DE69531644T3

DE69531644T3 - Projektionsbelichtungsgerät und Herstellungsverfahren für eine Mikrovorrichtung

Info

Publication number: DE69531644T3
Application number: DE69531644T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Shimomaruko Unno
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-04-22
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 2010-05-06
Anticipated expiration: 2015-04-13
Also published as: JPH088178A; US5805273A; EP0678768A3; KR950030216A; JP3368091B2; DE69531644D1; EP0678768B1; DE69531644T2; EP0678768A2; EP0678768B2; KR100187348B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Herstellungsverfahren für eine Mikrovorrichtung, die beispielsweise in einer lithografischen Behandlung im Arbeitsablauf zur Herstellung von Vorrichtungen geeignet verwendet werden kann, wie etwa einer Halbleitervorrichtung (beispielsweise IC oder LSI), Bildaufnahmevorrichtungen (z. B. CCDs), Anzeigevorrichtungen (z. B. Flüssigkristallbildschirme) oder Magnetköpfen.
Mit der ansteigenden Packungsdichte bei Halbleitervorrichtung, wie etwa IC oder LSI, wurden Feinverarbeitungstechniken für einen Halbleiter-Wafer in beträchtlichem Maße erweitert. Unter diesen Feinverarbeitungstechniken gibt es viele vorgeschlagene Typen von Verkleinerungs-Projektionsbelichtungsgeräten (Stepper), bei welchen ein Abbild eines Schaltungsmusters einer Maske (Strichplatte bzw. Retikel) auf einem fotosensitiven Substrat mit einem Projektionsbelichtungsgerät ausgebildet wird, während das Substrat in dem Step-And-Repeat-Verfahren belichtet wird.
Bei diesem Stepper wird der Arbeitsschritt des Übertragens der Maske durch Projektion eines Schaltungsmusters von einer Maske bei einer bestimmten Position auf einer Waferoberfläche durch ein optisches Projektionssystem durchgeführt, welches eine bestimmte Verkleinerungsgröße hat. Nachdem eine Musterprojektions- und Übertragungsoperation abgeschlossen ist, wird ein Objekttisch, auf welchem der Wafer angeordnet ist, um einen bestimmten Betrag bewegt, und dann wird die Operation der Musterübertragung wiederholt, um das Muster an einer anderen Position auf dem Wafer zu drucken. Diese Operation wird wiederholt, und Belichtungen der gesamten Waferoberfläche werden durchgeführt.
Wenn eine Übertragung eines Musters einer feinen Schaltung unter Verwendung eines Steppers durchgeführt wird, der ein optisches Projektionssystem aufweist, dann absorbieren eine Linse oder Linsen, die das optische Projektionssystem begründen, einen Anteil von ultraviolettem Licht, das für den Belichtungsprozess benutzt wird. Von daher kann bzw. können sich die Linse bzw. Linsen thermisch ausdehnen, wodurch eine Änderung in ihrer Oberflächenformgebung bewirkt wird, oder es kann die Temperaturverteilung innerhalb der Linse ungleichmäßig werden, wodurch innerhalb der Linse eine uneinheitliche Verteilung des Brechkraftindizes verursacht wird. Dieses führt zu einem Ändern der Abbildungscharakteristik des optischen Projektionssystems.
Im einzelnen kann die Wärmeabsorbtion einer Linse gravierende Probleme verursachen, wie etwa:

(a) eine Änderung der Brennpunktposition des optischen Projektionssystems; und
(b) eine Änderung der Bildverstärkung des optischen Projektionssystems.

Hinsichtlich Punkt (a) kann dieses durch Versetzen des Objekttisches entlang der Richtung der optischen Achse mit dem Ändern der Brennpunktposition ausgeglichen werden. Hinsichtlich Punkt (b) kann dieses durch Bewegen von einer oder von mehreren der optischen Elemente des optischen Projektionssystems ausgeglichen werden, um die Änderung der Bildverstärkung zu kompensieren.
In der japanischen Patentveröffentlichung No. JP-A-534 7239 , die bei japanischen Patentamt im Namen der Bevollmächtigten der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, wird ein Verfahren vorgeschlagen, in welchem ein Umfangsbereich-Abschnitt einer Linse erwärmt wird, um zu verhindern, dass die Temperatur in diesem Abschnitt des Umfangsbereiches im Vergleich zu der Temperatur in einem mittigen Bereich der Linse, durch welchen Licht hindurch läuft, abnimmt, um damit eine gleichförmige Temperaturverteilung innerhalb der Linse zu erreichen, wodurch eine Änderung der optischen Eigenschaften des optischen Projektionssystems minimalisiert werden kann.
Um andererseits die Ausweitung des Chipbereiches von LSI zu erfüllen, wurden viele Vorschläge hinsichtlich eines Projektionsbelichtungsgerätes von dem Typ gemacht, der ein „Belichtungsgerät vom Step-And-Scan-Typ” genannt wird, bei welchem der Belichtungsbereich (Bildfeldgröße) im Vergleich zu dem Belichtungsbereich von gewöhnlichen Steppern ausgeweitet werden kann.
In solchen Projektionsbelichtungsgeräten vom Step-And-Scan-Typ wird ein schlitzähnlicher Belichtungsbereich definiert, und die Belichtung von einem Schuss (Schuss-Bereich) wird durch eine abtastende bzw. abscannende Bewegung eines Retikels bzw. einer Zielmarke und eines Wafers relativ zu einem optischen Projektionssystem durchgeführt. Nachdem die abtastende Belichtung von einem Schuss abgeschlossen ist, wird ein Objekttisch, auf welchem der Wafer angeordnet ist, um einen bestimmten Betrag bewegt, und dann wird die abtastende Belichtung für den nachfolgenden Schuss des Wafers durchgeführt. Diese Operation wird wiederholt, und die Belichtung der gesamten Waferoberfläche wird durchgeführt.
36 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Hauptabschnittes eines bekannten Projektionsbelichtungsgerätes vom Step-And-Repeat-Typ. In der Zeichnung ist mit 101 ein Retikel bezeichnet, auf welchem ein Schaltungsmuster ausgebildet ist. Mit 102 ist eine Projektionslinse bezeichnet, und mit 103 ist ein bewegbarer Objekttisch bezeichnet, auf welchem ein Wafer W angeordnet ist. Mit 106 wird ein Blendenelement bezeichnet, dass eine Schlitzöffnung 105 aufweist und nahe an dem Retikel 101 angeordnet ist. Mit 104 wird Belichtungslicht bezeichnet.
Zur Projektion und Übertragung des Schaltungsmusters des mit Belichtungslicht 104 beleuchteten Retikels 101 auf den Wafer W, der auf dem Objekttisch 103 angeordnet ist, unter Verwendung der Projektionslinse 102, dient das Blendenelement 106 mit der Schlitzöffnung 105 dazu, schlitzähnliches Belichtungslicht zu definieren, mit welchem das Retikel 101 beleuchtet wird. Von daher wird nur der Objekttisch des Schaltungsmusters des Retikels 101, auf welchem das schlitzähnliche Belichtungslicht einfällt, projiziert und auf die Oberfläche des Wafers W übertragen.
