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JP2004079831A - Exposure method and apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Exposure method and apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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JP2004079831A
JP2004079831A JP2002239096A JP2002239096A JP2004079831A JP 2004079831 A JP2004079831 A JP 2004079831A JP 2002239096 A JP2002239096 A JP 2002239096A JP 2002239096 A JP2002239096 A JP 2002239096A JP 2004079831 A JP2004079831 A JP 2004079831A
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exposure
transmittance
optical system
substrate
reticle
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JP2002239096A
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Yasuaki Tanaka
田中 康明
Jun Ishikawa
石川 旬
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】二重露光法を用いる場合のように露光工程中で露光条件を切り替える場合でも、露光量の制御精度を高く維持できる露光技術を提供する。
【解決手段】第1のレチクルR1を用いて先頭のウエハに露光する際には、ダミー照射を行って(ステップ126)、光学系の透過率の変化率を求めてから(ステップ128)、それに基づいて透過率を計算しながら露光量の予測制御を行いつつ露光を行った後(ステップ130〜132)、透過率の変化率を計算して記憶する(ステップ135)。第2のレチクルで露光を行う場合でも同様に透過率の変化率を計算して記憶しておき、その後、第1のレチクルR1を用いて露光する場合には、最後に同じレチクルR1に関して記憶してあった透過率の変化率を呼び出して透過率を計算する(ステップ129,130)。
【選択図】    図4
Provided is an exposure technique capable of maintaining high control of the exposure amount even when exposing conditions are switched during an exposing step as in the case of using a double exposure method.
When a first wafer is exposed by using a first reticle, dummy irradiation is performed (step 126), and a change rate of a transmittance of an optical system is obtained (step 128). After performing the exposure while performing the prediction control of the exposure amount while calculating the transmittance based on the calculated values (steps 130 to 132), the change rate of the transmittance is calculated and stored (step 135). Similarly, in the case of performing exposure with the second reticle, the rate of change of transmittance is calculated and stored, and thereafter, in the case of performing exposure using the first reticle R1, the change is finally stored for the same reticle R1. The change rate of the transmittance is called up and the transmittance is calculated (steps 129 and 130).
[Selection diagram] Fig. 4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを投影光学系を介して基板上に転写するために使用される露光方法及び装置、並びにこの露光方法を用いるデバイス製造方法に関し、特に露光ビームの照射によって次第に透過率が変化する光学系を介して露光を行う際の露光量制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの集積度及び微細度の向上に対応するため、半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ工程(代表的にはレジスト塗布工程、露光工程、及びレジスト現像工程からなる)を担う露光装置においては、解像力、及び転写忠実度等の結像特性をより高めることが要求されている。このように結像特性を高めるためには、先ず露光量制御精度を高めて、基板としてのウエハ上に塗布されたレジストを適正露光量で露光する必要がある。
【0003】
また、最近の露光装置においては、より高い解像力を得るために露光ビームとしてKrFエキシマレーザ(波長248nm)やArFエキシマレーザ(波長193nm)のような紫外レーザ光が使用されるようになり、更に短波長のF2 レーザ(波長157nm)などの使用も検討されている。ところが、露光ビームとしてエキシマレーザを用いた場合、マスクとしてのレチクルを照明する照明光学系や投影光学系内の光学素子、或いは光学素子のコート材(例えば反射防止膜等の薄膜)の透過率が短時間の間に変動するといった新たな現象が発見されている。そのため、露光ビームとして紫外レーザ光を用いる露光装置においては、露光量制御の際に露光ビームの照射に伴う光学系の透過率変化の補正も行う必要がある。
【0004】
従来の露光量制御の方法は、一連の露光シーケンスにおいて光学系の透過率変化速度は連続した値をとるものとして、透過率計算を行うにあたって最も新しい時点での透過率の計測値、及びその直前に計測或いは計算された透過率変化速度に基づいて現時点の透過率を予測する方法である。この方法では、その計算結果と光学系の入射側にて計測した入射光量とからウエハ面上での光量を算出していた。そして、このようにして求めたウエハ面上での光量から、所望の露光量が得られるように露光時間(一括露光型の場合)、或いは走査速度(ステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の場合)を制御していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の露光量制御技術においては、光学系の現在の透過率変化速度は常に直前の透過率変化速度とほぼ等しいとして制御を行っていた。
これに関して、最近は露光パターンの微細化に伴い、或る所定のパターンを形成するのに2回以上の露光を行う、所謂二重露光法が用いられる場合がある。この場合には一連の露光シーケンスにおいて、2種類以上のレチクルを交換して露光が行われるため、レチクルのパターン存在率が大きく変わると、レチクル以降の光学系(投影光学系など)での光量が大きく変化する。また、レチクル交換に伴い照明光学系を輪帯照明や変形照明などに切り替える場合には、照明光学系や投影光学系内での露光ビームの光路が大きく変化する。
【0006】
このため、レチクルの交換、又は照明光学系の切り替えのような露光条件の切り替えの前後で光学系の透過率の変化速度が不連続となる場合が生じる。この場合に、従来のように光学系の透過率変化速度が一定であることを前提に露光量制御を行うと、透過率変化速度の違いにより実際のウエハ面における露光量に誤差が生じ、露光量制御精度が低下するという不都合があった。
【0007】
本発明は斯かる点に鑑み、光学系の透過率変動が生じても露光量の制御精度を高く維持できる露光技術を提供することを第1の目的とする。
更に本発明は、二重露光法を用いる場合のように露光工程中で露光条件を切り替える場合でも、露光量の制御精度を高く維持できる露光技術を提供することを第2の目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光方法は、光学系(8,13〜19,PL)を用いて、露光ビームでマスク(R1)のパターンを基板(W)に投影する露光方法において、互いに異なる第1及び第2の露光条件毎にその光学系の透過率の変化情報を算出し、その第1の露光条件からその第2の露光条件に切り替えてその基板を露光するとき、その第1の露光条件でのその基板に対する露光履歴と、その算出されたその第2の露光条件に関するその光学系の透過率の変化情報とに基づいて、その基板に対する露光量を予測制御するものである。
【0009】
斯かる本発明によれば、例えば多重露光法での露光開始前に複数の露光条件(マスクパターンの種類、照明系の開口絞りの種類など)毎にそれぞれその光学系の透過率の変化情報(例えば単位積算エネルギー当たりの透過率の変化量(変化率)又は変化を表す関数など)が算出される。そして、第1の露光条件から第2の露光条件に切り替えてその基板を露光するとき、その第1の露光条件での露光履歴(その第1の露光条件での積算露光エネルギー、露光時間、又は露光後の透過率の実測値など)と、その第2の露光条件について算出されている透過率の変化情報とから、その光学系の透過率の変化が高精度に予測される。例えばこの予測された透過率の変化に応じて、一括露光型であれば露光時間を制御することによって、又は走査露光型であれば露光ビームの強度(出力)を制御することによって、その基板に対する露光量制御精度を高く維持することができる。
【0010】
この場合、一例としてその第1の露光条件でその基板を露光する前に、その光学系の透過率の変化情報を算出し、その第1の露光条件でその基板を露光する間、その算出されたその光学系の透過率の変化情報に基づいて、その基板に対する露光量を予測制御してもよい。これは例えばその基板の露光開始前に、基板の無い状態でダミー露光を行って透過率の変化情報を算出することを意味する。これによって、その基板の実際の露光開始直後から高精度に露光量を制御できる。
【0011】
さらに、その第2の露光条件におけるその光学系の透過率の変化情報は、その第1の露光条件でのその基板の露光が終了した後に算出してもよい。
また、その第1の露光条件でその基板の露光を行った後に算出されるその光学系の透過率の変化情報に基づいて、その第2の露光条件でその基板の露光を開始する際のその露光量を予測することが望ましい。
【0012】
また、そのマスクを照明する照明光学系(1,3,6,7A,7B,8,11〜19)と、そのマスクのパターンをその基板に投影する投影光学系(PL)とを備えている場合、その光学系の一例は、その照明光学系の少なくとも一部(8,13〜19)と、その投影光学系とを含むものである。
また、その第1及び第2の露光条件でその光学系を介してその基板を露光する際に、それぞれ露光開始時及び露光終了時のその光学系の透過率情報を計測して、その光学系の透過率の入射エネルギーに関する変化率を算出し、その算出されたその透過率の入射エネルギーに関する変化率をその光学系の透過率の変化情報として用いるようにしてもよい。これは例えばその第1及び第2の露光条件で交互に基板の露光を行う場合に、前回同じ露光条件で露光したときに算出された透過率の変化情報を用いることを意味する。これによって、最新の透過率の変化情報を用いて高精度に露光量を制御できる。さらに、透過率の入射エネルギーに関する変化率(一次近似の傾き)を用いることによって、簡単な演算で高精度に露光量を制御できる。
【0013】
次に、本発明の露光装置は、光学系(8,13〜19,PL)を用いて、露光ビームでマスクのパターンを基板に投影する露光装置において、露光条件を互いに異なる第1及び第2の露光条件に切り替える露光条件切り替え系(12,20A)と、その第1及び第2の露光条件毎にその光学系の透過率の変化情報を算出する算出系(9,32,41〜44)と、その第1の露光条件からその第2の露光条件に切り替えてその基板を露光するとき、その第1の露光条件でのその基板に対する露光履歴と、その算出されたその第2の露光条件に関するその光学系の透過率の変化情報とに基づいて、その基板に対する露光量を予測制御する制御系(45)とを有するものである。
【0014】
本発明によれば、第1及び第2の露光条件を切り替えて露光を行う場合に、同じ露光条件での透過率の変化情報と露光履歴とを用いてその光学系の透過率の変化を予測し、この結果に基づいてその基板に対する露光量を高精度に制御することができる。
この場合、一例として、その算出系は、その第1の露光条件でその基板を露光する前に、その光学系の透過率の変化情報を算出し、その制御系は、その第1の露光条件でその基板を露光する間、その算出されたその光学系の透過率の変化情報に基づいて、その基板に対する露光量を予測制御する。これによって、露光開始直後から高精度に露光量を制御できる。
【0015】
また、その制御系は、その第1の露光条件でその基板の露光を行った後に算出されるその光学系の透過率情報に基づいて、その第2の露光条件でその基板の露光を開始する際のその露光量を予測することが望ましい。
また、そのマスクを照明する照明光学系と、そのマスクのパターンをその基板に投影する投影光学系とを備えている場合、その光学系の一例は、その照明光学系の少なくとも一部と、その投影光学系とを含むものである。
【0016】
また、本発明のデバイス製造方法は、本発明の露光方法を用いてデバイスパターン(R1,R2)をワークピース(W)上に転写する工程を含むものである。本発明によって、高い露光量制御精度が得られるため、高機能のデバイスを高精度に量産できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図1は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図1において、露光光源として発振波長が193nmで狭帯化されたArFエキシマレーザ光源1が使用されている。なお、露光光源としては、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、F2 レーザ(波長157nm)、Kr2 レーザ(波長146nm)、又はAr2 レーザ(波長126nm)などのレーザ光源の他に、YAGレーザの高調波発生光源や半導体レーザの高調波発生装置などもすることができる。
【0018】
ArFエキシマレーザ光源1で発生された露光ビームとしての紫外パルス光よりなる露光光ILは、露光装置本体との間で光路をマッチングさせるための可動ミラー等を含むビームマッチングユニット(BMU)3を通り、遮光性のパイプ5を介して光アッテネータとしての可変減光器6に入射する。ウエハ上のレジスト(感光材料)に対する露光量を制御するための露光コントローラ30が、ArFエキシマレーザ光源1の発光の開始及び停止、並びに発振周波数及びパルスエネルギーで定まる出力を制御すると共に、可変減光器6における露光光に対する減光率を段階的に又は連続的に調整する。
【0019】
可変減光器6を通った露光光ILは、所定の光軸に沿って配置されるレンズ系7A,7Bよりなるビーム整形光学系を経て、オプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ11に入射する。フライアイレンズ11の射出面には照明系の開口絞り系12が配置されている。図2は開口絞り系12を示し、この図2において、開口絞り系12の回転自在に配置された円板には、大きさが種々の円形の開口絞り12a,12e〜12h、複数(本例では4個)の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り12b、及び輪帯の外径と内径との比(輪帯比)の値の異なる2つの輪帯照明用の開口絞り12c,12dが形成されている。所望の照明方式を設定するためには、不図示の回転機構によって開口絞り系12の円板を回転して、対応する開口絞りを図1のフライアイレンズ11の射出面(照明光学系の瞳面)に設定すればよい。なお、通常照明時には、例えば中間の円形の開口絞り12gが使用される。
【0020】
図1に戻り、フライアイレンズ11から射出されて開口絞り系12中の所定の開口絞りを通過した露光光ILは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ8に入射する。ビームスプリッタ8で反射された一部の露光光は、光電検出器よりなるインテグレータセンサ9に入射し、インテグレータセンサ9の検出信号は露光コントローラ30に供給されている。ビームスプリッタ8の透過率及び反射率は予め高精度に計測されて、露光コントローラ30内の記憶部に記憶されており、露光コントローラ30(詳細後述)は、インテグレータセンサ9の検出信号より間接的に投影光学系PLに対する露光光ILの入射光量及びその積分値をモニタできるように構成されている。なお、投影光学系PLに対する入射光量をモニタするためには、図1中に点線で示すように、例えばレンズ系7Aの前にビームスプリッタ8Aを配置し、このビームスプリッタ8Aからの反射光を光電検出器9Aで受光し、光電検出器9Aの検出信号を露光コントローラ30に供給するようにしてもよい。
【0021】
ビームスプリッタ8を透過した露光光ILは、ミラー13及びコンデンサレンズ系14を経てレチクルブラインド機構16内の固定照明視野絞り(固定ブラインド)15Aに入射する。固定ブラインド15Aは、例えば特開平4−196513号公報に開示されているように、投影光学系PLの円形視野内の中央で走査方向と直交した方向に、直線スリット状又は矩形状(以下、まとめて「スリット状」と言う)に伸びるように配置された開口部を有する。更に、レチクルブラインド機構16内には、固定ブラインド15Aとは別に照明視野領域の走査方向の幅を可変とするための可動ブラインド15Bが設けられ、この可動ブライント15Bによってレチクルステージの走査移動ストロークの低減、レチクルRの遮光帯の幅の低減を図っている。可動ブラインド15Bの開口率の情報は露光コントローラ30にも供給され、インテグレータセンサ9の検出信号から求められる入射光量にその開口率を乗じた値が、投影光学系PLに対する実際の入射光量となる。
【0022】
レチクルブラインド機構16の固定ブラインド15Aでスリット状に整形された露光光ILは、結像用レンズ系17、光路折り曲げ用ミラー18、及び主コンデンサレンズ系19を介して、マスクとしてのレチクルR1(又はR2)の回路パターン領域上でスリット状の照明領域を一様な強度分布で照射する。即ち、固定ブラインド15Aの開口部又は可動ブラインド15Bの開口部の配置面は、結像用レンズ系17と主コンデンサレンズ系19との合成系によってレチクルR1のパターン面とほぼ共役となっている。本例では、ArFエキシマレーザ光源1、ビームマッチングユニット3、可変減光器6、ビーム整形光学系(7A,7B)、フライアイレンズ11、開口絞り系12、ビームスプリッタ8、及びミラー13〜主コンデンサレンズ系19より照明光学系が構成されている。
【0023】
露光光ILのもとで、レチクルR1の照明領域内の回路パターンの像が両側テレセントリックな投影光学系PLを介して所定の投影倍率β(βは例えば1/4,1/5等)で、投影光学系PLの結像面に配置された基板としてのウエハW上のレジスト層のスリット状の露光領域に転写される。その露光領域は、ウエハ上の複数のショット領域のうちの1つのショット領域上に位置している。なお、レチクルR1(R2)及びウエハWはそれぞれ第1物体及び第2物体とも見なすことができ、投影光学系PLは投影系とも見なすことができる。また、被露光基板としてのウエハWは、例えば半導体(シリコン等)又はSOI(silicon on insulator)等の直径が200mm又は300mm等の円板状の基板である。本例の投影光学系PLは、ジオプトリック系(屈折系)であるが、カタジオプトリック系(反射屈折系)も使用できることは言うまでもない。以下、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査方向(ここでは図1の紙面に平行な方向)にX軸を取り、走査方向に直交する非走査方向(ここでは図1の紙面に垂直な方向)にY軸を取って説明する。
