例による露光装置の動作を
示すフローチャート

【符号の説明】

１光源３シャッター１６基準反射面１７光強度センサー１８反射光センサー１９露光制御部１９ａ記憶部１９ｂ演算部１９ｃ制御部１９ｄシャッタードライバー１９ｅパワーコントローラーＲレチクル（マスク）ＰＬ投影光学系Ｗウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの露光用照明光をマスクに照射
し、該マスクのパターンを感光基板の感光層上に露光す
る露光装置において、前記露光用照明光に対する前記感光基板の反射強度を測
定する測定手段と；前記感光基板の感光層の厚みと前記感光基板の反射強度
との関係を表す第１の特性と、前記感光層を露光するの
に必要な露光量と前記感光層の厚みとの関係を表す第２
の特性とを予め記憶する記憶手段と；前記測定手段によって測定された反射強度と、前記記憶
手段に記憶された前記第１の特性と第２の特性とに基づ
いて、露光すべき感光基板に対する目標露光量を算出す
る演算手段と；前記目標露光量に応じて前記感光基板に対する露光量を
制御する露光制御手段とを備えたことを特徴とする露光
装置。
【請求項２】光源からの露光用照明光をマスクに照射
し、該マスクのパターンを基板上の感光層に露光する
際、前記感光層に対して目標の露光量が得られるよう
に、前記露光用照明光の強度と露光時間とのうち少なく
とも一方の量を制御する制御手段を備えた露光装置にお
いて、前記露光用照明光の前記感光基板からの反射強度、若し
くは透過強度を測定する測定手段と；前記測定された反射強度、若しくは透過強度に基づい
て、前記感光基板に照射された露光用照明光のうち前記
感光層に有効に吸収され得る割合に関する値を算出する
演算手段と；前記演算手段によって算出された値に応じた量だけ前記
制御手段による制御量を補正する補正手段とを含むこと
を特徴とする露光装置。