Dann wird, wie in 36 gezeigt, das Retikel 101 mit einer bestimmten Geschwindigkeit abtastend in die durch einen Pfeil 107 angezeigte Richtung bewegt, und simultan hierzu wird der Objekttisch 103 abtastend in die durch einen Pfeil 108 angezeigte Richtung bewegt mit einer Geschwindigkeit, die dem Produkt der Abtastgeschwindigkeit des Retikels 101 und der Bildverstärkung der Projektionslinse 102 entspricht. Damit wird das gesamte Schaltungsmuster des Retikels 101 projiziert und auf den Wafer W übertragen.
In dem in 36 gezeigten Belichtungsgerät streckt sich die optische Achse 101 der Projektionslinse 102 entlang der Z-Achsenrichtung, die Längsrichtung der Schlitzöffnung 105 liegt in der Y-Achsenrichtung, und die Abtastrichtung des Retikels 101 und des Objekttisches 103 liegen in der X-Achsenrichtung, wenn die Koordinaten, wie bei 109 angezeigt, festgesetzt sind. Nachdem das gesamte Schaltungsmuster des Retikels 101 auf einen Schuss des Wafers übertragen worden ist, wird der Objekttisch 103 um einen bestimmten Betrag bewegt (d. h., er wird schrittweise bewegt), und die Operation der Musterübertragung wird wiederholt, um derart das Schaltungsmuster des Retikels 101 auf einen anderen Schuss des Wafers W in der obig beschriebenen Weise zu drucken.
Unter Bezugnahme auf die 37a und 37b wird der Grund beschrieben, warum der Belichtungsbereich durch das Step-And-Scan-Verfahren im Vergleich zu dem Belichtungsbereich des Stepper-Verfahrens (ohne Abtasten) ausgeweitet werden kann. Der Belichtungsbereich ist innerhalb eines Objekttisches beschränkt, in welchem Aberrationen der Projektionslinse in zufriedenstellender Weise korrigiert werden. Es sei nun angenommen, dass der Kreis 121 (Radius: r) von 37a solch einen Bereich darstellt, in welchem die Aberrationen der Projektionslinse in zufriedenstellender Weise korrigiert werden, und dass das Kreismuster derart ausgebildet wird, um in einem Quadrat angepasst zu sein. Dann hat der Belichtungsbereich ein größtes Quadrat, das in den Kreis 120 eingetragen ist, d. h., ein Quadrat, dass eine Länge 2√2 × r an jeder Seite aufweist, wie durch ein Seitenabschnitt 122 in 37a angezeigt. Der Bereich 2r² von diesem Quadrat entspricht dem Belichtungsbereich bei einem gewöhnlichen Stepper. Hier sind die X- und Y-Achsen der Koordinaten 123 so angeordnet, dass sie, wie angezeigt, den Richtung von zwei orthogonalen Seiten des Quadrates 122 entsprechen.
Wie in 37b gezeigt wird andererseits die Länge der Hauptseite (entlang der Y-Achse) des Rechteckes 124 nahe 2r, wenn die Formgebung des in dem Kreis 121 des aberrationskorrigierten Bereiches eingeschriebenen Quadrates in eine rechtwinklige Formgebung deformiert wird. Wenn das Schaltungsmuster mit diesem Rechteck 124 entlang der X-Achsenrichtung abgetastet wird, so dass das gesamte Schaltungsmuster übertragen wird, wird bei diesem Anlass hier der Beleuchtungsbereich durch einen Bereich 2rs (s ist die Länge, die abgetastet werden kann) ermittelt, der größer als der Bereich 2r² ist. Von daher kann bei dem Step-And-Scan-Verfahren der Belichtungsbereich auf diese Weise ausgeweitet werden.
Da bei dem Step-And-Scan-Verfahren der Prozess der Projektionsbelichtung unter Verwendung von schlitzähnlichem Belichtungslicht, wie obig beschrieben, durchgeführt wird, ist das Licht, welches durch die Projektionslinse 102 hindurchläuft, nicht rotationssymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse 110. In einem typischen Beispiel wird eine Temperaturverteilung erzeugt, die sich in die Y-Achsenrichtung, wie in 38 dargestellt, erstreckt. 38 zeigt innerhalb der X-Y-Ebene eine der optischen Komponenten, welche die Projektionslinse 102 begründen. Der schraffierte Abschnitt zeigt schematisch den Bereich an, durch welches das Licht tatsächlich hindurchläuft.
Wie zuvor beschrieben kann von daher eine thermische Änderung eine unerwünschte Änderung der optischen Eigenschaft hervorrufen, wenn die Projektionslinse einen Teil des Belichtungslichtes absorbiert. Wenn eine Wärmeabsorbtion (Temperaturverteilung) hinsichtlich der optischen Achse der Projektionslinse rotationsasymmetrisch ist, wird im einzelnen die Wellenfront-Aberration der Linse rotationsasymmetrisch, und die optische Eigenschaft, wie etwa die Brennpunktposition und/oder die Bildverstärknung, wird rotationsasymmetrisch. Von daher kann beispielsweise eine rotationssymmetrische Aberration, wie etwa Asigmatismus, auftreten, und die Auflösung der Projektionslinse wird herabgesetzt.
Demgemäß liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Projektionsbelichtungsgerät anzugeben, durch welches eine Verringerung der Auflösung vermieden oder herabgesetzt wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Herstellungsverfahren für ein Gerät anzugeben, durch welches die Herabsetzung der Auflösung vermieden oder reduziert wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Projektionsbelichtungsgerät wie in den eingefügten Patentansprüchen definiert bereitgestellt, welches folgendes aufweist:
eine Belichtungseinrichtung zum Belichten eines ersten Objekts mit Belichtungslicht, das eine schlitzähnliche Querschnittsform aufweist;
ein optisches Projektionssystem, welches eine Anzahl von optischen Komponenten aufweist, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, um ein Muster des ersten Objekts auf ein zweites Objekt zu projizieren;
eine Abtast- bzw. Abscanneinrichtung zum relativen Abtasten des ersten und des zweiten Objektes in einer Abtastrichtung relativ zum Belichtungslicht und relativ zu dem optischen Projektionssystem;
wobei das Belichtungslicht auf wenigstens eine der optischen Komponenten des optischen Projektionssystems in einen Bereich einfällt, der bezüglich der optischen Achse nicht achsensymmetrisch ist;
wobei das Abtast-Projektionsbelichtungsgerät ferner Einstelleinrichtungen zum Einstellen eines optischen Elements des optischen Projektionssystems aufweist, um im Wesentlichen eine während der Abtastbelichtung hervorgerufene Differenz zwischen einer optischen Eigenschaft des optischen Elements in einer Schnittebene bzw. Rissebene, die die Abtastrichtung einschließt, und einer optische Eigenschaft des optischen Elements in einer Schnittebene bzw. Rissebene, die eine Richtung senkrecht zu der Abtastkorrektur einschließt, zu reduzieren.