【0024】
先ずレチクルR1は、レチクルステージ20A上に吸着保持され、レチクルステージ20Aは、レチクルベース20B上にX方向に等速移動できると共に、X方向、Y方向、及び回転方向に微動できるように載置されている。レチクルステージ20A(レチクルR)の2次元的な位置及び回転角は、駆動制御ユニット22内のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測されている。この計測結果及び装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系27からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット22内の駆動モータ(リニアモータやボイスコイルモータ等)は、レチクルステージ20Aの走査速度及び位置の制御を行う。
【0025】
また、レチクルステージ20Aの近傍には、レチクルR1を別のレチクルR2(又はさらに別のレチクル)と効率的に交換するためのレチクルローダ系(不図示)、及びレチクルステージ20A上にロードされるレチクルの種類を示すバーコード情報を読み取るためのレチクル判別装置(不図示)も配置され、レチクル判別装置からの判別結果が主制御系27に供給されている。主制御系27では、判別されたレチクルの種類(最小線幅、パターン存在率、位相シフトレチクルかどうかなど)に応じて開口絞り系12を介して照明条件を設定する。これによって、例えば二重露光法で露光を行う際に、レチクルステージ20A上のレチクルを迅速に交換できるとともに、交換されたレチクルの種類に応じて最適な照明条件を確実に設定することができる。
【0026】
なお、本例のレチクルステージ20Aはシングルホルダ方式であるが、レチクルステージ20Aを2枚のレチクルを並列に吸着できるダブルホルダ方式としてもよい。その他に、レチクルステージ20Aを2台のステージを並列に配置したダブルステージ方式としてもよい。このようなダブルホルダ方式又はダブルステージ方式の採用によって、例えば二重露光法での露光をさらに効率的に行うことができる。
【0027】
一方、ウエハWは、ウエハホルダWHを介してZチルトステージ24Z上に吸着保持され、Zチルトステージ24Zは、投影光学系PLの像面と平行なXY平面に沿って2次元移動するXYステージ24XY上に固定され、Zチルトステージ24Z及びXYステージ24XYよりウエハステージ24が構成されている。Zチルトステージ24Zは、ウエハWのフォーカス位置(Z方向の位置)及び傾斜角を制御して、ウエハWの表面をオートフォーカス方式及びオートレベリング方式で投影光学系PLの像面に合わせ込み、XYステージ24XYはウエハWのX方向への等速走査、及びX方向、Y方向へのステッピングを行う。Zチルトステージ24Z(ウエハW)の2次元的な位置及び回転角は、駆動制御ユニット25内のレーザ干渉計によってリアルタイムに計測されている。この計測結果及び主制御系27からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット25内の駆動モータ(リニアモータ等)は、XYステージ24XYの走査速度及び位置の制御を行う。ウエハWの回転誤差は、一例として主制御系27及び駆動制御ユニット22を介してレチクルステージ20Aを微少回転することで補正される。
【0028】
主制御系27は、レチクルステージ20A及びXYステージ24XYのそれぞれの移動位置、移動速度、移動加速度、位置オフセット等の各種情報を駆動制御ユニット22及び25に送る。そして、走査露光時には、レチクルステージ20Aを介して露光光ILの照明領域に対してレチクルR1が+X方向(又は−X方向)に速度Vrで走査されるのに同期して、XYステージ24XYを介してレチクルRのパターン像の露光領域に対してウエハWが−X方向(又は+X方向)に速度β・Vr(βはレチクルR1からウエハWへの投影倍率)で走査される。
【0029】
また、主制御系27は、上述のレチクルブラインド機構16内に設けられている可動ブラインド16Bの各ブレードの移動を走査露光時のレチクルステージ20Aの移動と同期するための制御を行う。更に主制御系27は、ウエハW上の各ショット領域のレジストを適正露光量で走査露光するための各種露光条件を設定して、露光コントローラ30とも連携して最適な露光シーケンスを実行する。即ち、ウエハW上の1つのショット領域への走査露光開始の指令が主制御系27から露光コントローラ30に発せられると、露光コントローラ30はArFエキシマレーザ光源1の発光を開始すると共に、インテグレータセンサ9を介して投影光学系PLに対する入射光量の積分値を算出する。その積分値は走査露光開始時に0にリセットされている。そして、露光コントローラ30では、後述のようにその入射光量の積分値より、ビームスプリッタ8〜投影光学系PLまでの光学系の透過率を逐次予測計算し、このように予測される透過率に応じて、走査露光後のウエハW上のレジストの各点で適正露光量が得られるように、ArFエキシマレーザ光源1の出力(発振周波数及びパルスエネルギー)及び可変減光器6の減光率を制御する。そして、当該ショット領域への走査露光の終了時に、ArFエキシマレーザ光源1の発光が停止される。
【0030】
また、本例のZチルトステージ24Z上のウエハホルダWHの近傍には光電検出器よりなる照射量モニタ32が設置され、照射量モニタ32の検出信号も露光コントローラ30に供給されている。照射量モニタ32は、投影光学系PLによる露光領域の全体を覆う大きさの受光面を備え、XYステージ24XYを駆動してその受光面を投影光学系PLの露光領域を覆う位置に設定することで、投影光学系PLを通過した露光光ILの光量を計測できる。本例では、インテグレータセンサ9及び照射量モニタ32の検出信号を用いて、ビームスプリッタ8〜投影光学系PLまでの透過率を計算する。なお、照射量モニタ32の代わりに、その露光領域内での光量分布を計測するためのピンホール状の受光部を有する照度むらセンサを使用してもよい。
【0031】
即ち、本例で透過率の計算(計測)対象となる「光学系」は、照明光学系中のビームスプリッタ8及びミラー13〜主コンデンサレンズ系19までの光学部材と、投影光学系PLとを含んでいる。なお、その光学系中にミラー又は凹面鏡等の反射光学部材が含まれる場合、その計算(計測)対象の透過率には、その反射光学部材の反射率に起因するデータも含まれている。さらに、例えば照明光学系中のビームスプリッタ8及びミラー13〜主コンデンサレンズ系19までの光学部材の透過率の変動量が、投影光学系PLの透過率の変動量に比べてかなり小さいような場合には、その透過率の計算(計測)対象となる光学系は、投影光学系PLのみと見なすことができる。
【0032】
また、本例では実質的に真空紫外域のArFエキシマレーザ光源1を用いているため、露光ビームの光路から酸素、二酸化炭素、水蒸気などの吸収性の気体を除去して、その光路の気体を実質的に真空紫外域の光を透過する透過性の気体である窒素ガス又は希ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン)などで置換することが望ましい。そのような透過性の気体中で実際に露光ビームの光路を置換するために使用される気体を以下では「パージガス」と呼び、本例ではパージガスとして酸素含有率を極めて低く抑えた乾燥窒素ガス(N )を使用する。その結果、パイプ5内から可変減光器6、レンズ系7A,7B、さらにフライアイレンズ11〜主コンデンサレンズ系19までの各露光光路を外気から遮断するサブチャンバ35が設けられ、そのサブチャンバ35内の全体及び投影光学系PLの鏡筒内部の空間(複数のレンズ素子間の空間)の全体には配管36を通してそのパージガスが供給される。
【0033】
なお、照明光学系の主コンデンサレンズ系19と投影光学系PLとの間の露光光の第1光路空間、及び投影光学系PLとウエハWとの間の露光光の第2光路空間内にパージガスを供給してもよい。特に、露光光源として、F レーザ光源などを使用する場合には、空気中に含まれる酸素分子、水分子、二酸化炭素分子によってF レーザ光が吸収されてしまうので、サブチャンバ35及び投影光学系PLの鏡筒内部の空間のほかに、上述した第1、第2光路空間も窒素ガス又は希ガスで置換する必要がある。第1光路空間をパージガスで置換する場合には、例えば、レチクルR1(R2)を保持するレチクルステージ20Aを覆う気密室としてのレチクル室を設け、また、第2光路空間をパージガスで置換する場合には、例えば、ウエハを保持するウエハステージ24を覆う気密室としてのウエハ室を設け、これらレチクル室及びウエハ室内にパージガスを供給すればよい。
【0034】
次に、本例の投影露光装置における上記の投影光学系PLを含む光学系の透過率計測系につき図3を参照して説明する。
図3は、図1の投影露光装置でその光学系の透過率計測を行う場合の配置を示し、この図3において、XYステージ24XYを駆動することによって照射量モニタ32の受光面が投影光学系PLの露光領域に設定されている。この状態で、ArFエキシマレーザ光源1のパルス発光が開始されて、ビームスプリッタ8に入射する露光光ILの一部が反射されて、インテグレータセンサ9に入射する。これと共に、投影光学系PLを通過した露光光ILは、照射量モニタ32に入射し、インテグレータセンサ9の検出信号(以下、「入射エネルギーEi」と呼ぶ)、及び照射量モニタ32の検出信号(以下、「透過エネルギーEo」と呼ぶ)は並列に露光コントローラ30に取り込まれる。
【0035】
図3の露光コントローラ30において、インテグレータセンサ9からの入射エネルギーEiは、入射光量積分部41の入力部及び直接透過率計算部42の第1の入力部に供給されている。本例の露光光ILはパルス光であるため、入射光量積分部41及び直接透過率計算部42内のデータ入力部にはそれぞれピークホールド(P/H)回路及びアナログ・デジタル変換器(ADC)が配置されている。
【0036】
一方、照射量モニタ32で検出された透過エネルギーEoは、直接透過率計算部42の第2の入力部に供給されている。直接透過率計算部42では、次式のように透過エネルギーEoを入射エネルギーEiで除算して上記の光学系の透過率Tを算出し、算出した透過率Tを透過率履歴記憶部43に供給する。
T=Eo/Ei  …(1)
透過率履歴記憶部43では、供給された透過率Tをサンプリングの順番を示す番号iとともに順次記憶する。このサンプリングの順番iの透過率Tを透過率Tiとする。露光コントローラ30内には、このコントローラ内の各部の動作を統轄制御する制御部45が設けられており、制御部45が図1の主制御系27との間で各種データやコマンドの受け渡しを行っている。一例として制御部45には、主制御系27から露光光ILの目標出力(又はパルスエネルギー)及び発光周波数の情報や、透過率計測のタイミングを示すコマンドなどが供給されており、制御部45は露光コントローラ30内の各部に外部のセンサからの検出信号のサンプリングのタイミング情報などを供給する。そして、透過率履歴記憶部43は、制御部45からの指示に応じてi番目の透過率Tiを読み出して予測透過率計算部44の第1の入力部に供給する。
【0037】
また、入射光量積分部41では、入射するパルス光毎に入射エネルギーEiを積分(積算)して入射総エネルギーeを算出し、算出した入射総エネルギーeを予測透過率計算部44の第2の入力部に供給する。入射総エネルギーeは、通常はパルス発光の開始直前に0にリセットされる。また、上記のi番目の透過率Tiを計測したタイミングにおける入射総エネルギーeが、入射総エネルギーeiとして入射光量積分部41内の記憶部に記憶されており、この入射総エネルギーeiも必要に応じて予測透過率計算部44の第2の入力部に供給される。
【0038】
予測透過率計算部44は、後述のように供給される透過率Tiの入力総エネルギーeに対する変化率を計算し、この変化率と入射総エネルギーeとから上記の光学系の現在の透過率T(now)を求め、この透過率T(now)を制御部45に供給する。制御部45では、その透過率T(now)を用いてウエハW上のレジストの各点での露光光ILの積算露光量が適正露光量となるように、ArFエキシマレーザ光源1の出力及び可変減光器6における減光率を制御する。
【0039】
なお、入射光量積分部41、直接透過率計算部42、予測透過率計算部44、及び制御部45は、本例ではそれぞれマイクロプロセッサによって実行されるソフトウェア上の機能を表すものであるが、それらの機能をそれぞれハードウェアで実現してもよいことは言うまでもない。
次に、本例においてビームスプリッタ8から投影光学系PLまでの光学系の透過率の変化を計測し、その計測結果に基づいて露光量制御を行いながらレチクルR1,R2を用いて二重露光法で走査露光を行う場合の動作につき、図4及び図5のフローチャート、並びに図6を参照して説明する。
【0040】
先ず、図4のステップ121で図1の投影露光装置による露光工程が開始され、主制御系27の統轄制御のもとステップ122でレチクルステージ20A上にレチクルR1がロードされる。これと並列に主制御系27は、照明系の開口絞り系12を介して照明条件を設定する。例えばレチクルR1のパターンの最小線幅が極めて小さいときには、変形照明又は輪帯照明が選択される。このようにレチクルR1を用いること、及びこれに対応した設定された照明条件が本発明の「第1の露光条件」に対応する。次のステップ123でウエハステージ24上に例えばレジストが塗布された1ロットの先頭のウエハWがロードされる。次のステップ124で、そのロードされたウエハが1枚目かどうかが判定される。今は1枚目であるため動作はステップ125に移行して、1回目の透過率計測が行われる。
【0041】
このためには、図3に示すように、照射量モニタ32の受光面を投影光学系PLの露光領域に移動して、ArFエキシマレーザ光源1で例えば数パルスの発光を行わせて、直接透過率計算部42でインテグレータセンサ9からの検出信号(入射エネルギーEi)、及び照射量モニタ32の検出信号(透過エネルギーEo)を取り込み、(1)式から透過率T(=Ta1とする)を計算する。なお、この際に数パルスの計測結果の平均値を透過率Ta1としてもよい。
【0042】
次のステップ126において、入射光量積分部41における入射総エネルギーeを0にリセットしてから、ArFエキシマレーザ光源1に所定時間だけダミー照射で(空打ちで)露光光ILの発光を行わせる。また、そのダミー照射の時間は、スループットを高めるためには短い方がよいが、計測精度を高めるためには、例えば数ショットから1枚のウエハへの露光時間程度にしてもよい。本例では一例として、そのダミー照射の時間を1枚のウエハへの露光時間と同じに設定してある。なお、計測時間を短縮して、且つ計測精度を高めるために、ArFエキシマレーザ光源1の出力Pを最大値に設定し、発振周波数も最大値にしてそのダミー照射を行わせてもよい。このときに入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーe(=ΔE1とする)が予測透過率計算部44に供給される。
【0043】
次のステップ127において2回目の透過率計測が行われる。即ち、ArFエキシマレーザ光源1で例えば数パルスの発光を行わせて、直接透過率計算部42でインテグレータセンサ9からの入射エネルギーEi、及び照射量モニタ32の透過エネルギーEoを取り込み、(1)式から透過率T(=Ta2とする)を計算する。これらの透過率Ta1,Ta2は透過率履歴記憶部43に記憶される。
【0044】
次のステップ128において、予測透過率計算部44は透過率履歴記憶部43から透過率Ta1,Ta2を読み出し、次式のように2つの透過率の差分をその間の入射総エネルギーΔE1で除算することによって、透過率の変化率TVaを計算する。この変化率TVaは、予測透過率計算部44内の記憶部にレチクルR1に対応して記憶される。
【0045】
TVa=(Ta2−Ta1)/ΔE1  …(2)
この段階で入射光量積分部41における入射総エネルギーeはリセットされる。次のステップ130において、予測透過率計算部44はその計算された変化率TVaを用いて光学系の現在の透過率T(now)を計算する。即ち、最新の(最後に)実際に計測された光学系の透過率TをTj、その透過率Tjが計測されたときから入射光量積分部41で積算された現在の入射総エネルギーeをejとして、予測透過率計算部44は次式のように、最新の計測された透過率Tjに透過率の変化分TVa・ejを加えることによって上記の光学系の現在の透過率T(now)を計算する。計算又は予測された透過率T(now)は制御部45に供給される。
【0046】
T(now)=Tj+TVa・ej …(3)
次のステップ131において、制御部45は、予測された現在の透過率T(now)を用いてArFエキシマレーザ光源1の出力(=パルスエネルギー×周波数)Pを制御する。この出力Pは、図3のビームスプリッタ8に入射する段階での出力、即ちインテグレータセンサ9の検出信号に基づいて定められる単位時間当たりのエネルギーである。この場合、ビームスプリッタ8から投影光学系PLまでの光学系の透過率Tの初期値(1ロットの1枚目のウエハについて最初にステップ125で計測される値)をT0 とする。この透過率T0 に対応する出力Pの値を基準値P0 [W]として、ウエハW上のスリット状の露光領域の面積をS[cm2 ]、その露光領域の走査方向の長さをL[mm]、レジスト感度(適正露光量)をI[J/cm2 ]、走査露光時のウエハステージ24の走査速度をVw[mm/sec]とすると、これらの間には次の関係がある。
【0047】
I・S=(L/Vw)P0 ・T0     …(4)
この(4)式より基準値P0 は次のように決定される。
0 =(Vw/L)(I・S)/T0   …(5)
本例ではスループットを高めるために走査速度Vwを所定の最大値に設定して、出力Pを制御するものとする。現時点では、(5)式において透過率の初期値T0 が現在の値T(now)に変更されているため、次の関係が成立する。
【0048】
P・T(now)=P0 ・T0   …(6)
この(6)式より出力Pは次のようになる。
P=P0 (T0 /T(now)) …(7)
制御部45は、出力Pが(7)式を満たすようにArFエキシマレーザ光源1自体の出力及び可変減光器6の減光率の少なくとも一方を制御する。この場合、一例としてArFエキシマレーザ光源1自体の出力が所定の規格内に収まっている範囲ではそのレーザ光源自体の出力を制御し、その出力がその規格から外れる恐れのあるときには、可変減光器6の減光率を制御するようにすればよい。
【0049】
次のステップ132において、ウエハWの1番目のショット領域に対して走査露光方式でレチクルR1のパターン像が転写される。次のステップ133で全部のショット領域への露光が完了したかどうかが判定される。ここでは完了していないため、動作はステップ130に戻り、予測透過率計算部44は再び(3)式から現在の入射総エネルギーejに対する光学系の現在の透過率T(now)を計算する。続いて制御部45において(7)式から出力Pが計算され、この結果に基づいてArFエキシマレーザ光源1自体の出力及び可変減光器6の減光率の少なくとも一方が制御された後(ステップ131)、2番目のショット領域に対してレチクルR1のパターン像が走査露光方式で転写される(ステップ132)。ステップ130〜133の動作はウエハW上の全部のショット領域について繰り返して実行され、全部のショット領域への露光が完了すると、動作はステップ133からステップ134に移行して、ステップ125と同様に光学系の透過率T(=Ta3とする)が計測され、入射光量積分部41における入射総エネルギーeがリセットされる。
【0050】
次のステップ135において、予測透過率計算部44は、ステップ128及びステップ134で計測された透過率Ta2,Ta3、及びこのウエハWへの露光中に入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーe(=ΔE2とする)を用いて、最新の透過率の変化率TVaを次式から計算し、計算された変化率TVaをレチクルR1に対応して記憶する。
【0051】
TVa=(Ta3−Ta2)/ΔE2  …(8)
次のステップ136で同じレチクルR1で露光を続行するかどうかが判定される。通常の露光法では、同じレチクルR1を用いるため動作はステップ123に移行して、2枚目以降のウエハに対して露光が行われる。本例では二重露光法で露光が行われるため、動作はステップ136から図5のステップ141に移行する。ここで、これまでのビームスプリッタ8から投影光学系PLまでの光学系の実際の透過率T、計算された透過率T(now)、及びArFエキシマレーザ光源1のビームスプリッタ8の段階での出力Pの相互の関係につき図6を参照して説明する。
【0052】
図6(A)の縦軸は、その光学系の実際の透過率T(直接透過率計算部42によって計算される透過率)の変化を、図6(B)の縦軸は、その光学系の予測透過率計算部44によって計算される現在の透過率T(now)の変化を、図6(C)の縦軸は、その出力Pの変化をそれぞれ示し、図6(A)〜(C)の横軸はそれぞれ露光対象のウエハがn枚目(n=1,2,…)であることを示している。また、照射される露光エネルギーはウエハの枚数nにほぼ比例するため、図6(A)〜(C)の横軸はそれぞれその光学系に対する入射総エネルギーeであるとも見なすことができる。なお、入射総エネルギーeは実際の透過率Tを計測する毎にリセットされている。また、図6(A),(B)の横軸において、区間(d),(R1)及び(R2)はそれぞれダミー照射、レチクルR1の露光及びレチクルR2の露光が行われる区間を表している。さらに、実際の透過率T及び計算される透過率T(now)の初期値がT0 とされ、出力Pの初期値(基準値)がP0 とされている。
【0053】
さらに図6(A)において、その光学系の実際の透過率Tは、一例としてレチクルR1を通した露光時には実線50Aで示すように変動量が大きく、レチクルR2を通した露光時には点線50Bで示すように変動量が少ないものとしている。これは例えばレチクルR1のパターン存在率がレチクルR2のパターン存在率より小さい場合に対応している。本例の1枚目のウエハについてダミー照射及びステップ128が終了した時点では、実際の透過率Tは値T5bまで変化しているが、計算される透過率T(now)(図6(B))及び出力P(図6(C))はそれぞれT0 及びP0 のままである。そして、1番目のショット領域への露光開始時には、計算される現在の透過率T(now)の値T6bは、実際の透過率Tの値T5bであり、出力Pは(7)式から定められる値P2bに設定される。その後、1枚目のウエハの全部のショット領域への露光が終了し、ステップ135が終了した時点では、実際の透過率Tは値T5cまで曲線状に変化し、計算される現在の透過率T(now)は(3)式に従って直線状に値T6cまで変化する。そして、出力Pは、現在の透過率T(now)に反比例するように値P2cまで変化する。
【0054】
この状態で、図5のステップ141において、図1のレチクルステージ20A上のレチクルR1が別のレチクルR2に交換される。これと並列に主制御系27は、照明系の開口絞り系12を介してレチクルR2用の照明条件を設定する。例えばレチクルR2の最小線幅が投影光学系PLの解像力の数倍であるときには、中程度の円形の開口絞りを用いる照明方式(通常照明)が選択される。このようにレチクルR2を用いること、及びこれに対応した設定された照明条件が本発明の「第2の露光条件」に対応する。この後のステップ142〜155において、図4のステップ123〜136と同様にレチクルR2のパターン像がウエハWの各ショット領域に転写される。
【0055】
即ち、先ずウエハステージ24上に1ロットの先頭のウエハWがロードされるが(ステップ142)、そのウエハWはレチクルR1のパターン像が転写された後にそのまま載置されていたウエハである。続いて、そのウエハWが1枚目かどうかが判定されるが(ステップ143)、今は1枚目であるため動作はステップ144に移行して、図3の配置でレチクルR2に関する1回目の透過率計測が行われる。このときに(1)式から計算される透過率TをTb1とする。続いてArFエキシマレーザ光源1に所定時間だけ入射総エネルギーΔE1でダミー照射を行わせた後(ステップ145)、2回目の透過率計測が行われる(ステップ146)。このときに計測された透過率TをTb2として、予測透過率計算部44は次のようにレチクルR2を用いた場合の透過率の変化率TVbを計算する(ステップ147)。この変化率TVbは、予測透過率計算部44内の記憶部にレチクルR2に対応して記憶される。
【0056】
TVb=(Tb2−Tb1)/ΔE1  …(9)
次のステップ149において予測透過率計算部44は、その計算された変化率TVb、最新の(最後に)実際に計測された光学系の透過率Tj、及びその透過率Tjが計測されたときから入射光量積分部41で積算された現在の入射総エネルギーejを用いて次式から光学系の現在の透過率T(now)を計算する。
【0057】
T(now)=Tj+TVb・ej  …(10)
次のステップ150において、ステップ131と同様に制御部45は、予測された現在の透過率T(now)を用いてArFエキシマレーザ光源1の出力Pが次式の値となるように、ArFエキシマレーザ光源1自体の出力及び可変減光器6の減光率の少なくとも一方を制御する。なお、基準値P0 は(5)式で設定されているが、レチクルR2用に新たな値を設定してもよい。
【0058】
P=P0 (T0 /T(now)) …(11)
次のステップ151において、ウエハWの1番目のショット領域に対して走査露光方式でレチクルR2のパターン像が転写される。次のステップ152で全部のショット領域への露光が完了したかどうかが判定される。ここでは完了していないため、動作はステップ149に戻り、予測透過率計算部44は再び(10)式から光学系の現在の透過率T(now)を計算する。続いて制御部45において(11)式から出力Pが計算され、この結果に基づいてArFエキシマレーザ光源1自体の出力及び可変減光器6の減光率の少なくとも一方が制御された後(ステップ150)、2番目のショット領域に対してレチクルR2のパターン像が走査露光方式で転写される(ステップ151)。ステップ149〜152の動作はウエハW上の全部のショット領域について繰り返して実行され、全部のショット領域への露光が完了すると、二重露光が行われたウエハWは、現像等の工程を経るためにウエハステージ24から搬出される。そして、動作はステップ152からステップ153に移行して、ステップ146と同様に光学系の透過率T(=Tb3とする)が計測され、入射光量積分部41における入射総エネルギーeがリセットされる。
【0059】
次のステップ154において、予測透過率計算部44は、ステップ146及びステップ153で計測された透過率Tb2,Tb3、及びこのウエハWへの露光中に入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーe(=ΔE3とする)を用いて、最新の透過率の変化率TVbを次式から計算し、計算された変化率TVbをレチクルR2に対応して記憶する。
【0060】
TVb=(Tb3−Tb2)/ΔE3  …(12)
次のステップ155で同じレチクルR2で露光を続行するかどうかが判定される。同じレチクルR2で続行する場合には動作はステップ142に戻って次のウエハへの露光が行われるが、本例の動作はステップ155から図4のステップ122に戻り、1ロットの2枚目のウエハに対して二重露光が行われる。
【0061】
本例の1枚目のウエハへのレチクルR2の露光に際して、ダミー照射及びステップ147が終了した時点では、実際の透過率T(図6(A))は値T5dまで変化しているが、計算される透過率T(now)(図6(B))及び出力P(図6(C))はそれぞれT6c及びP2cのままである。そして、1番目のショット領域への露光開始時には、計算される現在の透過率T(now)の値T6dは、実際の透過率Tの値T5dであり、出力Pは値P2dに設定される。その後、1枚目のウエハの全部のショット領域への露光が終了し、ステップ154が終了した時点では、実際の透過率Tは値T5eまで曲線状に変化し、計算される現在の透過率T(now)は(10)式に従って直線状に値T6eまで変化する。そして、出力Pは、現在の透過率T(now)に反比例するように値P2eまで変化する。
【0062】
次に、2枚目のウエハに対して露光を行うために、図4のステップ121において、図1のレチクルステージ20A上のレチクルR2がレチクルR1に交換され、それに対応した照明条件が設定された後(ステップ122)、ウエハステージ24上に2枚目のウエハがロードされる(ステップ123)。次のステップ124では、2枚目のウエハであるため動作はステップ129に移行して、予測透過率計算部44は、内部の記憶部に記憶されているレチクルR1に対応した透過率の変化率TVaを呼び出した後、ステップ130に移行して、その呼び出した変化率TVa、最後に実際に計測された光学系の透過率Tj(ここではステップ153で計測された透過率Tb3)、及びその透過率Tb3が計測されたときから入射光量積分部41で積算された現在の入射総エネルギーejを用いて、(3)式から光学系の現在の透過率T(now)を計算する。計算又は予測された透過率T(now)は制御部45に供給される。
【0063】
これに応じて制御部45は、予測された現在の透過率T(now)を用いてArFエキシマレーザ光源1の出力Pを制御する(ステップ131)。そして、1枚目のウエハと同様に、ステップ130〜133を繰り返すことによって、光学系の透過率の変動量を相殺するように出力Pを制御しながら、2枚目のウエハの全部のショット領域に走査露光方式でレチクルR1のパターン像が転写される。次のステップ134で、光学系の透過率T(=Ta3とする)を計測して、入射総エネルギーeをリセットする。それに続くステップ135において、予測透過率計算部44は、ステップ153及び134でそれぞれ最後に計測された透過率Tb3,Ta3、及びこのウエハへの露光中に入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーe(=ΔE2とする)を用いて、最新の透過率の変化率TVaを次式から計算し、計算された変化率TVaをレチクルR1に対応して記憶する。
【0064】
TVa=(Ta3−Tb3)/ΔE2  …(13)
この2枚目のウエハについてステップ129及び130が終了した露光開始時点では、計算される透過率T(now)(図6(B))の値T6fは、実際の透過率Tの値T5eである。そして、2枚目のウエハの全部のショット領域へのレチクルR1の露光が終了し、ステップ135が終了した時点では、計算される現在の透過率T(now)は直線状に値T6gまで変化する。一方、出力P(図6(C))は現在の透過率T(now)に反比例するように変化する。
【0065】
次に、動作はステップ136から図5のステップ141に移行して、図1のレチクルステージ20A上のレチクルR1が別のレチクルR2に交換され、これに応じて照明条件が設定される。この場合にも次のステップ142では、ウエハステージ24上には2枚目のウエハ(レチクルR1のパターン像が転写されたもの)がそのまま載置されている。次のステップ143では、2枚目のウエハであるため動作はステップ148に移行して、予測透過率計算部44は、内部の記憶部に記憶されているレチクルR2に対応した透過率の変化率TVbを呼び出した後、ステップ149に移行して、その呼び出した変化率TVb、最後に実際に計測された光学系の透過率Tj(ここではステップ134で計測された透過率Ta3)、及びその透過率Ta3が計測されたときから入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーejを用いて、(10)式から光学系の現在の透過率T(now)を計算する。計算又は予測された透過率T(now)は制御部45に供給される。
【0066】
これに応じて制御部45は、予測された現在の透過率T(now)を用いてArFエキシマレーザ光源1の出力Pを制御する(ステップ150)。そして、1枚目のウエハと同様に、ステップ149〜152を繰り返すことによって、光学系の透過率の変動量を相殺するように出力Pを制御しながら、2枚目のウエハの全部のショット領域に走査露光方式でレチクルR2のパターン像が転写される。二重露光が行われたウエハは、現像等の工程を経るためにウエハステージ24から搬出される。次のステップ153で、光学系の透過率T(=Tb3とする)を計測して、入射総エネルギーeをリセットする。次のステップ154において、予測透過率計算部44は、ステップ134及び153でそれぞれ最後に計測された透過率Ta3,Tb3、及びこのウエハへの露光中に入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーe(=ΔE3とする)を用いて、最新の透過率の変化率TVbを次式から計算し、計算された変化率TVbをレチクルR2に対応して記憶する。
【0067】
TVb=(Tb3−Ta3)/ΔE3  …(14)
この2枚目のウエハについてステップ148及び149が終了した露光開始時点では、計算される透過率T(now)(図6(B))の値T6hは、実際の透過率Tの計測値である。そして、2枚目のウエハの全部のショット領域へのレチクルR2の露光が終了し、ステップ154が終了した時点では、計算される現在の透過率T(now)は直線状に値T6iまで変化する。一方、出力P(図6(C))は現在の透過率T(now)に反比例するように変化する。
【0068】
次に、動作はステップ155から図4のステップ122に戻り、1ロットの3枚目以降のウエハに対して、2枚目のウエハと同様に二重露光方式で透過率計算、出力の制御、各ショット領域への露光が繰り返される。即ち、レチクルR1の露光時には、最新の透過率Tの計測値Tj、最後に同じレチクルR1について計算された透過率の変化率TVa、及び入射総エネルギーejに基づいて(3)式から現在の透過率T(now)が計算(予測)され、この透過率T(now)に基づいて露光量が制御される。同様に、レチクルR2の露光時には、最新の透過率Tの計測値Tj、最後に同じレチクルR2について計算された透過率の変化率TVb、及び現在の入射総エネルギーejに基づいて(10)式から現在の透過率T(now)が計算(予測)され、この透過率T(now)に基づいて露光量が制御される。そして、1ロットの全部のウエハへの露光が終了すると、動作はステップ155からステップ156へ移行して露光工程が終了する。また、本例とは異なるが例えばレチクルR1のみの露光を行うような場合に、全部のウエハへの露光が終了した場合には、動作はステップ136からステップ137へ移行して露光工程が終了する。
【0069】
このように本例によれば、二重露光法でレチクルR1及びR2を交換しながら露光を行う際に、光学系の透過率の最新の計測値Tj、同じレチクルについて最後に計算された透過率の変化率TVa(又はTVb)、及びその透過率の計測時からこれまでに入射された入射総エネルギーejに基づいて光学系の現在の透過率T(now)を予測し、この予測結果に基づいて各ウエハが適正露光量で露光されるように露光量を制御している。従って、2つの大きく異なる露光条件で交互に露光を行っているにも拘らず、簡単な制御で露光量制御精度を高く維持することができる。
【0070】
また、1ロットの先頭のウエハに露光を行う際には、レチクルR1及びR2のそれぞれについて最初にダミー照射を行って透過率の変化率TVa(又はTVb)を求めている。従って、先頭のウエハから高い露光量制御精度が得られる。
次に、本発明の実施の形態の他の例につき図7〜図9を参照して説明する。本例は、例えば二重露光する2枚のレチクルを大量のウエハに対して共通に使用するような場合に、予め光学系の透過率の変化率を計算して記憶しておくものである。本例においても図1〜図3に示す投影露光装置を使用する。
【0071】
図7及び図8は本例の動作を示すフローチャートであり、先ず図7のステップ201で露光準備工程が開始され、ステップ202でレチクルステージ20A上にレチクルR1がロードされる。次のステップ203で光学系の透過率が計測され、その次のステップ204でステップ126と同様にダミー照射(入射総エネルギーΔeとする)が行われ、次のステップ205で再び光学系の透過率が計測され、次のステップ206でステップ128と同様に予測透過率計算部44によって透過率の変化率TVaが計算される。計算された変化率TVaは入射総エネルギーΔeに対応して記憶される。本例の1回分の入射総エネルギーΔeは、レチクルR1,R2を用いて実際に1枚のウエハに露光を行う場合の入射総エネルギーに等しく設定してある。
【0072】
次のステップ207で上記の動作をk回(kは予め設定されている2以上の整数)繰り返したかどうかが判定され、k回に達していないときには動作はステップ204に戻り、ダミー照射、透過率計測、透過率の変化率TVaの計算が行われる。計算された変化率TVaは、入射総エネルギー2・Δe,…,k・Δeに対応して記憶される。その後、動作はステップ207からステップ208に移行して光学系の透過率が元の状態に戻るまで待機が行われる。
【0073】
その後、ステップ209〜214において、ステップ202〜207と同様にレチクルR2をレチクルステージ20Aにロードした状態で、光学系の透過率の変化率TVbが、入射総エネルギーΔe,…,k・Δeに対応して計算・記憶される。
図9(A)の縦軸は、その光学系の実際の透過率T(直接透過率計算部42によって計算される透過率)の変化を示し、9(A)の横軸は入射総エネルギーeである。図9(A)において、実線の曲線51はレチクルR1を用いた場合の透過率の変化の一例を示し、点線の曲線52はレチクルR2を用いた場合の透過率の変化の一例を示している。また、レチクルR1及びR2に対応する透過率の変化率TVa,TVbは、それぞれ一連の計測値T0 ,T1b,T1c,…及びT0 ,T2b,T2c,…の差分を入射総エネルギーの変化分Δeで除算して得られる値である。
【0074】
このように露光準備工程が終了した状態で、図8のステップ221の二重露光法による露光工程を開始する。そして、図1のウエハステージ24上に1枚目のウエハをロードして(ステップ222)、レチクルステージ20A上にレチクルR1をロードした後(ステップ223)、図3の状態で光学系の透過率を計測する(ステップ224)。次のステップ225において、予測透過率計算部44は、最新の実際に計測された光学系の透過率Tj、露光工程が開始されてからの入射総エネルギーe(透過率計測時にリセットされていない値)に最も近い入射総エネルギーk’・Δe(k’=1,2,…,k)に対応して記憶されている透過率の変化率TVa、及びその透過率Tjが計測されたときから入射光量積分部41で積算された入射総エネルギーejを用いて、(3)式から上記の光学系の現在の透過率T(now)を計算する。なお、透過率の変化率TVaは、例えば入射総エネルギーが近い2つの変化率を補間したものでもよい。
【0075】
次のステップ226において、制御部45は、予測された現在の透過率T(now)を用いてステップ131と同様に、ウエハ上で適正露光量が得られるようにArFエキシマレーザ光源1の出力P(可変減光器6の減光率を含む値)を制御し、次のステップ227でウエハ上の一つのショット領域にレチクルR1のパターン像を転写する。そして、ウエハ上の全部のショット領域に対してステップ225〜227が繰り返された後、動作はステップ228からステップ229に移行して、レチクルステージ20A上のレチクルR1がレチクルR2に交換される。それに続くステップ230〜234において、ステップ224〜228と同様にして、透過率計測、入射総エネルギーeに最も近い入射総エネルギーk’・Δe(k’=1,2,…,k)に対応して記憶されている透過率の変化率TVbを用いて(10)式から現在の透過率T(now)を計算すること、その透過率T(now)に応じた露光量制御、及び各ショット領域へのレチクルR2のパターン像の転写が行われる。二重露光が終わったウエハは、ウエハステージ24から搬出される。
【0076】
次のステップ235において、1ロットの全部のウエハへの露光が終了したかどうかが判定され、終了していない場合には動作はステップ202に戻り、次のウエハがウエハステージ24上にロードされる。2枚目以降のウエハに対しても1枚目のウエハと同様にレチクルR1,R2毎に記憶されている透過率の変化率TVa,TVbを用いて現在の透過率T(now)を計算して、それぞれ露光量制御を行いながらレチクルのパターン像が転写される。そして、全部のウエハへの露光が終了したときに露光工程が終了する。
【0077】
図9(B)の縦軸は、本例の光学系の予測透過率計算部44によって計算される現在の透過率T(now)の変化を、図9(C)の縦軸は、本例の露光光の出力Pの変化をそれぞれ示し、図9(B),(C)の横軸はそれぞれ露光対象のウエハがn枚目(n=1,2,…)であることを示している。図9(B),(C)の横軸はそれぞれその光学系に対する入射総エネルギーe(透過率計測時にリセットされていない値)であるとも見なすことができる。また、図9(B)の横軸において、区間(R1)及び(R2)はそれぞれレチクルR1及びR2の露光が行われる区間を表している。
【0078】