Die Korrektureinrichtung kann dazu dienen, die Rotationsasymmetrie von optischen Eigenschaften des optischen Projektionssystems zu beheben oder zu reduzieren, um die Verschlechterung der Auflösung zu vermeiden oder herabzusetzen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren einer Vorrichtung bereitgestellt, welches einen Verfahrensschritt des Druckens eines Vorrichtungsmusters auf ein Substrat unter Verwendung des wie obig beschriebenen Projektionsbelichtungsgerätes aufweist.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verständlicher, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes eines Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Temperatursteuereinrichtung der Ausführungsform von 1.
3 zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung in einer Linse der Ausführungsform von 1.
4 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 1.
5 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 1.
6 zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung in einer Linse der Ausführungsform von 1.
7 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 1.
8 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 1.
9 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Temperatursteuereinrichtung der Ausführungsform von 1.
10a–c zeigen Beispiele der Wellenfront-Aberrationen der Ausführungsform von 1.
11 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern einer modifizierten Form dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes des Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine schematische Ansicht eines Abschnittes der Ausführungsform von 12.
14 ist eine schematische Ansicht einer modifizierten Form eines Abschnittes der Ausführungsform von 12.
15 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Modells der Finite-Elemente-Methode.
16 zeigt ein Beispiel einer Temperaturverteilung in einer Linse der Ausführungsform von 12.
17 ist eine schematische Ansicht einer Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 12.
18 ist eine schematische Ansicht einer Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 12.
19 zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung in einer Linse der Ausführungsform von 12.
20 ist eine schematische Ansicht einer Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 12.
21 ist eine schematische Ansicht einer Schnittformgebung einer Linse der Ausführungsform von 12.
22 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes des Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine schematische Ansicht eines Abschnittes der Ausführungsform von 22.
24 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern eines Lichtübertragungsabschnittes einer Linse.
25 zeigt die Temperaturverteilung in einer Linse, die nicht korrigiert wurde.
26 zeigt die Temperaturverteilung in einer Linse, die korrigiert wurde.
27 ist eine schematische Ansicht eines Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
28 ist eine schematische Ansicht eines Blendenelementes in einem Belichtungssystem.
29 ist eine schematische Ansicht eines Blendenelementes in einem Belichtungssystem.
30 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Lichtübertragungsabschnitte einer Linse.
31 zeigt die Temperaturverteilung in einer Linse, die nicht korrigiert wurde.
32 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern von Lichtübertragungsabschnitten einer Linse.
33 zeigt die Temperaturverteilung in einer Linse, die nicht korrigiert wurde.
34 ist ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens von Vorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
35 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern von Details eines Abschnittes des Ablaufdiagramms von 34.
36 ist eine schematische Ansicht eines Belichtungsgerätes vom Step-And-Scan-Typ der bekannten Art.
37a–b sind schematische Ansichten zum Erläutern von Beleuchtungsbereichen, die durch einen Stepper und durch ein Step-And-Scan-Belichtungsgerät definiert werden.
38 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern von einem Lichtübertragungsbereich einer Linse eines optischen Projektionssystems eines Belichtungsgerätes vom Step-And-Scan-Typ.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher die Erfindung bei einem Projektionsbelichtungsgerät vom Step-And-Scan-Typ angewandt wird.
Zur Dienlichkeit der Beschreibung hinsichtlich der vorliegenden Ausführungsform und einigen Ausführungsformen, die nachfolgend beschrieben werden, sei angenommen, dass die Koordinaten wie bei 1 in den Zeichnungen angezeigt verlaufen, wobei die X- und Z-Achse in der Blattebene der Zeichnung liegen, während sich die Y-Achse in eine Richtung senkrecht zur Blattebene der Zeichnung erstreckt.
Die Struktur dieser Ausführungsform enthält im wesentlichen zwei Abschnitte, d. h. einen Hauptbestückungsabschnitt des Step-And-Scan Projektionsbelichtungsgerätes und einen Messabschnitt zum Messen der Wellenfront-Aberration, die in dem optischen Projektionssystem des Projektionsbelichtungssystems hervorgerufen wird.
Die Komponenten des Hauptbestückungsabschnittes des Projektionsbelichtungsgerätes werden als erstes beschrieben.
Mit 2 ist eine Belichtungslichtquelle zum Erzeugen ultravioletten Lichtes angezeigt, und mit 3 ist ein Shutter zur Ein/Aus-Steuerung des Lichtes von der Lichtquelle 2 angezeigt. Mit 4 ist eine Polarisationsplatte zum Umsetzen von empfangenem Licht in linearpolarisiertes Licht bezeichnet (z. B. in Licht, dass eine Polarisationsebene aufweist, die in der Blattebene der Zeichnung liegt). Mit 5 wird ein Halbspiegel und mit 6 eine Belichtungslinse bezeichnet. Mit 7 ist ein Blendenelement bezeichnet, welches eine schlitzähnliche Öffnung hat, die sich in die Y-Richtung erstreckt. Mit 8 ist ein Retikel (erstes Objekt) bezeichnet, auf welchem ein Schaltungsmuster ausgebildet ist. Mit 9 wird eine Verkleinerungs-Projektionslinse (optisches Projektionssystem) bezeichnet, und mit 10 wird ein Objekttisch bezeichnet, auf welchem ein Wafer W (zweites Objekt) angeordnet ist.
Das Licht von der Lichtquelle 2 läuft in dieser Reihenfolge durch den Shutter 3 und die Polarisationsplatte 4, und das derart erzeugte linearpolarisierte Licht wird durch den Halbspiegel 5 reflektiert. Es wird dann durch die Belichtungslinse 6 gesammelt und läuft durch das Blendenelement 7 und beleuchtet das Schaltungsmuster auf dem Retikel 8. Das Retikel 8 und der Objekttisch 10 sind beide parallel zu der X-Y-Ebene angeordnet. Durch abtastende bzw. abscannende Bewegung des Retikels 8 in eine durch einen Pfeil 11 angezeigte Richtung und durch simultane abtastende bzw. abscannende Bewegung des Objekttisches 10 in eine durch einen Pfeil 12 angezeigte Richtung bei einem Geschwindigkeitsverhältnis, dass dem Produkt der Abtastgeschwindigkeit des Retikels 8 und der Projektionsverstärkung des optischen Projektionssystems entspricht, wird das gesamte Schaltungsmuster des Retikels 8 projiziert und auf den Wafer W, der auf dem Objekttisch 10 angeordnet ist, übertragen. Dann ist der Wafer W bearbeitet (beispielsweise ein Entwicklungsprozess, der in dem Fachgebiet bekannt ist) und Halbleitervorrichtungen werden hergestellt.
In 1 ist das Blendenelement 7, welches eine schlitzähnliche Öffnung aufweist, unmittelbar vor dem Retikel 8 angeordnet. Jedoch was notwendig ist, ist dass das schlitzähnliche Belichtungslicht, das sich in Y-Richtung erstreckt, auf das Retikel auftrifft, und das Blendenelement 7 kann bei der Position entlang des Belichtungslichtweges angeordnet sein, der optisch mit dem Retikel 8 konjugiert.