図9(B)に示すように、1枚目のウエハへのレチクルR1のパターンの露光開始時には、計算される現在の透過率T(now)は計測値(ここでは初期値T0 )と同じになり、図9(C)に示すように、ArFエキシマレーザ光源1の出力Pは基準値P0 に設定される。その後、1枚目のウエハの全部のショット領域へのレチクルR1のパターンの露光が終了するまでに、計算される現在の透過率T(now)は(3)式に従って直線状に値T3bまで変化する。1枚目のウエハで使用する変化率TVaは、図9(A)の最初の2つの透過率T0 ,T1bに基づいて計算されているため、値T3bは、透過率の実際の計測値にほぼ合致している。そして、出力Pは、現在の透過率T(now)に反比例するように値P1bまで変化する。
【0079】
この状態で、図8のステップ229において、図1のレチクルステージ20A上のレチクルR1が別のレチクルR2に交換される。そして、1枚目のウエハに対してレチクルR2のパターンの露光が開始されると、計算される現在の透過率T(now)は、(10)式に従って値T3bから値T3cまで直線状に変化し、出力Pは、現在の透過率T(now)に反比例するように値P1cまで変化する。
【0080】
次に、2枚目のウエハがロードされて、レチクルR1がロードされた後、レチクルR1のパターンの露光が開始されると、図9(B)の計算される現在の透過率T(now)は実測値T3dから値T3eまで直線状に変化し、図9(C)の出力Pは値P1dから値P1eまで反比例するように変化する。その後、レチクルR1がレチクルR2に交換されて露光が開始されると、計算される現在の透過率T(now)は実測値T3fから直線状に変化し、出力Pは値P1fから反比例するように変化する。そして、3枚目以降のウエハについても、同様に予め計算して記憶されている変化率TVa,TVbを用いて光学系の現在の透過率T(now)が計算され、この結果に基づいて露光量制御が行われる。
【0081】
このように本例によれば、レチクルR1又はR2を用いて露光を行う際に現在の透過率T(now)を計算する元となる変化率TVa又はTVbは、それぞれ図9(A)の入射総エネルギーeがほぼ同じ区間で実測された値が使用されている。従って、二重露光法で露光を行う場合に、ダミー照射を行って透過率の変化率を求める工程を省略できるため、高いスループットが得られる。
【0082】
なお、上記の実施の形態では、光学系の透過率の変化情報として、透過率の2つの計測値からその変化率TVa,TVb(1次近似)を計算しているため、記憶容量が少ないと共に、変化情報の計測及びその後の露光時の制御が簡単である。それ以外に、例えば透過率の3つの計測値から入射総エネルギーに関して2次以上の関数で透過率を近似して、近似された関数の係数を記憶するようにしてもよい。さらに、2次以上の関数以外に、例えば指数関数(exp(x))を用いて透過率の変化を近似してもよい。これらの場合には、現在の透過率T(now)を計算する際にその2次以上の関数又は指数関数などが使用されるため、現在の透過率の計算精度が向上し、ひいては露光量の制御精度も向上する。
【0083】
また、上記の実施の形態では、二重露光を行う場合に本発明を適用しているが、例えば3枚以上のレチクルを交互に用いて多重露光を行う場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。さらに、本発明は、1枚のレチクルを用いて照明系の開口絞りなどの露光条件を複数の条件の間で切り替えながら交互に露光を行うような場合にも適用することができる。
【0084】
また、入射総エネルギーは、1枚のウエハで露光されているショット領域の数にほぼ比例するため、その透過率の変化情報を求める際に、透過率のショット領域当たりの変化率(又は関数)を求め、露光時には露光の済んだショット数及びその変化率等を用いて現在の透過率T(now)を計算するようにしてもよい。さらに、入射総エネルギーがほぼ時間に比例する場合には、その透過率の変化情報を求める際に、透過率の単位時間当たりの変化率(又は関数)を求め、露光時には透過率計測時点からの露光時間及びその変化率等を用いて現在の透過率T(now)を計算するようにしてもよい。
【0085】
また、上記の実施の形態では、(4)式を満たすように露光量制御を行うためにArFエキシマレーザ光源1の出力P(可変減光器6の減光率を含む)を制御しているが、それと共に又はその代わりにウエハステージの走査速度Vw及び露光領域の走査型方向の幅Lなどを制御してもよい。
また、本発明は、走査露光型の露光装置のみならず、一括露光型の露光装置(ステッパーなど)にも適用することができる。このように本発明を一括露光型の露光装置に適用した場合には、例えば図4のステップ131の露光量制御工程では、光学系の現在の透過率T(now)に応じてウエハで適正露光量が得られるように露光時間を計算し、計算された露光時間で露光を行うようにしてもよい。
【0086】
また、上記の実施の形態は、本発明を投影光学系PLを備えた投影露光装置に適用したものであるが、本発明は、投影光学系PLを用いないプロキシミティ方式やコンタクト方式の露光装置にも適用することができる。この場合には、透過率の計測及び計算対象となる光学系は、照明光学系内で図1のビームスプリッタ8から主コンデンサレンズ系19までの光学系となる。
【0087】
また、本発明は、露光ビームとして電子線のような荷電粒子線を用いる荷電粒子線露光装置にも適用することができる。この場合には、透過率の計測及び計算対象となる光学系は、電子レンズ及び偏向器等からなる電子光学系となる。
さらに、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共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハ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、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより上記の実施の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及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。
【0088】
また、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ上に半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいた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制作するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、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)、及び検査ステップ等を経て製造される。
【0089】
なお、露光装置の用途としては半導体素子製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド、又はDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのレチクルパターンが形成されたレチクル(フォトマスク等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。
【0090】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【0091】
【発明の効果】
本発明によれば、異なる複数の露光条件を切り替えながら露光を行う場合に、露光条件によって光学系の透過率の変化の様子が大きく異なっていても、各露光条件毎にそれまでに求められている光学系の透過率の変化情報を用いて露光量を制御しているため、光学系の透過率変動が生じても露光量の制御精度を高く維持することができる。
【0092】
また、本発明によれば、例えば2つの露光条件を交互に切り替えながら二重露光を行うような場合に、同じ露光条件で最後に計算された透過率の変化情報と、最新の透過率の計測値とを用いることによって光学系の現在の透過率を高精度に予測できるため、その予測された透過率に基づいて露光量を制御することによって、露光量の制御精度を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態で使用される投影露光装置を示す概略構成図である。
【図2】図1中の開口絞り系12を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態で光学系の透過率の計測を行うために、照射量モニタ32を投影光学系PLの露光領域に移動した状態を示す一部機能ブロック図を含む構成図である。
【図4】本発明の実施の形態の一例におけるレチクルR1を用いた露光動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施の形態の一例におけるレチクルR2を用いた露光動作を示すフローチャートである。
【図6】図4及び図5の露光動作に対応する光学系の透過率T、計算される現在の透過率T(now)、及び露光光の出力Pの変化を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態の他の例における露光準備工程を示すフローチャートである。
【図8】本発明の実施の形態の他の例における露光動作を示すフローチャートである。
【図9】図7及び図8の露光動作に対応する光学系の透過率T、計算される現在の透過率T(now)、及び露光光の出力Pの変化を示す図である。
【符号の説明】
1…ArFエキシマレーザ光源、11…フライアイレンズ、8…ビームスプリッタ、9…インテグレータセンサ、16…レチクルブラインド機構、R1,R2…レチクル、PL…投影光学系、W…ウエハ、20A…レチクルステージ、24…ウエハステージ、27…主制御系、30…露光コントローラ、32…照射量モニタ、41…入射光量積分部、42…直接透過率計算部、43…透過率履歴記憶部、44…予測透過率計算部、45…制御部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure method used for transferring a mask pattern onto a substrate via a projection optical system in a lithography process for manufacturing various devices such as a semiconductor element, a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head. The present invention relates to an apparatus and a device manufacturing method using this exposure method, and more particularly to an exposure amount control technique when performing exposure through an optical system whose transmittance gradually changes by irradiation with an exposure beam.
[0002]
[Prior art]
In order to cope with the improvement of the integration and fineness of a semiconductor device, an exposure apparatus that performs a lithography process (typically, a resist coating process, an exposure process, and a resist development process) for manufacturing a semiconductor device includes: There is a demand for further improving imaging characteristics such as resolution and transfer fidelity. In order to improve the imaging characteristics in this way, it is necessary to first increase the exposure amount control accuracy and expose the resist applied on the wafer as a substrate with an appropriate exposure amount.
[0003]
In recent exposure apparatuses, an ultraviolet laser beam such as a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) or an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) is used as an exposure beam in order to obtain higher resolution. Wavelength F 2 Use of a laser (wavelength: 157 nm) or the like is also being studied. However, when an excimer laser is used as an exposure beam, the transmittance of an optical element in an illumination optical system or a projection optical system that illuminates a reticle as a mask, or a coating material of the optical element (for example, a thin film such as an anti-reflection film) is reduced. New phenomena such as fluctuations in a short time have been discovered. Therefore, in an exposure apparatus that uses an ultraviolet laser beam as an exposure beam, it is necessary to correct the change in the transmittance of the optical system due to the irradiation of the exposure beam when controlling the exposure amount.
[0004]
The conventional exposure amount control method assumes that the transmittance change rate of the optical system takes a continuous value in a series of exposure sequences. This is a method of predicting the current transmittance based on the measured or calculated transmittance change speed. In this method, the light amount on the wafer surface is calculated from the calculation result and the incident light amount measured on the incident side of the optical system. Then, from the light amount on the wafer surface obtained in this way, an exposure time (in the case of a batch exposure type) or a scanning speed (a scanning exposure such as a step-and-scan method) so that a desired exposure amount is obtained. Type)).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional exposure amount control technique as described above, control is performed on the assumption that the current transmittance change speed of the optical system is always substantially equal to the immediately preceding transmittance change speed.
In this regard, recently, with the miniaturization of the exposure pattern, a so-called double exposure method in which two or more exposures are performed to form a certain predetermined pattern is sometimes used. In this case, in a series of exposure sequences, exposure is performed by exchanging two or more types of reticles. Therefore, if the reticle pattern abundance greatly changes, the amount of light in an optical system (projection optical system or the like) subsequent to the reticle decreases. It changes greatly. Further, when the illumination optical system is switched to annular illumination or deformed illumination due to reticle exchange, the optical path of the exposure beam in the illumination optical system or the projection optical system changes greatly.
[0006]
For this reason, the change rate of the transmittance of the optical system may become discontinuous before and after the exposure condition switching such as the reticle exchange or the illumination optical system switching. In this case, if the exposure amount control is performed on the assumption that the transmittance change rate of the optical system is constant as in the related art, an error occurs in the exposure amount on the actual wafer surface due to the difference in the transmittance change rate, and the exposure There was a disadvantage that the quantity control accuracy was reduced.
[0007]
In view of the above, it is a first object of the present invention to provide an exposure technique that can maintain high control of the exposure amount even when the transmittance of the optical system fluctuates.
A second object of the present invention is to provide an exposure technique capable of maintaining high control of the exposure amount even when exposing conditions are changed during the exposing step as in the case of using the double exposure method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The exposure method according to the present invention is different from the exposure method in which the pattern of the mask (R1) is projected onto the substrate (W) by an exposure beam using the optical system (8, 13 to 19, PL). The change information of the transmittance of the optical system is calculated for each exposure condition, and when the substrate is exposed by switching from the first exposure condition to the second exposure condition, the change in the first exposure condition is performed. The amount of exposure to the substrate is predicted and controlled based on the exposure history for the substrate and the calculated change information of the transmittance of the optical system with respect to the second exposure condition.
[0009]
According to the present invention, for example, before the start of the exposure by the multiple exposure method, the change information of the transmittance of the optical system for each of a plurality of exposure conditions (type of mask pattern, type of aperture stop of illumination system, etc.) ( For example, a change amount (change rate) of the transmittance per unit integrated energy or a function representing the change) is calculated. When exposing the substrate by switching from the first exposure condition to the second exposure condition, the exposure history under the first exposure condition (the integrated exposure energy, the exposure time, or the exposure time under the first exposure condition) A change in the transmittance of the optical system is predicted with high accuracy from the measured value of the transmittance after exposure, etc.) and the change information of the transmittance calculated for the second exposure condition. For example, by controlling the exposure time in the case of the batch exposure type, or by controlling the intensity (output) of the exposure beam in the case of the scanning exposure type, in accordance with the predicted change in transmittance. Exposure amount control accuracy can be kept high.
[0010]
In this case, as an example, before exposing the substrate under the first exposure condition, the change information of the transmittance of the optical system is calculated, and during the exposure of the substrate under the first exposure condition, the calculation is performed. Further, the amount of exposure to the substrate may be predicted and controlled based on the change information of the transmittance of the optical system. This means that, for example, before exposure of the substrate is started, dummy exposure is performed in the absence of the substrate to calculate transmittance change information. Thus, the exposure amount can be controlled with high accuracy immediately after the start of the actual exposure of the substrate.
[0011]
Further, the change information of the transmittance of the optical system under the second exposure condition may be calculated after the exposure of the substrate under the first exposure condition is completed.
Further, based on the change information of the transmittance of the optical system calculated after performing the exposure of the substrate under the first exposure condition, the exposure of the substrate at the time of starting the exposure under the second exposure condition is performed. It is desirable to predict the exposure.
[0012]
Further, an illumination optical system (1, 3, 6, 7, 7A, 7B, 8, 11 to 19) for illuminating the mask and a projection optical system (PL) for projecting the pattern of the mask onto the substrate are provided. In this case, an example of the optical system includes at least a part (8, 13 to 19) of the illumination optical system and the projection optical system.
Further, when exposing the substrate through the optical system under the first and second exposure conditions, the optical system measures the transmittance information of the optical system at the start and end of the exposure, respectively. The change rate of the transmittance with respect to the incident energy may be calculated, and the calculated change rate of the transmittance with respect to the incident energy may be used as the change information of the transmittance of the optical system. This means that, for example, in the case where the substrate is exposed alternately under the first and second exposure conditions, the change information of the transmittance calculated when the substrate was previously exposed under the same exposure condition is used. Thus, the exposure amount can be controlled with high accuracy using the latest transmittance change information. Furthermore, by using the change rate of the transmittance with respect to the incident energy (gradient of the first order approximation), the exposure amount can be controlled with high accuracy by a simple calculation.
[0013]
Next, the exposure apparatus according to the present invention uses an optical system (8, 13 to 19, PL) to project a mask pattern onto a substrate with an exposure beam using first and second exposure conditions different from each other. An exposure condition switching system (12, 20A) for switching to the first exposure condition and a calculation system (9, 32, 41 to 44) for calculating transmittance change information of the optical system for each of the first and second exposure conditions And when exposing the substrate by switching from the first exposure condition to the second exposure condition, the exposure history for the substrate under the first exposure condition and the calculated second exposure condition And a control system (45) for predicting and controlling the amount of exposure to the substrate based on the change information of the transmittance of the optical system.
[0014]
According to the present invention, when performing exposure by switching the first and second exposure conditions, the change in the transmittance of the optical system is predicted using the change information of the transmittance under the same exposure condition and the exposure history. Then, based on the result, the exposure amount for the substrate can be controlled with high accuracy.
In this case, as an example, before the substrate is exposed under the first exposure condition, the calculation system calculates the change information of the transmittance of the optical system, and the control system determines the change information of the first exposure condition. While the substrate is exposed, the amount of exposure to the substrate is predicted and controlled based on the calculated change information of the transmittance of the optical system. Thus, the exposure amount can be controlled with high accuracy immediately after the start of the exposure.
[0015]
Further, the control system starts exposing the substrate under the second exposure condition based on transmittance information of the optical system calculated after exposing the substrate under the first exposure condition. It is desirable to predict the amount of exposure at that time.
In the case where an illumination optical system that illuminates the mask and a projection optical system that projects the pattern of the mask onto the substrate are provided, an example of the optical system includes at least a part of the illumination optical system and And a projection optical system.
[0016]
Further, the device manufacturing method of the present invention includes a step of transferring the device pattern (R1, R2) onto the workpiece (W) using the exposure method of the present invention. According to the present invention, high exposure amount control accuracy can be obtained, and high-performance devices can be mass-produced with high accuracy.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to the case where exposure is performed by a step-and-scan type projection exposure apparatus.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 1, an ArF excimer laser light source 1 having an oscillation wavelength of 193 nm and a narrow band is used as an exposure light source. In addition, as an exposure light source, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), F 2 Laser (wavelength 157 nm), Kr 2 Laser (wavelength 146 nm) or Ar 2 In addition to a laser light source such as a laser (having a wavelength of 126 nm), a harmonic generation light source of a YAG laser or a harmonic generation device of a semiconductor laser can be used.
[0018]
Exposure light IL composed of ultraviolet pulse light as an exposure beam generated by the ArF excimer laser light source 1 passes through a beam matching unit (BMU) 3 including a movable mirror and the like for matching an optical path with an exposure apparatus main body. Through a light-shielding pipe 5 to a variable attenuator 6 as an optical attenuator. An exposure controller 30 for controlling the amount of exposure to a resist (photosensitive material) on the wafer controls the start and stop of light emission of the ArF excimer laser light source 1, the output determined by the oscillation frequency and pulse energy, and variable dimming. The extinction ratio for the exposure light in the device 6 is adjusted stepwise or continuously.
[0019]
The exposure light IL that has passed through the variable dimmer 6 passes through a beam shaping optical system including lens systems 7A and 7B arranged along a predetermined optical axis, and then fly-eye as an optical integrator (uniformizer or homogenizer). The light enters the lens 11. An aperture stop system 12 of an illumination system is arranged on the exit surface of the fly-eye lens 11. FIG. 2 shows an aperture stop system 12. In FIG. 2, a circularly arranged disk of the aperture stop system 12 has a plurality of circular aperture stops 12a, 12e to 12h having various sizes. The aperture stop 12b for deformed illumination comprising four eccentric small apertures, and the aperture stop 12c for annular illumination having two different values of the ratio between the outer and inner diameters of the orbicular zone (orbicular zone ratio). 12d are formed. In order to set a desired illumination system, the disk of the aperture stop system 12 is rotated by a rotation mechanism (not shown), and the corresponding aperture stop is set on the exit surface of the fly-eye lens 11 (pupil of the illumination optical system) of FIG. Plane). At the time of normal illumination, for example, an intermediate circular aperture stop 12g is used.
[0020]
Returning to FIG. 1, the exposure light IL emitted from the fly-eye lens 11 and having passed through a predetermined aperture stop in the aperture stop system 12 is incident on a beam splitter 8 having a high transmittance and a low reflectance. A part of the exposure light reflected by the beam splitter 8 enters an integrator sensor 9 composed of a photoelectric detector, and a detection signal of the integrator sensor 9 is supplied to an exposure controller 30. The transmittance and the reflectance of the beam splitter 8 are measured with high precision in advance and stored in a storage unit in the exposure controller 30, and the exposure controller 30 (details will be described later) indirectly receives a detection signal from the integrator sensor 9. It is configured such that the amount of incident light of the exposure light IL to the projection optical system PL and its integral value can be monitored. In order to monitor the amount of light incident on the projection optical system PL, for example, as shown by a dotted line in FIG. 1, a beam splitter 8A is arranged in front of the lens system 7A, and reflected light from the beam splitter 8A is photoelectrically converted. The light may be received by the detector 9A, and the detection signal of the photoelectric detector 9A may be supplied to the exposure controller 30.
[0021]
The exposure light IL transmitted through the beam splitter 8 enters a fixed illumination field stop (fixed blind) 15A in a reticle blind mechanism 16 via a mirror 13 and a condenser lens system 14. As disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-196513, the fixed blind 15A has a linear slit shape or a rectangular shape (hereinafter collectively referred to) in the direction perpendicular to the scanning direction at the center in the circular visual field of the projection optical system PL. (Referred to as “slit shape”). Further, in the reticle blind mechanism 16, a movable blind 15B for changing the width of the illumination visual field in the scanning direction is provided separately from the fixed blind 15A, and the movable blind 15B reduces the scanning movement stroke of the reticle stage. The width of the light-shielding band of the reticle R is reduced. The information on the aperture ratio of the movable blind 15B is also supplied to the exposure controller 30, and the value obtained by multiplying the incident light amount obtained from the detection signal of the integrator sensor 9 by the aperture ratio is the actual incident light amount on the projection optical system PL.
[0022]
The exposure light IL shaped like a slit by the fixed blind 15A of the reticle blind mechanism 16 passes through the imaging lens system 17, the optical path bending mirror 18, and the main condenser lens system 19, and the reticle R1 as a mask (or A slit-shaped illumination area is irradiated with a uniform intensity distribution on the circuit pattern area of R2). That is, the arrangement surface of the opening of the fixed blind 15A or the opening of the movable blind 15B is almost conjugate with the pattern surface of the reticle R1 by the combined system of the imaging lens system 17 and the main condenser lens system 19. In this example, an ArF excimer laser light source 1, a beam matching unit 3, a variable dimmer 6, a beam shaping optical system (7A, 7B), a fly-eye lens 11, an aperture stop system 12, a beam splitter 8, and a mirror 13 An illumination optical system is constituted by the condenser lens system 19.
[0023]
Under the exposure light IL, an image of a circuit pattern in the illumination area of the reticle R1 is projected at a predetermined projection magnification β (β is, for example, 1/4, 1/5, etc.) via a bi-telecentric projection optical system PL. The light is transferred to a slit-shaped exposure area of a resist layer on a wafer W serving as a substrate disposed on the image plane of the projection optical system PL. The exposure area is located on one of the plurality of shot areas on the wafer. The reticle R1 (R2) and the wafer W can be regarded as a first object and a second object, respectively, and the projection optical system PL can be regarded as a projection system. The wafer W as a substrate to be exposed is, for example, a disk-shaped substrate such as a semiconductor (silicon or the like) or an SOI (silicon on insulator) having a diameter of 200 mm or 300 mm. Although the projection optical system PL of this example is a dioptric system (refractive system), it goes without saying that a catadioptric system (catadioptric system) can also be used. Hereinafter, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken in the scanning direction (here, the direction parallel to the plane of FIG. 1) in a plane perpendicular to the Z axis, and is orthogonal to the scanning direction. The description will be made taking the Y axis in the non-scanning direction (in this case, the direction perpendicular to the plane of FIG. 1).
[0024]
First, the reticle R1 is sucked and held on the reticle stage 20A, and the reticle stage 20A is mounted on the reticle base 20B so as to be able to move at a constant speed in the X direction and to be finely movable in the X, Y, and rotation directions. ing. The two-dimensional position and rotation angle of reticle stage 20A (reticle R) are measured in real time by a laser interferometer in drive control unit 22. Based on this measurement result and control information from a main control system 27 composed of a computer that controls the operation of the entire apparatus, a drive motor (such as a linear motor or a voice coil motor) in the drive control unit 22 is driven by the reticle stage 20A. Control the scanning speed and position.
[0025]
A reticle loader system (not shown) for efficiently exchanging reticle R1 with another reticle R2 (or another reticle) is provided near reticle stage 20A, and a reticle loaded on reticle stage 20A. A reticle discriminating device (not shown) for reading bar code information indicating the type of the reticle is also provided, and a discrimination result from the reticle discriminating device is supplied to the main control system 27. The main control system 27 sets the illumination conditions via the aperture stop system 12 in accordance with the type of reticle determined (minimum line width, pattern abundance ratio, phase shift reticle, etc.). Thus, for example, when performing exposure by the double exposure method, the reticle on the reticle stage 20A can be quickly replaced, and the optimal illumination condition can be reliably set according to the type of the replaced reticle.
[0026]
Although the reticle stage 20A of this example is of a single holder type, the reticle stage 20A may be of a double holder type capable of adsorbing two reticles in parallel. Alternatively, a reticle stage 20A may be of a double stage type in which two stages are arranged in parallel. By employing such a double holder method or a double stage method, for example, exposure by a double exposure method can be performed more efficiently.
[0027]
On the other hand, the wafer W is held by suction on a Z tilt stage 24Z via a wafer holder WH, and the Z tilt stage 24Z moves on a XY stage 24XY that moves two-dimensionally along an XY plane parallel to the image plane of the projection optical system PL. , A wafer stage 24 is constituted by the Z tilt stage 24Z and the XY stage 24XY. The Z tilt stage 24 </ b> Z controls the focus position (position in the Z direction) and the tilt angle of the wafer W to adjust the surface of the wafer W to the image plane of the projection optical system PL by an autofocus method and an autoleveling method. The stage 24XY performs constant-speed scanning of the wafer W in the X direction and stepping in the X and Y directions. The two-dimensional position and rotation angle of the Z tilt stage 24Z (wafer W) are measured in real time by a laser interferometer in the drive control unit 25. Based on this measurement result and the control information from the main control system 27, the drive motor (such as a linear motor) in the drive control unit 25 controls the scanning speed and position of the XY stage 24XY. The rotation error of the wafer W is corrected, for example, by slightly rotating the reticle stage 20A via the main control system 27 and the drive control unit 22.
[0028]
The main control system 27 sends to the drive control units 22 and 25 various information such as the respective movement positions, movement speeds, movement accelerations, and position offsets of the reticle stage 20A and the XY stage 24XY. At the time of scanning exposure, the reticle R1 is scanned via the XY stage 24XY in synchronization with the reticle R1 being scanned in the + X direction (or -X direction) at the speed Vr via the reticle stage 20A with respect to the illumination area of the exposure light IL. Then, the wafer W is scanned with respect to the exposure area of the pattern image of the reticle R in the −X direction (or + X direction) at a speed β · Vr (β is a projection magnification from the reticle R1 to the wafer W).
[0029]
Further, the main control system 27 performs control for synchronizing the movement of each blade of the movable blind 16B provided in the reticle blind mechanism 16 with the movement of the reticle stage 20A during scanning exposure. Further, the main control system 27 sets various exposure conditions for scanning and exposing the resist in each shot area on the wafer W with an appropriate exposure amount, and executes an optimal exposure sequence in cooperation with the exposure controller 30. That is, when a command to start scanning exposure to one shot area on the wafer W is issued from the main control system 27 to the exposure controller 30, the exposure controller 30 starts the emission of the ArF excimer laser light source 1 and the integrator sensor 9 , The integral value of the amount of light incident on the projection optical system PL is calculated. The integrated value is reset to 0 at the start of the scanning exposure. Then, the exposure controller 30 sequentially predicts and calculates the transmittance of the optical system from the beam splitter 8 to the projection optical system PL based on the integral value of the incident light amount, as described later, and according to the transmittance thus predicted. Then, the output (oscillation frequency and pulse energy) of the ArF excimer laser light source 1 and the dimming rate of the variable dimmer 6 are controlled so that an appropriate exposure amount can be obtained at each point of the resist on the wafer W after the scanning exposure. I do. Then, at the end of the scanning exposure on the shot area, the emission of the ArF excimer laser light source 1 is stopped.