Die Projektionslinse 9 dieser Ausführungsform ist mit Temperatursteuerungsvorrichtungen 13 und 14 ausgerüstet, die an Umfangsabschnittsbereichen der Linse angeordnet sind. Diese Temperatursteuerungsvorrichtungen 13 und 14 arbeiten mit einer Steuerungseinrichtung 15 (die später beschrieben werden muss) zusammen, um die Innentemperaturverteilung in einer Linse oder in Linsen der Projektionslinse 9 abzustimmen bzw. einzustellen. Der Objekttisch 10 ist mit einer Fokus-Abstimm- bzw. Einstellvorrichtung 16 versehen, die in Erwiderung auf ein Signal von der Steuerungseinrichtung 15 operativ ist, um den Level oder die Höhe der Waferoberfläche relativ zu einem Ändern der Fokusposition (d. h. Fokusfehler) der Projektionslinse 9 einzustellen.
Die Struktur des Wellenfront-Aberrations-Messabschnittes des Gerätes wird nun beschrieben.
Mit 20 ist eine Lichtquelle bezeichnet, die kohärentes Licht, wie etwa Laserlicht, erzeugt, und mit 21 ist eine Kollimatorlinse zum Umsetzen des Lichtes von der Lichtquelle 20 in paralleles Licht bezeichnet. Mit 22 ist ein Shutter bezeichnet zur Ein/Aus-Steuerung des Lichtes von der Lichtquelle 20. Mit 23 ist ein Halbspiegel bezeichnet, und mit 24 ist ein Flachspiegel bezeichnet, durch welchen Referenzlicht bereitgestellt wird. Mit 25 ist eine Polarisationsplatte zum Transformieren eines empfangenden Lichtes in linearpolarisiertes Licht bezeichnet (Licht, das eine Polarisationsebene aufweist, die senkrecht zu der Blattebene steht). Mit 26 ist eine Abbildungslinse bezeichnet, die dazu dient, Interferenzringe bzw. Interferenzstreifen bei einer CCD-Kamera 27 zu erzeugen. Mit 28 ist eine Berechnungseinrichtung bezeichnet, die dazu dient, die Wellenfront-Aberration der Projektionslinse 9 unter Verwendung eines Signals von der CCD-Kamera 27 auf eine Art und Weise, die später beschrieben wird, zu berechnen.
In dieser Ausführungsform wird das von der Lichtquelle 20 imitierte Licht mittels der Kollimatorlinse 21 in paralleles Licht transformiert, welches wiederum durch den Shutter 22 läuft und auf den Halbspiegel 23 in die durch einen Pfeil 30 angezeigte Richtung projiziert wird. Etwa eine Hälfte von diesem Licht wird durch den Halbspiegel 23 reflektiert und in die durch einen Pfeil 31 angezeigte Richtung zurück gestreut. Es wird dann durch den Flachspiegel 24 in die durch einen Pfeil 32 angezeigte Richtung reflektiert und wiederum auf den Halbspiegel 23 projiziert. Von dem derart projizierten Licht wird das Licht, welches durch den Halbspiegel 23, wie mittels eines Pfeiles 33 angezeigt, hindurchläuft, von der Abbildungslinse 26 gesammelt und auf die CCD-Kamera 27 projiziert. D. h. das Licht, welches entlang der beschriebenen Lichtwege gerichtet worden ist, stellt Referenzlicht zur Messung der Wellenfront-Aberration der Projektionslinse 9 basierend auf dem Interferenzverfahren bereit.
Andererseits läuft die verbleibende Hälfte des Lichtes, das auf den Halbspiegel 23 auftrifft, von dem Shutter 22 durch diesen Halbspiegel 23 hindurch und wird in eine Richtung gerichtet, die durch einen Pfeil 34 angezeigt wird. Es wird dann durch die Polarisationsplatte 25 in linearpolarisiertes Licht transformiert, welches wiederum durch den Halbspiegel 5, durch die Belichtungslinse 6 und durch das Blendenelement 7 zu der Projektionslinse 9 läuft. Das Licht läuft durch die Projektionslinse 9 und wird dann durch die Oberfläche Wa des Wafers W reflektiert, der bei dem Objekttisch 10 angeordnet ist. Das reflektierte Licht läuft wieder durch die Projektionslinse 9 und kommt danach entlang seines eintreffenden Lichtweg, wie durch einen Pfeil 35 angezeigt, zurück. Das Licht wird dann durch den Halbspiegel 23 reflektiert, und von daher, wie durch einen Pfeil 36 angezeigt, zurückgestreut. Es wird dann durch die Abbildungslinse 26 gesammelt und auf die CCD-Kamera 27 projiziert. Das Licht, welches in Richtung des beschriebenen Lichtweges gerichtet wurde, enthält die Information hinsichtlich der Wellenfront-Aberration der Projektionslinse 9. Dieses Licht interferiert mit dem Referenzlicht bei der CCD-Kamera 27-Oberfläche, welches, wie durch den Pfeil 33 angezeigt, ausgerichtet ist. Durch Betrachten der erzeugten Interferenzringe bzw. Interferenzstreifen mit der CCD-Kamera 27 wird die Größe der in der Projektionslinse 9 erzeugten Wellenfront-Aberration erfasst.
Das bedeutet, in dieser Ausführungsform wird die Projektionslinse 9 in dem Gerät als ein Abschnitt eines Interferometers vom Twyman-Green-Typ zum Messen der Wellenfronaberration der Projektionslinse 9 verwendet. Die Interferenzringe bzw. Interferenzstreifen werden durch die CCD-Kamera 27 in bildweise Daten transformiert, und die Asymmetrie der Wellenfront-Aberration sowie der Betrag hiervon werden beispielsweise durch die Berechnungseinrichtung 28 berechnet. Die derart hinsichtlich der Wellenfronaberration berechneten Daten werden der Steuereinrichtung 15 zugeführt. In Erwiderung hierauf operiert die Steuereinrichtung 15, um die Korrektureinrichtung (d. h. die Temperatur-Abstimm- bzw. Einstellvorrichtungen 13 und 14 und/oder die Fokus-Abstimm- bzw. Einstelleinrichtung 16) zu steuern, um somit die Wellenfront-Aberration zu reduzieren.
Nun wird die Funktion der Polarisationsplatte 4 und der Polarisationsplatte 25, die in dieser Ausführungsform verwendet werden, beschrieben.
Das von der Belichtungslichtquelle 2 emittierte Licht, das, wie zuvor beschrieben, das Retikel 8 beleuchtet, trifft auf den Wafer W, der auf dem Objekttisch 10 angeordnet ist, nachdem es durch die Projektionslinse 9 hindurchgelaufen ist. Durch dieses Licht wird auf die Oberfläche Wa des Wafers W aufgebrachtes Fotolackmaterial sensibilisiert, und ein Teil des Lichtes wird von der Waferoberfläche Wa reflektiert und läuft dann in umgekehrter Richtung durch die Projektionslinse 9 hindurch. Ein Teil von diesem Licht läuft dann durch den Halbspiegel 5 und erzeugt Rausch- bzw. Störlicht, welches auf die Wellenfront-Aberrations-Mess-CCD-Kamera 27 auftreffen kann. Solches ungewolltes Licht verursacht eine Verschlechterung der Messganauigkeit für die Wellenfront-Aberrationsmessung.