[0030]
In addition, an irradiation amount monitor 32 composed of a photoelectric detector is installed near the wafer holder WH on the Z tilt stage 24Z in this example, and a detection signal of the irradiation amount monitor 32 is also supplied to the exposure controller 30. The irradiation amount monitor 32 has a light receiving surface large enough to cover the entire exposure region of the projection optical system PL, and drives the XY stage 24XY to set the light reception surface at a position covering the exposure region of the projection optical system PL. Thus, the amount of exposure light IL that has passed through the projection optical system PL can be measured. In this example, the transmittance from the beam splitter 8 to the projection optical system PL is calculated using the detection signals of the integrator sensor 9 and the irradiation amount monitor 32. Note that, instead of the irradiation amount monitor 32, an uneven illuminance sensor having a pinhole-shaped light receiving unit for measuring the light amount distribution in the exposure area may be used.
[0031]
That is, in this example, the “optical system” for which the transmittance is calculated (measured) includes the beam splitter 8 and the optical members from the mirror 13 to the main condenser lens system 19 in the illumination optical system, and the projection optical system PL. Contains. When the optical system includes a reflective optical member such as a mirror or a concave mirror, the transmittance of the object to be calculated (measured) includes data due to the reflectance of the reflective optical member. Further, for example, when the variation of the transmittance of the optical member from the beam splitter 8 and the mirror 13 to the main condenser lens system 19 in the illumination optical system is considerably smaller than the variation of the transmittance of the projection optical system PL. In, the optical system whose transmittance is to be calculated (measured) can be regarded as only the projection optical system PL.
[0032]
Further, in this example, since the ArF excimer laser light source 1 substantially in the vacuum ultraviolet region is used, absorptive gases such as oxygen, carbon dioxide and water vapor are removed from the optical path of the exposure beam, and the gas in the optical path is removed. It is desirable to replace the gas with a nitrogen gas or a rare gas (helium, neon, argon, krypton, xenon, radon), which is a transparent gas substantially transmitting vacuum ultraviolet light. The gas used to actually replace the optical path of the exposure beam in such a permeable gas is hereinafter referred to as a “purge gas”, and in this example, a dry nitrogen gas having an extremely low oxygen content as the purge gas ( N 2 ). As a result, a sub-chamber 35 is provided to block the exposure light paths from the inside of the pipe 5 to the variable dimmer 6, the lens systems 7A and 7B, and the fly-eye lens 11 to the main condenser lens system 19 from the outside air. The purge gas is supplied through a pipe 36 to the entire space 35 and the entire space inside the lens barrel of the projection optical system PL (space between a plurality of lens elements).
[0033]
It should be noted that a purge gas is provided in the first optical path space of the exposure light between the main condenser lens system 19 of the illumination optical system and the projection optical system PL and in the second optical path space of the exposure light between the projection optical system PL and the wafer W. May be supplied. In particular, as an exposure light source, F 2 When a laser light source or the like is used, oxygen molecules, water molecules, and carbon dioxide molecules contained in air cause F 2 Since the laser light is absorbed, it is necessary to replace the above-described first and second optical path spaces with nitrogen gas or a rare gas in addition to the space inside the sub-chamber 35 and the lens barrel of the projection optical system PL. When replacing the first optical path space with a purge gas, for example, when providing a reticle chamber as an airtight chamber covering a reticle stage 20A holding the reticle R1 (R2), and replacing the second optical path space with a purge gas, For example, a purge chamber may be provided as an airtight chamber that covers a wafer stage 24 that holds a wafer, and a purge gas may be supplied into the reticle chamber and the wafer chamber.
[0034]
Next, a transmittance measurement system of an optical system including the projection optical system PL in the projection exposure apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows an arrangement for measuring the transmittance of the optical system by the projection exposure apparatus shown in FIG. 1. In FIG. 3, the light receiving surface of the irradiation amount monitor 32 is driven by driving the XY stage 24XY. It is set in the exposure area of the PL. In this state, the pulse light emission of the ArF excimer laser light source 1 is started, and a part of the exposure light IL incident on the beam splitter 8 is reflected and incident on the integrator sensor 9. At the same time, the exposure light IL that has passed through the projection optical system PL enters the irradiation amount monitor 32, and detects a signal (hereinafter, referred to as “incident energy Ei”) of the integrator sensor 9 and a detection signal (hereinafter, referred to as “incident energy Ei”). Hereinafter, referred to as “transmission energy Eo”) is taken into the exposure controller 30 in parallel.
[0035]
In the exposure controller 30 shown in FIG. 3, the incident energy Ei from the integrator sensor 9 is supplied to the input unit of the incident light amount integration unit 41 and the first input unit of the direct transmittance calculation unit 42. Since the exposure light IL of this example is a pulse light, a peak hold (P / H) circuit and an analog-to-digital converter (ADC) are provided in the data input units in the incident light amount integration unit 41 and the direct transmittance calculation unit 42, respectively. Is arranged.
[0036]
On the other hand, the transmitted energy Eo detected by the irradiation amount monitor 32 is supplied to the second input unit of the direct transmittance calculator 42. The direct transmittance calculator 42 calculates the transmittance T of the optical system by dividing the transmission energy Eo by the incident energy Ei as shown in the following equation, and supplies the calculated transmittance T to the transmittance history storage 43. I do.
T = Eo / Ei (1)
The transmittance history storage unit 43 sequentially stores the supplied transmittance T together with a number i indicating the order of sampling. The transmittance T in the sampling order i is defined as the transmittance Ti. The exposure controller 30 is provided with a control unit 45 for controlling the operation of each unit in the controller, and the control unit 45 exchanges various data and commands with the main control system 27 in FIG. ing. As an example, the control unit 45 is supplied with information on the target output (or pulse energy) and emission frequency of the exposure light IL, a command indicating the timing of transmittance measurement, and the like from the main control system 27. The timing information of the sampling of the detection signal from the external sensor is supplied to each unit in the exposure controller 30. Then, the transmittance history storage unit 43 reads out the i-th transmittance Ti in accordance with an instruction from the control unit 45 and supplies the i-th transmittance Ti to the first input unit of the predicted transmittance calculation unit 44.
[0037]
In addition, the incident light amount integration unit 41 integrates (integrates) the incident energy Ei for each incident pulse light to calculate the total incident energy e, and uses the calculated total incident energy e as the second value of the predicted transmittance calculation unit 44. Supply to input section. The total incident energy e is normally reset to 0 immediately before the start of pulse emission. Further, the total incident energy e at the timing when the i-th transmittance Ti is measured is stored as a total incident energy ei in the storage unit in the incident light amount integration unit 41, and the total incident energy ei is also determined as necessary. Is supplied to the second input unit of the predicted transmittance calculating unit 44.
[0038]
The predicted transmittance calculator 44 calculates a change rate of the supplied transmittance Ti with respect to the input total energy e as described later, and calculates the current transmittance T of the optical system from the change rate and the incident total energy e. (Now) is obtained, and the transmittance T (now) is supplied to the control unit 45. The control unit 45 uses the transmittance T (now) to output and vary the output of the ArF excimer laser light source 1 so that the integrated exposure amount of the exposure light IL at each point of the resist on the wafer W becomes an appropriate exposure amount. The dimming rate in the dimmer 6 is controlled.
[0039]
In this example, the incident light amount integration unit 41, the direct transmittance calculation unit 42, the predicted transmittance calculation unit 44, and the control unit 45 represent software functions executed by the microprocessor in this example. Needless to say, each of the functions may be realized by hardware.
Next, in this example, the change in the transmittance of the optical system from the beam splitter 8 to the projection optical system PL is measured, and the double exposure method is performed using the reticles R1 and R2 while controlling the exposure amount based on the measurement result. The operation when scanning exposure is performed will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4 and 5 and FIG.
[0040]
First, the exposure process by the projection exposure apparatus of FIG. 1 is started in step 121 of FIG. 4, and the reticle R1 is loaded on the reticle stage 20A in step 122 under the control of the main control system 27. In parallel with this, the main control system 27 sets the illumination conditions via the aperture stop system 12 of the illumination system. For example, when the minimum line width of the pattern of the reticle R1 is extremely small, the modified illumination or the annular illumination is selected. The use of the reticle R1 and the set illumination conditions corresponding thereto correspond to the “first exposure condition” of the present invention. In the next step 123, the first wafer W of one lot on which a resist is applied, for example, is loaded onto the wafer stage 24. In the next step 124, it is determined whether the loaded wafer is the first wafer. Since this is the first sheet, the operation proceeds to step 125, where the first transmittance measurement is performed.
[0041]
To this end, as shown in FIG. 3, the light receiving surface of the irradiation amount monitor 32 is moved to the exposure area of the projection optical system PL, and the ArF excimer laser light source 1 emits, for example, several pulses, and directly transmits light. The rate calculator 42 takes in the detection signal (incident energy Ei) from the integrator sensor 9 and the detection signal (transmission energy Eo) from the irradiation amount monitor 32, and calculates the transmittance T (= Ta1) from equation (1). I do. At this time, the average value of the measurement results of several pulses may be used as the transmittance Ta1.
[0042]
In the next step 126, after resetting the total incident energy e in the incident light amount integration section 41 to 0, the ArF excimer laser light source 1 emits the exposure light IL by dummy irradiation (by blank shot) for a predetermined time. The dummy irradiation time is preferably short in order to increase the throughput, but may be set to, for example, the exposure time of several shots to one wafer in order to increase the measurement accuracy. In this example, as an example, the dummy irradiation time is set to be the same as the exposure time for one wafer. In order to shorten the measurement time and increase the measurement accuracy, the output P of the ArF excimer laser light source 1 may be set to the maximum value and the oscillation frequency may be set to the maximum value to perform the dummy irradiation. At this time, the total incident energy e (= ΔE1) integrated by the incident light amount integration unit 41 is supplied to the predicted transmittance calculation unit 44.
[0043]
In the next step 127, a second transmittance measurement is performed. That is, the ArF excimer laser light source 1 emits, for example, several pulses, and the direct transmittance calculator 42 takes in the incident energy Ei from the integrator sensor 9 and the transmitted energy Eo from the irradiation amount monitor 32, and obtains the equation (1). , The transmittance T (= Ta2) is calculated. These transmittances Ta1 and Ta2 are stored in the transmittance history storage unit 43.
[0044]
In the next step 128, the predicted transmittance calculator 44 reads out the transmittances Ta1 and Ta2 from the transmittance history storage 43, and divides the difference between the two transmittances by the total incident energy ΔE1 therebetween as in the following equation. , The transmittance change rate TVa is calculated. The change rate TVa is stored in the storage unit in the predicted transmittance calculator 44 in association with the reticle R1.
[0045]
TVa = (Ta2-Ta1) / ΔE1 (2)
At this stage, the total incident energy e in the incident light amount integration unit 41 is reset. In the next step 130, the predicted transmittance calculator 44 calculates the current transmittance T (now) of the optical system using the calculated change rate TVa. That is, the latest (last) actually measured transmittance T of the optical system is defined as Tj, and the current total incident energy e integrated by the incident light amount integration unit 41 from the time when the transmittance Tj is measured is defined as ej. The predicted transmittance calculator 44 calculates the current transmittance T (now) of the above optical system by adding the transmittance change TVa · ej to the latest measured transmittance Tj as in the following equation. I do. The calculated or predicted transmittance T (now) is supplied to the control unit 45.
[0046]
T (now) = Tj + TVa.ej (3)
In the next step 131, the control unit 45 controls the output (= pulse energy × frequency) P of the ArF excimer laser light source 1 using the predicted current transmittance T (now). This output P is the output at the stage of entering the beam splitter 8 in FIG. 3, that is, the energy per unit time determined based on the detection signal of the integrator sensor 9. In this case, the initial value of the transmittance T of the optical system from the beam splitter 8 to the projection optical system PL (the value measured first in step 125 for the first wafer of one lot) is T. 0 And This transmittance T 0 The value of the output P corresponding to 0 [W], the area of the slit-shaped exposure region on the wafer W is S [cm]. 2 ], The length of the exposure region in the scanning direction is L [mm], and the resist sensitivity (appropriate exposure amount) is I [J / cm]. 2 Assuming that the scanning speed of the wafer stage 24 at the time of scanning exposure is Vw [mm / sec], the following relationship exists between them.
[0047]
I · S = (L / Vw) P 0 ・ T 0 … (4)
From equation (4), the reference value P 0 Is determined as follows.
P 0 = (Vw / L) (IS) / T 0 … (5)
In this example, the output P is controlled by setting the scanning speed Vw to a predetermined maximum value in order to increase the throughput. At present, the initial value T of the transmittance in the equation (5) 0 Has been changed to the current value T (now), the following relationship is established.
[0048]
PT (now) = P 0 ・ T 0 … (6)
From this equation (6), the output P is as follows.
P = P 0 (T 0 / T (now)) ... (7)
The control unit 45 controls at least one of the output of the ArF excimer laser light source 1 itself and the dimming rate of the variable dimmer 6 so that the output P satisfies the expression (7). In this case, as an example, the output of the ArF excimer laser light source 1 itself is controlled in a range where the output of the laser light source itself falls within a predetermined standard. 6 may be controlled.
[0049]
In the next step 132, the pattern image of the reticle R1 is transferred to the first shot area of the wafer W by the scanning exposure method. In the next step 133, it is determined whether or not exposure of all shot areas has been completed. Here, since the operation has not been completed, the operation returns to step 130, and the predicted transmittance calculator 44 again calculates the current transmittance T (now) of the optical system for the current total incident energy ej from equation (3). Subsequently, the output P is calculated from the equation (7) by the control unit 45, and based on the result, at least one of the output of the ArF excimer laser light source 1 itself and the dimming rate of the variable dimmer 6 is controlled (step S1). 131) The pattern image of the reticle R1 is transferred to the second shot area by the scanning exposure method (step 132). The operations of steps 130 to 133 are repeatedly executed for all the shot areas on the wafer W, and when the exposure of all the shot areas is completed, the operation shifts from step 133 to step 134 to perform the optical operation similarly to step 125. The transmittance T (= Ta3) of the system is measured, and the total incident energy e in the incident light amount integration unit 41 is reset.
[0050]
In the next step 135, the estimated transmittance calculator 44 calculates the transmittances Ta2 and Ta3 measured in steps 128 and 134, and the total incident energy integrated by the incident light amount integrating unit 41 during the exposure of the wafer W. Using e (= ΔE2), the latest change rate TVa of the transmittance is calculated from the following equation, and the calculated change rate TVa is stored corresponding to the reticle R1.
[0051]
TVa = (Ta3-Ta2) / ΔE2 (8)
In the next step 136, it is determined whether or not to continue exposure with the same reticle R1. In the normal exposure method, the operation moves to step 123 because the same reticle R1 is used, and the second and subsequent wafers are exposed. In this example, since the exposure is performed by the double exposure method, the operation shifts from step 136 to step 141 in FIG. Here, the actual transmittance T of the optical system from the beam splitter 8 to the projection optical system PL, the calculated transmittance T (now), and the output at the stage of the beam splitter 8 of the ArF excimer laser light source 1 The mutual relationship of P will be described with reference to FIG.
[0052]
The vertical axis in FIG. 6A shows the change in the actual transmittance T (the transmittance calculated by the direct transmittance calculator 42) of the optical system, and the vertical axis in FIG. 6B shows the optical system. 6C shows the change in the current transmittance T (now) calculated by the predicted transmittance calculator 44, and the vertical axis in FIG. 6C shows the change in the output P, and FIGS. ) Indicates that the wafer to be exposed is the n-th wafer (n = 1, 2,...). Further, since the exposure energy to be irradiated is substantially proportional to the number n of wafers, the horizontal axes in FIGS. 6A to 6C can be regarded as the total incident energy e to the optical system. The total incident energy e is reset every time the actual transmittance T is measured. In the horizontal axes of FIGS. 6A and 6B, sections (d), (R1) and (R2) represent sections where dummy irradiation, exposure of reticle R1 and exposure of reticle R2 are performed, respectively. . Furthermore, the initial value of the actual transmittance T and the calculated transmittance T (now) is T 0 And the initial value (reference value) of the output P is P 0 It has been.
[0053]
Further, in FIG. 6A, the actual transmittance T of the optical system has a large variation as shown by a solid line 50A during exposure through the reticle R1, and is indicated by a dotted line 50B during exposure through the reticle R2, as an example. Thus, the amount of fluctuation is small. This corresponds to, for example, a case where the pattern existence rate of the reticle R1 is smaller than the pattern existence rate of the reticle R2. When the dummy irradiation and the step 128 are completed for the first wafer in this example, the actual transmittance T has changed to the value T5b, but the calculated transmittance T (now) (FIG. 6B) ) And output P (FIG. 6C) are T 0 And P 0 Remains. At the start of exposure to the first shot area, the calculated current transmittance T (now) value T6b is the actual transmittance T value T5b, and the output P is determined from equation (7). It is set to the value P2b. Thereafter, the exposure of all the shot areas of the first wafer is completed, and when step 135 is completed, the actual transmittance T changes in a curve to a value T5c, and the calculated current transmittance T is calculated. (Now) changes linearly to the value T6c according to the equation (3). Then, the output P changes to a value P2c in inverse proportion to the current transmittance T (now).
[0054]
In this state, in step 141 in FIG. 5, reticle R1 on reticle stage 20A in FIG. 1 is replaced with another reticle R2. In parallel with this, the main control system 27 sets the illumination conditions for the reticle R2 via the aperture stop system 12 of the illumination system. For example, when the minimum line width of the reticle R2 is several times the resolving power of the projection optical system PL, an illumination method (normal illumination) using a medium circular aperture stop is selected. The use of the reticle R2 and the set illumination conditions corresponding thereto correspond to the “second exposure condition” of the present invention. In the subsequent steps 142 to 155, the pattern image of the reticle R2 is transferred to each shot area of the wafer W as in steps 123 to 136 in FIG.
[0055]
That is, first, the first wafer W of one lot is loaded on the wafer stage 24 (step 142), and the wafer W is the wafer that has been mounted as it is after the pattern image of the reticle R1 has been transferred. Subsequently, it is determined whether or not the wafer W is the first wafer (step 143). Since the wafer is the first wafer, the operation proceeds to step 144, and the first operation for the reticle R2 in the arrangement of FIG. A transmittance measurement is performed. At this time, the transmittance T calculated from the equation (1) is Tb1. Subsequently, after the ArF excimer laser light source 1 performs dummy irradiation with the total incident energy ΔE1 for a predetermined time (step 145), the second transmittance measurement is performed (step 146). Assuming that the transmittance T measured at this time is Tb2, the predicted transmittance calculating unit 44 calculates the transmittance change rate TVb when the reticle R2 is used as follows (step 147). The change rate TVb is stored in the storage unit in the predicted transmittance calculator 44 in association with the reticle R2.
[0056]
TVb = (Tb2−Tb1) / ΔE1 (9)
In the next step 149, the predicted transmittance calculator 44 calculates the calculated change rate TVb, the latest (last) actually measured transmittance Tj of the optical system, and the time when the transmittance Tj is measured. The current transmittance T (now) of the optical system is calculated from the following equation using the current total incident energy ej accumulated by the incident light amount integration unit 41.
[0057]
T (now) = Tj + TVb · ej (10)
In the next step 150, similarly to step 131, the control unit 45 uses the predicted current transmittance T (now) so that the output P of the ArF excimer laser light source 1 becomes the value of the following equation. At least one of the output of the laser light source 1 itself and the dimming rate of the variable dimmer 6 is controlled. The reference value P 0 Is set by equation (5), but a new value may be set for reticle R2.
[0058]
P = P 0 (T 0 / T (now)) ... (11)
In the next step 151, the pattern image of the reticle R2 is transferred to the first shot area of the wafer W by the scanning exposure method. In the next step 152, it is determined whether or not exposure of all shot areas has been completed. Since the operation has not been completed here, the operation returns to step 149, and the predicted transmittance calculator 44 again calculates the current transmittance T (now) of the optical system from equation (10). Subsequently, the output P is calculated from the equation (11) in the control unit 45, and after at least one of the output of the ArF excimer laser light source 1 itself and the dimming rate of the variable dimmer 6 is controlled based on the result (step 150) The pattern image of the reticle R2 is transferred to the second shot area by the scanning exposure method (Step 151). The operations of steps 149 to 152 are repeatedly executed for all shot areas on the wafer W. When the exposure for all shot areas is completed, the wafer W subjected to the double exposure undergoes a process such as development. From the wafer stage 24. Then, the operation proceeds from step 152 to step 153, where the transmittance T (= Tb3) of the optical system is measured as in step 146, and the total incident energy e in the incident light amount integration unit 41 is reset.
[0059]
In the next step 154, the predicted transmittance calculator 44 calculates the transmittances Tb2 and Tb3 measured in steps 146 and 153, and the total incident energy integrated by the incident light amount integration unit 41 during exposure of the wafer W. Using e (= ΔE3), the latest change rate TVb of the transmittance is calculated from the following equation, and the calculated change rate TVb is stored corresponding to the reticle R2.
[0060]
TVb = (Tb3−Tb2) / ΔE3 (12)
In the next step 155, it is determined whether or not to continue the exposure with the same reticle R2. When the operation is continued with the same reticle R2, the operation returns to step 142 to perform exposure on the next wafer. However, the operation of this example returns from step 155 to step 122 in FIG. Double exposure is performed on the wafer.
[0061]
In the exposure of the reticle R2 to the first wafer in this example, at the time when the dummy irradiation and the step 147 are completed, the actual transmittance T (FIG. 6A) has changed to the value T5d. The transmitted transmittance T (now) (FIG. 6B) and the output P (FIG. 6C) remain at T6c and P2c, respectively. At the start of exposure to the first shot area, the calculated current transmittance T (now) value T6d is the actual transmittance T value T5d, and the output P is set to the value P2d. Thereafter, the exposure of all the shot areas of the first wafer is completed, and when step 154 is completed, the actual transmittance T changes in a curve to the value T5e, and the calculated current transmittance T is calculated. (Now) changes linearly to the value T6e according to the equation (10). Then, the output P changes to a value P2e so as to be inversely proportional to the current transmittance T (now).
[0062]
Next, in order to expose the second wafer, in step 121 in FIG. 4, the reticle R2 on the reticle stage 20A in FIG. 1 is replaced with the reticle R1, and the illumination conditions corresponding to the reticle R1 are set. Thereafter (step 122), a second wafer is loaded on wafer stage 24 (step 123). In the next step 124, since the wafer is the second wafer, the operation shifts to step 129, where the predicted transmittance calculating unit 44 determines the change rate of the transmittance corresponding to the reticle R1 stored in the internal storage unit. After calling the TVa, the process proceeds to step 130, where the called change rate TVa, the transmittance Tj of the optical system actually measured last (here, the transmittance Tb3 measured in step 153), and the transmittance thereof The current transmittance T (now) of the optical system is calculated from Expression (3) using the current total incident energy ej accumulated by the incident light amount integration unit 41 after the measurement of the rate Tb3. The calculated or predicted transmittance T (now) is supplied to the control unit 45.
[0063]
In response to this, the control unit 45 controls the output P of the ArF excimer laser light source 1 using the predicted current transmittance T (now) (step 131). Then, as in the case of the first wafer, by repeating steps 130 to 133, while controlling the output P so as to offset the fluctuation amount of the transmittance of the optical system, all shot areas of the second wafer are controlled. The pattern image of the reticle R1 is transferred by the scanning exposure method. In the next step 134, the transmittance T (= Ta3) of the optical system is measured, and the total incident energy e is reset. In the subsequent step 135, the predicted transmittance calculator 44 calculates the transmittances Tb3, Ta3 measured last in steps 153 and 134, respectively, and the total incident light integrated by the incident light amount integrating unit 41 during exposure to this wafer. Using the energy e (= ΔE2), the latest change rate TVa of the transmittance is calculated from the following equation, and the calculated change rate TVa is stored in correspondence with the reticle R1.
[0064]
TVa = (Ta3-Tb3) / ΔE2 (13)
At the start of exposure when steps 129 and 130 are completed for the second wafer, the calculated value T6f of the transmittance T (now) (FIG. 6B) is the actual value T5e of the transmittance T. . Then, when the exposure of the reticle R1 to all the shot areas of the second wafer is completed and the step 135 is completed, the calculated current transmittance T (now) changes linearly to the value T6g. . On the other hand, the output P (FIG. 6C) changes so as to be inversely proportional to the current transmittance T (now).
[0065]
Next, the operation proceeds from step 136 to step 141 in FIG. 5, the reticle R1 on the reticle stage 20A in FIG. 1 is replaced with another reticle R2, and the illumination condition is set accordingly. In this case also, in the next step 142, the second wafer (on which the pattern image of the reticle R1 has been transferred) is placed on the wafer stage 24 as it is. In the next step 143, since the wafer is the second wafer, the operation proceeds to step 148, where the predicted transmittance calculator 44 determines the change rate of the transmittance corresponding to the reticle R2 stored in the internal storage unit. After calling the TVb, the process proceeds to step 149, where the called change rate TVb, the transmittance Tj of the optical system actually measured last (here, the transmittance Ta3 measured in step 134), and the transmittance thereof The current transmittance T (now) of the optical system is calculated from Expression (10) using the total incident energy ej accumulated by the incident light amount integration unit 41 after the measurement of the rate Ta3. The calculated or predicted transmittance T (now) is supplied to the control unit 45.
[0066]
In response to this, the control unit 45 controls the output P of the ArF excimer laser light source 1 using the predicted current transmittance T (now) (step 150). Then, similarly to the first wafer, steps 149 to 152 are repeated to control the output P so as to cancel out the variation in the transmittance of the optical system, thereby controlling the entire shot area of the second wafer. The pattern image of the reticle R2 is transferred by the scanning exposure method. The wafer subjected to the double exposure is carried out of the wafer stage 24 in order to go through a process such as development. In the next step 153, the transmittance T (= Tb3) of the optical system is measured, and the total incident energy e is reset. In the next step 154, the predicted transmittance calculator 44 calculates the transmittances Ta3 and Tb3 last measured in steps 134 and 153, respectively, and the total incident light integrated by the incident light amount integration unit 41 during exposure to this wafer. Using the energy e (= ΔE3), the latest change rate TVb of transmittance is calculated from the following equation, and the calculated change rate TVb is stored corresponding to the reticle R2.
[0067]
TVb = (Tb3-Ta3) / ΔE3 (14)
At the start of exposure when steps 148 and 149 are completed for the second wafer, the calculated value T6h of the transmittance T (now) (FIG. 6B) is a measured value of the actual transmittance T. . Then, when the exposure of the reticle R2 to all the shot areas of the second wafer is completed and the step 154 is completed, the calculated current transmittance T (now) changes linearly to the value T6i. . On the other hand, the output P (FIG. 6C) changes so as to be inversely proportional to the current transmittance T (now).
[0068]
Next, the operation returns from step 155 to step 122 in FIG. 4, for the third and subsequent wafers of the first lot, transmittance calculation, output control, Exposure to each shot area is repeated. That is, at the time of exposure of the reticle R1, the current transmission T is obtained from the equation (3) based on the latest measured value Tj of the transmittance T, the rate of change TVa of the transmittance finally calculated for the same reticle R1, and the total incident energy ej. The rate T (now) is calculated (predicted), and the amount of exposure is controlled based on the transmittance T (now). Similarly, at the time of exposure of the reticle R2, from the equation (10) based on the latest measured value Tj of the transmittance T, the transmittance change rate TVb finally calculated for the same reticle R2, and the current total incident energy ej. The current transmittance T (now) is calculated (predicted), and the exposure amount is controlled based on the transmittance T (now). When the exposure of all the wafers in one lot is completed, the operation moves from step 155 to step 156, and the exposure process ends. Further, although different from this example, for example, when the exposure of only the reticle R1 is performed and the exposure of all the wafers is completed, the operation proceeds from the step 136 to the step 137, and the exposure process is completed. .
[0069]
As described above, according to this example, when performing exposure while exchanging the reticles R1 and R2 by the double exposure method, the latest measured value Tj of the transmittance of the optical system, the transmittance calculated last for the same reticle. Of the optical system is predicted on the basis of the change rate TVa (or TVb) of the optical system and the total incident energy ej that has been incident so far from the measurement of the transmittance, and based on the prediction result, The exposure is controlled so that each wafer is exposed with an appropriate exposure. Therefore, despite the fact that exposure is performed alternately under two significantly different exposure conditions, it is possible to maintain high exposure amount control accuracy with simple control.
[0070]
When performing exposure on the first wafer of one lot, dummy irradiation is first performed on each of the reticles R1 and R2 to determine the transmittance change rate TVa (or TVb). Therefore, high exposure dose control accuracy can be obtained from the first wafer.
Next, another example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, for example, when two reticles to be double-exposed are commonly used for a large number of wafers, the change rate of the transmittance of the optical system is calculated and stored in advance. In this embodiment, the projection exposure apparatus shown in FIGS. 1 to 3 is used.
[0071]
7 and 8 are flowcharts showing the operation of the present example. First, an exposure preparation process is started in step 201 of FIG. 7, and in step 202, the reticle R1 is loaded on the reticle stage 20A. In the next step 203, the transmittance of the optical system is measured. In the next step 204, dummy irradiation (total incident energy Δe) is performed in the same manner as in step 126, and in the next step 205, the transmittance of the optical system is again measured. Is measured, and in the next step 206, the transmittance change rate TVa is calculated by the predicted transmittance calculator 44 in the same manner as in step 128. The calculated change rate TVa is stored corresponding to the total incident energy Δe. In this example, the total incident energy Δe for one time is set equal to the total incident energy when actually exposing one wafer using the reticles R1 and R2.
[0072]
In the next step 207, it is determined whether or not the above operation has been repeated k times (k is a preset integer of 2 or more). If not, the operation returns to step 204, and the dummy irradiation, transmittance Measurement and calculation of the transmittance change rate TVa are performed. The calculated change rate TVa is stored corresponding to the total incident energy 2 · Δe,..., K · Δe. Thereafter, the operation shifts from step 207 to step 208, and waits until the transmittance of the optical system returns to the original state.
[0073]
After that, in steps 209 to 214, the rate of change TVb of the transmittance of the optical system corresponds to the total incident energy Δe,..., K · Δe with the reticle R2 loaded on the reticle stage 20A as in steps 202 to 207. Calculated and stored.
The vertical axis of FIG. 9A shows a change in the actual transmittance T (the transmittance calculated by the direct transmittance calculator 42) of the optical system, and the horizontal axis of 9A shows the total incident energy e. It is. In FIG. 9A, a solid curve 51 shows an example of a change in transmittance when the reticle R1 is used, and a dotted curve 52 shows an example of a change in transmittance when the reticle R2 is used. . The transmittance change rates TVa and TVb corresponding to the reticles R1 and R2 are respectively a series of measured values T 0 , T1b, T1c,... And T 0 , T2b, T2c,... Are obtained by dividing the difference of the total incident energy Δe.
[0074]
With the exposure preparation step completed in this way, the exposure step by the double exposure method in step 221 in FIG. 8 is started. Then, after loading the first wafer on the wafer stage 24 in FIG. 1 (step 222) and loading the reticle R1 on the reticle stage 20A (step 223), the transmittance of the optical system in the state of FIG. Is measured (step 224). In the next step 225, the predicted transmittance calculator 44 calculates the latest actually measured transmittance Tj of the optical system, the total incident energy e since the start of the exposure process (a value not reset at the time of transmittance measurement). ), The change rate TVa of the transmissivity stored corresponding to the total incident energy k ′ · Δe (k ′ = 1, 2,..., K) closest to the incident light and the transmissivity Tj from when the transmissivity Tj is measured. Using the total incident energy ej integrated by the light amount integration unit 41, the current transmittance T (now) of the above optical system is calculated from the equation (3). The transmittance change rate TVa may be, for example, a value obtained by interpolating two change rates having close incident total energies.
[0075]
In the next step 226, similarly to step 131, the control unit 45 uses the predicted current transmittance T (now) to output the output P of the ArF excimer laser light source 1 so that an appropriate exposure amount can be obtained on the wafer. (The value including the dimming rate of the variable dimmer 6) is controlled, and in the next step 227, the pattern image of the reticle R1 is transferred to one shot area on the wafer. Then, after Steps 225 to 227 are repeated for all shot areas on the wafer, the operation proceeds from Step 228 to Step 229, and reticle R1 on reticle stage 20A is replaced with reticle R2. In subsequent steps 230 to 234, the transmittance measurement and the incident total energy k ′ · Δe (k ′ = 1, 2,..., K) closest to the incident total energy e are performed in the same manner as steps 224 to 228. The current transmittance T (now) is calculated from the equation (10) using the transmittance change rate TVb stored in advance and stored, the exposure amount control according to the transmittance T (now), and each shot area The pattern image of the reticle R2 is transferred to the reticle R2. The wafer after the double exposure is carried out of the wafer stage 24.