In Hinblick hierauf wird in dieser Ausführungsform das Licht, welches für den Belichtungsprozess verwendet wird, mittels der Polarisationsplatte 4 in linearpolarisiertes Licht umgewandelt, welches eine Polarisationsebene hat, die beispielsweise in der Zeichnungsebene liegt. Darüber hinaus ist die Polarisationsplatte 25 vorgesehen, welche dazu dient, nur jenes Licht hindurchzulassen, welches eine Polarisationsebene aufweist, die senkrecht zu der Zeichenebene liegt, relativ zu dem Laserlicht für die Wellenfront-Aberrations-Messung. Mit dieser Anordnung werden diese Komponenten des von der Lichtquelle 2 emittierten und von der Waferoberfläche Wa reflektierten Lichtes durch die Polarisationsplatte 25 abgeblockt, welche Komponenten auf die Wellenfront-Aberrations-Mess-CCD-Kamera 27 gerichtet sind.
Als nächstes werden die Temperatureinstellvorrichtungen 13 und 14, die in dieser Ausführungsform verwendet werden, im Detail beschrieben.
Die Temperatureinstellvorrichtungen 13 und 14 sind derart vorgesehen, um eine asymmetrische Temperaturverteilung innerhalb eines Linsenelementes oder innerhalb von Linsenelementen der Projektionslinse 9 hinsichtlich der optischen Achse hiervon zu verhindern, was andererseits durch Absorption von Belichtungslicht von diesem Linsenelement oder diesen Linsenelementen hervorgerufen sein kann. Als ein erstes Verfahren dafür kann externe Wärme zu solch einem Umfangsbereichsabschnitt des Linsenelementes zugeführt werden, welcher eine geringere Temperatur hat, wodurch die Temperaturverteilung innerhalb der gesamten Linse rotationssymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse gemacht wird. Als ein zweites Verfahren dafür kann solch ein Umfangsbereichsabschnitt des Linsenelementes, dass eine höhere Temperatur aufweist, von der Außenseite gekühlt werden, wodurch die gesamte Temperaturverteilung hinsichtlich der optischen Achse rotationssymmetrisch gemacht wird.
Diese beiden Verfahren werden nachfolgend detailliert beschrieben. Hier wird die Temperatureinstell- bzw. -anpassvorrichtung in dem ersten Verfahren als „Heizeinrichtung” bezeichnet, während die Temperatureinstell- bzw. -anpassvorrichtung in dem zweiten Verfahren als „Kühleinrichtung” bezeichnet wird.
Die folgende Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird hauptsächlich hinsichtlich dem Fall gemacht, wo die Heizeinrichtung als Temperatur-Einstell- bzw. Anpassvorrichtung verwendet wird.
2 zeigt in einem Schnitt entlang der X-Y-Ebene ein Element der optischen Elemente, welche die Projektionslinse 9 der 1 begründen. Die Koordinaten liegen wie bei 1 angezeigt. Mit 41 ist eine Linse angezeigt. Der schraffierte Bereich zeigt den Bereich an, in welchem Licht durch die Linse hindurchläuft.
In dieser Ausführungsform wird, wie zuvor beschrieben, die Belichtung des Musters durch Verwendung von schlitzähnlichem Licht, welches sich in die Y-Achsen-Richtung erstreckt, ausgeführt. Von daher weist das Licht, welches durch die Projektionslinse 9 hindurchläuft eine Symmetrie hinsichtlich der X-Z-Ebene auf (gestrichelte Linie 43 in 2), welche die optische Achse der Projektionslinse 9 einschließt, und eine Symmetrie hinsichtlich der Y-Z-Ebene auf (gestrichelte Linie 44 in 2), welche die optische Achse einschließt. Jedoch weist es keine Rotationssymmetrie hinsichtlich der optischen Achse auf. D. h., es hat als ein typisches Beispiel eine Verteilung, wie sie durch den schraffierten Bereich 42 in 2 gezeigt ist. In diesem Fall kann eine asymmetrische Temperaturverteilung aufgrund der Wärmeabsorption erzeugt werden, die hinsichtlich der X-Achsen- und Y-Achsen-Richtungen asymmetrisch ist. Dieses resultiert in großem Astigmatismus.
Um solche asymmetrische Temperaturverteilung zu vermeiden, ist in dieser Ausführungsform eine Heizeinrichtung (Temperatureinstell- bzw. -anpasseinrichtung) vorgesehen, um solch einen Abschnitt zu erwärmen, in welchem der Temperaturanstieg geringer ist, um derart sicherzustellen, dass die Temperaturverteilung im Inneren der Linse korrigiert wird und dass die Temperaturverteilung symmetrisch hinsichtlich der optischen Achse wird. Im einzelnen können in dieser Ausführungsform Heizvorrichtungen bei Positionen in dem Umfangsbereichsabschnitt der Linse vorgesehen sein, wobei die Positionen symmetrisch hinsichtlich der gestrichelten Linien 43 und 44 sind. Wo zwei Heizvorrichtungen 13 und 14 in dem Umfangsbereichsabschnitt der Linse vorgesehen sind, können sie bei den Positionen angeordnet sein, wo der Temperaturanstieg gering ist und welche, wie oben beschrieben, eine Symmetrie aufweisen, d. h. bei den in 2 gezeigten Positionen.
Hier wird die Temperaturverteilung beschrieben, die als ein Ergebnis der Wärmeabsorption durch die Linse 41 und der Formgebung der Linse sowie der durch die Heizvorrichtungen 13 und 14 und durch die Formgebung der Linse korrigierte Temperaturverteilung, definiert wird.
Wenn das Licht durch den Abschnitt, wie durch den schraffierten Bereich 42 in 2 angezeigt, hindurchläuft, wird ein Anteil des Lichtes absorbiert, so dass eine wie in 3 gezeigte Temperaturverteilung erzeugt wird. Die 3 zeigt schematisch die Temperaturkonturlinien, und die Temperatur ist in Richtung der Mitte höher.
Die 4 und 5 zeigen jeweils die Schnittformgebung der Linse, die thermisch aufgrund der obigen Temperaturverteilung deformiert ist. Die 4 zeigt den Schnitt der Linse 41 einschließlich der Mittenachse 50, wobei der Schnitt in der X-Z-Ebene der Koordinaten 1 liegt. Mit 52 ist in 4 die Linsenformgebung vor der Deformation bezeichnet. Schraffierte Bereiche 53 und 54 zeigen die Abschnitte an, die sich aufgrund der Wärme expandieren. Die 5 zeigt die gleiche Linse wie die von 4 im Schnitt entlang der Y-Z-Ebene der Koordinaten 1. Die schraffierten Bereiche 56 und 57 bezeichnen die Abschnitte, die aufgrund der Wärme expandiert sind. Im Vergleich dieser mit denen, die in 4 angezeigt sind, sind die expandierten Abschnitte 56 und 57 breiter, während sie sich in Längsrichtung erstrecken.
Die Temperaturverteilung und die Linsenformgebung nach der Anpassung bzw. nach dem Einstellen durch die Heizvorrichtungen 13 und 14 werden nun beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die Wärmemenge, die durch die Heizvorrichtungen 13 und 14 dem Umfangsbereichsabschnitt mit einer geringeren Temperatur der Linse 41 mit einer in 3 gezeigten Temperaturverteilung zugeführt wird, in optimaler Weise gesteuert, um derart, wie in 6 angezeigt, die Temperaturverteilung in der Linse 41 symmetrisch hinsichtlich der Mitte zu machen.