[0076]
In the next step 235, it is determined whether or not exposure of all wafers in one lot has been completed. If not, the operation returns to step 202 and the next wafer is loaded on wafer stage 24. . For the second and subsequent wafers, similarly to the first wafer, the current transmittance T (now) is calculated using the transmittance change rates TVa and TVb stored for each of the reticles R1 and R2. Thus, the pattern image of the reticle is transferred while controlling the exposure amount. Then, when the exposure of all the wafers is completed, the exposure process is completed.
[0077]
The vertical axis of FIG. 9B indicates a change in the current transmittance T (now) calculated by the predicted transmittance calculator 44 of the optical system of the present example, and the vertical axis of FIG. 9C indicates the present example. 9B, the horizontal axis in FIGS. 9B and 9C indicates that the wafer to be exposed is the n-th wafer (n = 1, 2,...). . The horizontal axes in FIGS. 9B and 9C can be regarded as the total incident energy e (the value not reset at the time of measuring the transmittance) for the optical system. In the horizontal axis of FIG. 9B, sections (R1) and (R2) represent sections in which reticles R1 and R2 are exposed, respectively.
[0078]
As shown in FIG. 9B, at the start of the exposure of the pattern of the reticle R1 onto the first wafer, the calculated current transmittance T (now) is a measured value (here, the initial value T). 0 ), And the output P of the ArF excimer laser light source 1 is equal to the reference value P, as shown in FIG. 0 Is set to Thereafter, until the exposure of the pattern of the reticle R1 to all the shot areas of the first wafer is completed, the calculated current transmittance T (now) changes linearly to the value T3b according to the equation (3). I do. The change rate TVa used in the first wafer is the first two transmittances T in FIG. 0 , T1b, the value T3b substantially matches the actual measured value of the transmittance. Then, the output P changes to a value P1b so as to be inversely proportional to the current transmittance T (now).
[0079]
In this state, in step 229 in FIG. 8, reticle R1 on reticle stage 20A in FIG. 1 is replaced with another reticle R2. When exposure of the pattern of the reticle R2 to the first wafer is started, the calculated current transmittance T (now) changes linearly from the value T3b to the value T3c according to the equation (10). However, the output P changes to a value P1c so as to be inversely proportional to the current transmittance T (now).
[0080]
Next, after the second wafer is loaded and the reticle R1 is loaded, when exposure of the pattern of the reticle R1 is started, the calculated current transmittance T (now) of FIG. 9B is calculated. Changes linearly from the measured value T3d to the value T3e, and the output P in FIG. 9C changes in inverse proportion from the value P1d to the value P1e. Thereafter, when the reticle R1 is replaced with the reticle R2 and exposure is started, the calculated current transmittance T (now) changes linearly from the measured value T3f, and the output P is inversely proportional to the value P1f. Change. For the third and subsequent wafers, the current transmittance T (now) of the optical system is calculated using the change rates TVa and TVb calculated and stored in advance in the same manner, and the exposure is performed based on the result. Volume control is performed.
[0081]
As described above, according to this example, the change rate TVa or TVb from which the current transmittance T (now) is calculated when performing exposure using the reticle R1 or R2 is the incident rate shown in FIG. A value measured in a section where the total energy e is almost the same is used. Therefore, when performing exposure by the double exposure method, a step of obtaining a change rate of transmittance by performing dummy irradiation can be omitted, so that high throughput can be obtained.
[0082]
In the above embodiment, the change rates TVa and TVb (first-order approximation) are calculated from the two measured values of the transmittance as the change information of the transmittance of the optical system. , Measurement of change information and subsequent control during exposure are simple. Alternatively, for example, the transmittance may be approximated by a function of second order or higher with respect to the total incident energy from three measured values of the transmittance, and the coefficient of the approximated function may be stored. Further, the change in the transmittance may be approximated by using, for example, an exponential function (exp (x)) other than the quadratic function. In these cases, when the current transmittance T (now) is calculated, a function of the second order or higher or an exponential function is used, so that the calculation accuracy of the current transmittance is improved, and the exposure amount is further reduced. Control accuracy is also improved.
[0083]
In the above embodiment, the present invention is applied to the case where double exposure is performed. However, it goes without saying that the present invention can be applied to the case where multiple exposure is performed by alternately using three or more reticles. No. Further, the present invention can be applied to a case where exposure is alternately performed while switching exposure conditions such as an aperture stop of an illumination system among a plurality of conditions using one reticle.
[0084]
In addition, since the total incident energy is substantially proportional to the number of shot areas exposed on one wafer, the change rate (or function) of the transmittance per shot area is used when calculating the change information of the transmittance. At the time of exposure, the current transmittance T (now) may be calculated using the number of shots exposed and the rate of change thereof. Further, when the total incident energy is substantially proportional to time, the change rate (or function) of the transmittance per unit time is obtained when obtaining the change information of the transmittance. The current transmittance T (now) may be calculated using the exposure time and the rate of change thereof.
[0085]
In the above embodiment, the output P (including the dimming rate of the variable dimmer 6) of the ArF excimer laser light source 1 is controlled in order to control the exposure so as to satisfy the expression (4). However, the scanning speed Vw of the wafer stage and the width L of the exposure region in the scanning direction may be controlled together with or instead of the above.
The present invention can be applied not only to a scanning exposure type exposure apparatus but also to a batch exposure type exposure apparatus (eg, a stepper). As described above, when the present invention is applied to the one-shot exposure type exposure apparatus, for example, in the exposure amount control step of step 131 in FIG. 4, appropriate exposure is performed on the wafer in accordance with the current transmittance T (now) of the optical system. The exposure time may be calculated so as to obtain the amount, and the exposure may be performed using the calculated exposure time.
[0086]
In the above embodiment, the present invention is applied to a projection exposure apparatus having a projection optical system PL. However, the present invention is directed to a proximity type or contact type exposure apparatus which does not use the projection optical system PL. Can also be applied. In this case, the optical system for which the transmittance is measured and calculated is the optical system from the beam splitter 8 to the main condenser lens system 19 in FIG.
[0087]
Further, the present invention can also be applied to a charged particle beam exposure apparatus using a charged particle beam such as an electron beam as an exposure beam. In this case, the optical system whose transmittance is to be measured and calculated is an electron optical system including an electronic lens and a deflector.
In addition, the illumination optical system and projection optical system composed of multiple lenses are incorporated into the exposure apparatus main body to perform optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage consisting of many mechanical parts are attached to the exposure apparatus main body to perform wiring and piping. The exposure apparatus of the above-described embodiment can be manufactured by connecting and further performing overall adjustment (electrical adjustment, operation confirmation, and the like). It is desirable that the manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.
[0088]
Further, when manufacturing a semiconductor device on a wafer using the projection exposure apparatus of the above embodiment, this semiconductor device is a step of designing the function and performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, A step of producing a wafer from a silicon material, a step of performing alignment by the projection exposure apparatus of the above-described embodiment to expose a reticle pattern to the wafer, a device assembling step (including a dicing step, a bonding step, and a package step); It is manufactured through an inspection step and the like.
[0089]
The application of the exposure apparatus is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element. For example, an exposure apparatus for a display apparatus such as a liquid crystal display element or a plasma display formed on a square glass plate, and an imaging apparatus. The present invention can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an element (eg, a CCD), a micromachine, a thin-film magnetic head, and a DNA chip. Further, the present invention can be applied to an exposure step (exposure apparatus) when a reticle (photomask or the like) on which a reticle pattern of various devices is formed by using a photolithography step.
[0090]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0091]
【The invention's effect】
According to the present invention, when performing exposure while switching a plurality of different exposure conditions, even if the manner in which the transmittance of the optical system changes greatly depending on the exposure conditions, it is determined for each exposure condition so far. Since the exposure amount is controlled using the change information of the transmittance of the optical system, the control accuracy of the exposure amount can be kept high even if the transmittance of the optical system varies.
[0092]
Further, according to the present invention, for example, when double exposure is performed while alternately switching two exposure conditions, the transmittance change information calculated last under the same exposure condition and the latest transmittance measurement Since the current transmittance of the optical system can be predicted with high accuracy by using the value and the value, by controlling the exposure based on the predicted transmittance, the control accuracy of the exposure can be maintained high. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an aperture stop system 12 in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram including a partial functional block diagram showing a state in which a dose monitor 32 is moved to an exposure area of a projection optical system PL in order to measure the transmittance of the optical system in the embodiment of the present invention. It is.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an exposure operation using a reticle R1 according to an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an exposure operation using a reticle R2 according to an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing changes in the transmittance T of the optical system, the calculated current transmittance T (now), and the output P of the exposure light corresponding to the exposure operations in FIGS. 4 and 5;
FIG. 7 is a flowchart showing an exposure preparation step in another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing an exposure operation in another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing changes in the transmittance T of the optical system, the calculated current transmittance T (now), and the output P of exposure light corresponding to the exposure operations in FIGS. 7 and 8;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 ArF excimer laser light source, 11 fly-eye lens, 8 beam splitter, 9 integrator sensor, 16 reticle blind mechanism, R1, R2 reticle, PL projection optical system, W wafer, 20A reticle stage, Reference numeral 24: wafer stage, 27: main control system, 30: exposure controller, 32: irradiation amount monitor, 41: incident light amount integration unit, 42: direct transmittance calculation unit, 43: transmittance history storage unit, 44: predicted transmittance Calculation unit, 45 ... Control unit

Claims (14)

光学系を用いて、露光ビームでマスクのパターンを基板に投影する露光方法において、
互いに異なる第1及び第2の露光条件毎に前記光学系の透過率の変化情報を算出し、
前記第1の露光条件から前記第2の露光条件に切り替えて前記基板を露光するとき、前記第1の露光条件での前記基板に対する露光履歴と、前記算出された前記第2の露光条件に関する前記光学系の透過率の変化情報とに基づいて、前記基板に対する露光量を予測制御することを特徴とする露光方法。
In an exposure method using an optical system, a pattern of a mask is projected onto a substrate with an exposure beam,
Calculating transmittance change information of the optical system for each of the first and second exposure conditions different from each other;
When exposing the substrate by switching from the first exposure condition to the second exposure condition, the exposure history for the substrate under the first exposure condition and the calculated second exposure condition with respect to the second exposure condition An exposure method, comprising: predicting and controlling an exposure amount for the substrate based on information on a change in transmittance of an optical system.
前記第1の露光条件で前記基板を露光する前に、前記光学系の透過率の変化情報を算出し、
前記第1の露光条件で前記基板を露光する間、前記算出された前記光学系の透過率の変化情報に基づいて、前記基板に対する露光量を予測制御することを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
Before exposing the substrate under the first exposure condition, calculating change information of the transmittance of the optical system,
2. The method according to claim 1, wherein, while exposing the substrate under the first exposure condition, an exposure amount of the substrate is predicted and controlled based on the calculated change information of the transmittance of the optical system. Exposure method.
前記第2の露光条件における前記光学系の透過率の変化情報は、前記第1の露光条件での前記基板の露光が終了した後に算出されることを特徴とする請求項2に記載の露光方法。3. The exposure method according to claim 2, wherein the change information of the transmittance of the optical system under the second exposure condition is calculated after the exposure of the substrate under the first exposure condition is completed. . 前記基板に対する露光履歴は、前記第1の露光条件で前記基板を露光する露光時間、又は前記基板に対して前記第1の露光条件が設定されている間の時間であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。The exposure history for the substrate is an exposure time for exposing the substrate under the first exposure condition, or a time while the first exposure condition is set for the substrate. Item 1. The exposure method according to Item 1. 前記第1の露光条件で前記基板の露光を行った後に算出される前記光学系の透過率の変化情報に基づいて、前記第2の露光条件で前記基板の露光を開始する際の前記露光量を予測することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の露光方法。The exposure amount when starting exposure of the substrate under the second exposure condition, based on change information of transmittance of the optical system calculated after performing exposure of the substrate under the first exposure condition. The exposure method according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記マスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系とを備え、
前記光学系は、前記照明光学系の少なくとも一部と、前記投影光学系とを含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の露光方法。
An illumination optical system that illuminates the mask, and a projection optical system that projects the pattern of the mask onto the substrate,
The exposure method according to any one of claims 1 to 5, wherein the optical system includes at least a part of the illumination optical system and the projection optical system.
前記第1及び第2の露光条件で前記光学系を介して前記基板を露光する際に、それぞれ露光開始時及び露光終了時の前記光学系の透過率情報を計測して、前記光学系の透過率の入射エネルギーに関する変化率を算出し、
前記算出された前記透過率の入射エネルギーに関する変化率を前記光学系の透過率の変化情報として用いることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の露光方法。
When exposing the substrate via the optical system under the first and second exposure conditions, transmittance information of the optical system at the start and end of exposure is measured, and the transmittance of the optical system is measured. Calculate the rate of change of the rate with respect to the incident energy,
The exposure method according to any one of claims 1 to 6, wherein the calculated change rate of the transmittance with respect to incident energy is used as change information of the transmittance of the optical system.
前記第1及び第2の露光条件は、互いに異なるマスクパターンを用いて露光を行う条件であることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の露光方法。The exposure method according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and second exposure conditions are conditions for performing exposure using different mask patterns. 光学系を用いて、露光ビームでマスクのパターンを基板に投影する露光装置において、
露光条件を互いに異なる第1及び第2の露光条件に切り替える露光条件切り替え系と、
前記第1及び第2の露光条件毎に前記光学系の透過率の変化情報を算出する算出系と、
前記第1の露光条件から前記第2の露光条件に切り替えて前記基板を露光するとき、前記第1の露光条件での前記基板に対する露光履歴と、前記算出された前記第2の露光条件に関する前記光学系の透過率の変化情報とに基づいて、前記基板に対する露光量を予測制御する制御系と
を有することを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that projects a mask pattern on a substrate with an exposure beam using an optical system,
An exposure condition switching system for switching exposure conditions to different first and second exposure conditions,
A calculation system for calculating change information of the transmittance of the optical system for each of the first and second exposure conditions;
When exposing the substrate by switching from the first exposure condition to the second exposure condition, the exposure history for the substrate under the first exposure condition and the calculated second exposure condition with respect to the second exposure condition An exposure apparatus comprising: a control system that predictively controls an exposure amount of the substrate based on information on a change in transmittance of an optical system.
前記算出系系は、前記第1の露光条件で前記基板を露光する前に、前記光学系の透過率の変化情報を算出し、
前記制御系は、前記第1の露光条件で前記基板を露光する間、前記算出された前記光学系の透過率の変化情報に基づいて、前記基板に対する露光量を予測制御することを特徴とする請求項9に記載の露光装置。
The calculating system calculates change information of the transmittance of the optical system before exposing the substrate under the first exposure condition,
The control system predicts and controls an exposure amount of the substrate based on the calculated change information of the transmittance of the optical system while exposing the substrate under the first exposure condition. An exposure apparatus according to claim 9.
前記基板に対する露光履歴は、前記第1の露光条件で前記基板を露光する露光時間、又は前記基板に対して前記第1の露光条件が設定されている間の時間であることを特徴とする請求項9に記載の露光装置。The exposure history for the substrate is an exposure time for exposing the substrate under the first exposure condition, or a time while the first exposure condition is set for the substrate. Item 10. An exposure apparatus according to Item 9. 前記制御系は、
前記第1の露光条件で前記基板の露光を行った後に算出される前記光学系の透過率の変化情報に基づいて、前記第2の露光条件で前記基板の露光を開始する際の前記露光量を予測することを特徴とする請求項9〜11の何れか一項に記載の露光装置。
The control system includes:
The exposure amount when starting exposure of the substrate under the second exposure condition based on change information of transmittance of the optical system calculated after performing exposure of the substrate under the first exposure condition. The exposure apparatus according to any one of claims 9 to 11, which predicts the following.
前記マスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系とを備え、
前記光学系は、前記照明光学系の少なくとも一部と、前記投影光学系とを含むことを特徴とする請求項9〜12の何れか一項に記載の露光装置。
An illumination optical system that illuminates the mask, and a projection optical system that projects the pattern of the mask onto the substrate,
The exposure apparatus according to claim 9, wherein the optical system includes at least a part of the illumination optical system and the projection optical system.
請求項1〜8の何れか一項に記載の露光方法を用いてデバイスパターンをワークピース上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method, comprising a step of transferring a device pattern onto a workpiece using the exposure method according to claim 1.
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JP2018200390A (en) * 2017-05-26 2018-12-20 キヤノン株式会社 Determination method, exposure method, information processor, program, and method for manufacturing article

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