Die 7 und 8 zeigen jeweils die Schnittformgebung der Linse 41, die temperaturkorrigiert ist. Die 7 zeigt die Schnittformgebung der Linse 41 entlang der X-Z-Ebene, wie in 4. Schraffierte Bereiche 60 und 61 zeigen die Abschnitte an, die aufgrund der Wärme expandiert sind. Andererseits zeigt die 8 die Schnittformgebung der Linse 41 entlang der Y-Z-Ebene an, wie in 5. Schraffierte Bereiche 62 und 63 zeigen die Abschnitte an, die aufgrund der Wärme expandiert sind. In diesem Fall erscheint keine Asymmetrie in der X-Richtung und in der Y-Richtung hinsichtlich sowohl der Temperaturverteilung als auch der Deformation der Linsenformgebung. Von daher wird die Wellenfront-Aberration rotationssymmetrisch, so dass kein Astigmatismus erzeugt wird. Ebenso tritt keine Abweichung in der Bildposition oder in der Verstärkung zwischen der X- und Y-Richtung auf.
Jede Heizvorrichtung kann eine spezielle Struktur aufweisen, die ein wärmeerzeugendes Element, wie etwa ein Nickel-Chrom-Draht, mit dem Linsenelement mit der Intervention eines Materials kontaktiert, welches einen geeigneten Wärmewiderstand hat, wobei die Heizung durch Ändern der dem wärmeerzeugenden Element zugeführten elektrischen Spannung oder des dem wärmeerzeugenden Element zugeführten elektrischen Stromes gesteuert werden kann.
Jede Rotationsasymmetrie der Abbildungsposition oder der Verstärkung hinsichtlich der optischen Achse kann mittels der Heizvorrichtungen korrigiert werden. Es verbleibt jedoch noch immer eine Abweichung in solchen optischen Eigenschaften von einer bestimmten Position oder einem bestimmten Wert. Von daher kann für solche Abweichung der Abbildungsposition der Wafer-Objekttisch in die Richtung der optischen Achse bewegt werden, um die selben zu korrigieren. Ebenso kann für die Abweichung der Verstärkung ein optisches Element oder Elemente der Projektionslinse entlang der optischen Achsenrichtung versetzt werden, oder alternativ hierzu kann das Retikel entlang der optischen Achsenrichtung versetzt werden, um den Fehler zu korrigieren.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 ein Fall beschrieben, wo in dieser Ausführungsform eine Kühleinrichtung als Temperatur-Einstell- bzw. Abgleichvorrichtung 13 und 14 verwendet wird.
9 ist ähnlich zur 2, und sie zeigt die Art und Weise, mit der das Belichtungslicht durch den schraffierten Bereich 42 der Linse 41 hindurchläuft. Hier tritt, wie in dem vorhergehenden Fall, ein Temperaturanstieg in einem Bereich auf, der sich in die Y-Richtung erstreckt. Zwei Kühlvorrichtungen 13' und 14' sind als die Temperatur-Einstelleinrichtungen vorgesehen, die in einem Umfangsbereichsabschnitt der Linse 41 und im einzelnen bei den in 9 gezeigten Positionen angeordnet sind. Durch die Temperatursteuerung bei diesen Abschnitten wird, wie es unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, die Temperaturverteilung in der Linse 41 symmetrisch hinsichtlich des Mittelpunktes gemacht.
Jede Kühlvorrichtung kann eine spezielle Struktur aufweisen, bei der gekühltes Gas gegen die Position bei dem Linsenumfang geblasen wird, wo die Kühlvorrichtung 13' oder 14' befestigt ist, wobei die Temperatur des Gases und die Menge des ausgeblasenen Gases mittels der Steuereinrichtung 15 gesteuert wird.
Als nächstes wird die Art und Weise der Steuerung der Temperatur-Einstellvorrichtungen 13 und 14 (13' und 14') und der Fokus-Einstellvorrichtung 16 dieser Ausführungsform beschrieben.
Die 10A, 10B und 10C zeigen Beispiele von Interenzringen bzw. Interferenzstreifen, wobei jeder zu der in der Projektionslinse 9 erzeugen Wellenfront-Aberration gehört und jeder mittels der CCD-Kamera 27 erfasst wurde. Die 10A zeigt einen Zustand, in welchem Astigmatismus in der Projektionslinse 9 als ein Ergebnis des Belichtungsprozesses unter Verwendung von schlitzähnlichem Belichtungslicht erzeugt wird. Die 10B zeigt einen Zustand, in welchem durch die Betriebsweise der Temperatur-Einstellvorrichtungen 13 und 14 (13' und 14') die rotationsasymmetrische Wellenfront-Aberration korrigiert worden ist, um eine Rotationssymmetrie hinsichtlich der optischen Achse bereitzustellen. In dem in 10B gezeigtem Zustand wird eine geringe sphärische Aberration erzeugt und zusätzlich wird die beste Fokusierposition der Projektionslinse 9 verschoben. Von daher wird die vertikale Position des Objekttisches 10 unter Verwendung der Fokus-Einstellvorrichtung 16 exakt eingestellt. Durch diese Fokuseinstellung werden die von der CCD-Kamera 27 ausgegebenen Interferenzringe zu solchen in 10C gezeigten Ringen gemacht: d. h. es gibt im wesentlichen keine Aberration und es treten im wesentlichen keine Interferenzringe auf.
Die durch die CCD-Kamera 27 erzielten Daten bezüglich der Interferenzringe werden der Berechnungseinrichtung 28 zugeführt, und die Berechnungseinrichtung erzeugt und führt Daten hinsichtlich beispielsweise der Rotationsasymmetrie der Interferenzringe und Betrag hiervon der Steuereinrichtung 15 zu. In Erwiderung hierauf steuert die Steuereinrichtung 15 die Temperatur-Einstellvorrichtungen 13 und 14 (13' und 14') und/oder die Fokus-Einstelleinrichtung 16 auf der Basis der Daten, die beispielsweise zu der Rotationsasymmetrie der Wellenfront-Aberration und zu dem Betrag hiervon gehören, um diese somit zu reduzieren. Durch diese Steuerung wird die Rotationsasymmetrie der Aberration, die Abbildungsverstärkung und die Abbildungsposition der Projektionslinse 9 korrigiert.
Nach der Steuerung durch die Steuereinrichtung 15 wird die Wellenfront-Aberration erneut gemessen und die derart erzielten Wellenfront-Aberrationsdaten werden auf ähnliche Weise verarbeitet und zu der Steuerung der Steuereinrichtung 15 zurückgekoppelt. Das bedeutet, dass das Steuersystem ein Rückkopplungssystem aufweist, mit welchem die rotationsasymmetrische Wellenfront-Aberration der Projektionslinse 9 sehr präzise korrigiert wird.
Die vorangehende Beschreibung wurde bezüglich Beispielen gemacht, in welchen das optische System lediglich Brechungslinsen aufweist. Die Erfindung ist jedoch ebenso auf ein optisches Projektionssystem anwendbar, welches ein kata dioptrisches System umfasst, das eine Kombination eines Brechungslinsensystems, eines Strahlteilers und eines Reflexionsspiegelsystems aufweist, in welchem das Konzept der vorliegenden Erfindung auf den Brechungslinsenabschnitt, den Strahlteilerabschnitt und/oder auf den Reflektionsspiegelabschnitt in ähnlicher Weise angewandt werden kann.
Während in der obig beschriebenen Ausführungsform zwei Temperatur-Einstellvorrichtungen in einem Umfangsbereichsabschnitts eines Linsenelementes verwendet werden, ist die Anzahl nicht auf zwei begrenzt. Wenn ein optisches Projektionssystem eine Vielzahl optischer Elemente umfasst, ist die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht auf lediglich eines der optischen Elemente beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann simultan bei zwei oder mehreren optischen Elementen angewandt werden, wobei die Temperatur-Einstellvorrichtungen, die bei diesen optischen Elementen angewandt werden, unabhängig voneinander gesteuert werden können.
In der obig beschriebenen Ausführungsform werden die Polarisationsplatten 24 und 25 und der Halbspiegel 5 verwendet, und dieses gestattet es, dass der Belichtungsprozess für das Drucken des Schaltungsmusters und der Messprozess zum Messen der Wellenfront-Aberration der Projektionslinse simultan vollbracht werden. Jedoch kann zur effizienten Verwendung des Lichtes der Belichtungsprozess und der Wellenfrontapperations-Messprozess sequentiell wiederholt werden.
Im einzelnen kann ein gewöhnlicher Spiegel 5a anstelle des Halbspiegels 5 verwendet werden, so dass der Belichtungsprozess durchgeführt wird, während das Licht von der Lichtquelle 2 vollständig auf die Belichtungslinse 6 gerichtet wird. Der Shutter 22 kann während diesem Prozess geschlossen sein. Nachfolgend kann der Shutter 3 geschlossen sein und der Spiegel 5a kann zurückgezogen werden. Dann kann der Shutter 22 geöffnet werden, damit das Lichtes von der Lichtquelle 20 auf die Projektionslinse 9 einfallen kann, und die Wellenfront-Aberration der Projektionslinse kann durchgeführt werden. Danach kann der Spiegel 5a erneut eingeführt werden. Auch kann der Shutter 3 geöffnet sein und simultan hierzu kann der Shutter 22 geschlossen sein, um den Belichtungsprozess zu starten.
Das Wiederholen der obig beschriebenen Operationen gestattet die Korrektur der Wellenfront-Aberration der Projektionslinse 9, und zwar im wesentlichen mit der gleichen Präzision, wie sie bei dem Fall erreicht wird, wo der Belichtungsprozess und der Wellenfront-Aberrations-Messprozess simultan durchgeführt werden. In diesem Fall ist ebenso die Verwendung der Polarisationsplatten 4 und 25 nicht notwendig.
In der obig beschriebenen Ausführungsform wird eine Linse, die eine asymmetrische Temperaturverteilung oder eine asymmetrische Formgebung aufweist und somit hinsichtlich der optischen Achse rotationsasymmetrisch ist, an ihrem Umfangsbereichsabschnitt erhitzt oder gekühlt, wodurch die Rotationsasymmetrie der Temperaturverteilung oder die der Linsenformgebung hinsichtlich der optischen Achse korrigiert wird. Die Korrektur durch Heizung und die Korrektur durch Kühlung kann in einer Kombination durchgeführt werden.
Andererseits kann zur Korrektur von lediglich der Linsenformgebung, die rotationsasymmetrisch ist, als die Korrektureinrichtung hierfür eine dynamische Kraft an der Linse angewandt werden. In einem Fall beispielsweise, wo Licht einer Formgebung, die beispielsweise mittels eines schraffierten Bereiches 42 in 11 angezeigt wird, eine Linse durchläuft, dann hat, wie zuvor beschrieben, die Linse eine Formgebung, die verschieden in der X-Richtung und in der Y-Richtung ist. Wenn hier die Rotationsasymmetrie in der Brechungsindexverteilung innerhalb der Linse außer Acht gelassen werden kann, dann können die dynamischen Kräfte in den Richtungen an der Linse angewandt werden, wie sie mittels der Pfeile 70 und 71 in den Zeichnungen angezeigt werden, um in einem Abschnitt über den Mittelpunkt der Linse, durch welchen das Licht hindurchläuft, eine im wesentlichen Rotationssymmetrie der Formgebung der Linse 41 hinsichtlich der Z-Achse zu erzielen.
12 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Erfindung an einem Projektionsbelichtungsgerät vom Step-And-Scan-Typ angewandt wird.
Mit 201 ist in der Zeichnung ein Retikel oder eine Maske (erstes Objekt) bezeichnet, auf welchem ein Schaltungsmuster ausgebildet ist. Mit 202 ist eine Verkleinerungs-Projektionslinse (optisches Projektionssystem) bezeichnet, und mit 203 ist ein bewegbarer Objekttisch bezeichnet, auf welchem ein Wafer W (zweites Objekt) angeordnet ist. Mit 204 wird Belichtungslicht bezeichnet, das von einem Belichtungssystem, dass nicht dargestellt ist, zugeführt wird.
Mit 206 wird ein Blendenelement bezeichnet, dass eine schlitzähnliche Öffnung 205 aufweist, die in einem Objekttisch hiervon ausgebildet ist. Das Blendenelement 206 ist daher an dem Retikel 201 angeordnet. Anstelle des Positionierens des Blendenelements 206 (Schlitzöffnung 205) unmittelbar vor dem Retikel 205, kann es in einem optischen Belichtungssystem (nicht dargestellt) und bei einer Position angeordnet sein, die optisch mit dem Retikel 205 konjugiert. Mit 207 werden die Koordinaten mit der X-, Y- oder Z-Achse bezeichnet. Mit 221 und 222 werden Heizeinrichtungen bezeichnet, die beispielsweise Heizdrähte umfassen. Sie sind in einem Umfangsbereichsabschnitt einer bestimmten Linse (optisches Element) der Projektionslinse 202 vorgesehen. Mit 223 ist eine Steuerung (Steuereinrichtung) zum Steuern der Heizung durch die Heizeinrichtungen 221 und 222 auf der Basis der von einem Speicher 224 zugefügten Information bezeichnet. Mit 211 bis 214 werden Lichtstrahlwege bezeichnet, die schematisch darstellen, wie das Belichtungslicht von dem Schaltungsmuster des Retikels 201 den auf dem Objekttisch 203 angeordneten Wafer W erreicht.
In dieser Ausführungsform wird das mit schlitzähnlichem Belichtungslicht 204 beleuchtete Schaltungsmuster auf der Oberfläche des Retikels 201 mittels der Projektionslinse 202 auf den Wafer W projiziert, wodurch das Schaltungsmuster hierauf gedruckt wird. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die optische Achse 208 des optischen Projektionssystems 202 entlang der Z-Achsen-Richtung, während sich die Längsrichtung der schlitzähnlichen Öffnung 205 entlang der Y-Achse-Richtung erstreckt.
Hier sind das Retikel 201 und der Objekttisch 203 zusammen parallel zu der X-Y-Ebene angeordnet. Auf eine ähnliche Weise, wie es in der Ausführungsform von 1 getan wird, wird das gesamte Schaltungsmuster des Retikels 201 projiziert und auf den Objekttisch 203 angeordneten Wafer W übertragen durch abtastende bzw. abscannende Bewegung des auf einem bewegbaren Objekttisch (nicht dargestellt) angeordneten Retikels 201 in die X-Achsen-Richtung und durch simultane abtastende bzw. abscannende Bewegung des Objekttisches 203 ebenfalls in die X-Achsen-Richtung bei einem Geschwindigkeitsverhältnis, das dem Produkt der Abtastgeschwindigkeit des Retikels 201 und der Projektionsverstärkung des Projektionssystems entspricht. Dann wird der Wafer W verarbeitet (beispielsweise durch aus dem Stand der Technik bekannte Entwicklungsprozesse), und Halbleitervorrichtungen werden hergestellt.
Mit dem Projektionsbelichtungsprozess unter Verwendung von schlitzähnlichem Licht kann eine Linse oder Linsen des Projektionslinsensystems 202 das Belichtungslicht absorbieren, und es können sich die optischen Eigenschaften ändern. In dieser Ausführungsform werden bei Betrachtung des Zustandes des auf die Linse projezierten schlitzähnlichen Lichtes die Heizvorrichtungen 221 und 222 bei bestimmten Positioinen in dem Umfangsbereichabschnitt der Linse vorgesehen. Das Heizen durch diese Heizvorrichtungen wird durch die Steuerung 223 auf der Basis der von dem Speicher 224 zugeführten Information (Daten) gesteuert, so dass eine gleichförmige Temperaturverteilung bereitgestellt wird, wodurch die Änderung der optischen Eigenschaften der Linse effektiv verhindert wird.
Details der Heizvorrichtungen 221 und 222 von dieser Ausführungsform werden beschrieben.
13 ist eine schematische Ansicht, die einen Abschnitt von optischen Elementen der Projektionslinse 202 in einer Schnittansicht entlang der X-Y-Ebene zeigt. Mit 231 wird in der Zeichnung die Linse bezeichnet, und der schaffierte Bereich 232 zeigt den Bereich an, in welchem das Licht durch die Linse während des Projektionsbelichtungsprozesses hindurchläuft.
In dieser Ausführungsform wird das Schaltungsmuster auf der Oberfläche des Retikels 201 mit schlitzähnlichem Licht beleuchtet, das sich entlang der Y-Achsen-Richtung der in 12 gezeigten Koordinaten erstreckt. Von daher hat das Licht, welches durch die Projektionslinse 202 hindurchläuft, eine Symmetrie hinsichtlich der X-Z-Ebene (gestrichelte Linie 233 in der 13), die die optische Achse 208 enthält, und eine Symmetrie hinsichtlich der Y-Z-Ebene (gestrichelte Linie 234 in der 13), die die optische Achse 208 enthält.
Jedoch hat es keine Rotationssymmetrie hinsichtlich der optischen Achse 208. Das heißt, in einem typischen Beispiel hat es eine Verteilung, wie es durch den in 13 gezeigten schraffierten Bereich angegeben wird.
In diesem Fall kann aufgrund der Wärmeabsorption eine rotationsasymmetrische Temperaturverteilung erzeugt werden, die asymmetrisch hinsichtlich der X-Achsen- und Y-Achsen-Richtungen ist. Dieses kann eine Rotationsasymmetrie der Abbildungsposition und/oder der Verstärkung des optischen Projektionssystems hervorrufen. Im Einzelnen kann es aufgrund der rotationsasymmetrischen Temperaturverteilung in großem Astigmatismus resultieren.
Unter Berücksichtigung von diesem wird in dieser Ausführungsform, wie in 13 angedeutet, die asymmetrische Temperaturverteilung bei der Oberfläche korrigiert: d. h. eine Vielzahl von Heizvorrichtungen 221 und 222 sind bei den Positionen entlang der kleineren Ausrichtung (Breitenrichtung) der schlitzähnlichen Öffnung 205 vorgesehen (d. h., entlang der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der schlitzähnlichen Öffnung 205), wo der Temperaturanstieg geringer ist, um somit sicherzustellen, dass die Temperaturverteilung innerhalb der Linse rotationssymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse 208 wird. Im einzelnen können in dieser Ausführungsform die Heizvorrichtungen 221 und 222 bei Positionen in dem Umfangsbereich der Linse vorgesehen sein, wobei die Positionen symmetrisch hinsichtlich der gestrichelten Linien 233 und 234 sind.
Dort, wo zwei Heizvorrichtungen in dem Linsenumfangsbereichsabschnitt, wie in dem Fall der 13, vorgesehen sind können sie in bevorzugter Weise bei den Positionen angeordnet sein, wo der Temperaturanstieg gering ist und welche, wie obig beschrieben, eine Symmetrie aufweisen, d. h. bei den in 13 gezeigten Positionen.
14 zeigt ein Beispiel, wo viele Heizeinrichtungen 221a bis 221c und 222a bis 222c verwendet werden, um eine Temperatursteuerung hoher Präzision durchzuführen. Auch sind in diesem Fall diese Heizvorrichtungen 221a bis 221c und 222a bis 222c an den Positionen angeordnet, die, wie obig beschrieben, die Symmetriekondition erfüllen.
Als nächstes wird die Art und Weise der Heizsteuerung der Heizvorrichtungen 221 und 222 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird zur Heizsteuerung die Temperaturverteilung, die ohne der Heizung erzeugt wird, genau erfasst, und dann wird die optimale Wärmemenge, die für die Korrektur der Asymmetrie der Verteilung am besten geeignet ist, ermittelt. Der Temperaturanstieg und/oder die Deformation der Linse aufgrund der Absorption von Belichtungslicht durch die Linse kann auf der Basis von Experimenten gemessen werden, und die Heizvorrichtungen 221 und 222 können auf der Basis der gemessenen Werte gesteuert werden. In dieser Ausführungsform werden jedoch die Temperaturverteilung und die Änderung der Formgebung, die, wie durch den schraffierten Bereich 232 in 13 angezeigt, in der Linse in Erwiderung auf die rotationsasymmetrische Wärmeabsorption erzeugt werden, in Übereinstimmung mit einer Simulation ermittelt. Beispielsweise können sie als eine Funktion der Zeitperiode nach dem Start des Projektionsbelichtungsprozesses und der Gesamtenergie des Lichtes, das durch die Linse hindurchläuft, ermittelt werden.
Es ist wohlbekannt, dass der Prozess, in welchem Temperatur in Erwiderung auf Adsorption von Wärme durch ein Artikel ansteigt und die Formgebung des Artikels sich mit dem Temperaturanstieg ändert, mit guter Präzision in Übereinstimmung mit der Finite-Element-Methode simuliert werden können. Die 15 zeigt ein Analysemodell, dass auf der Finite-Element-Methode basiert.
Da die Wärmeadsorption in dem Beispiel von 13 eine Symmetrie hinsichtlich der gestrichelten Linie 333 und hinsichtlich der gestrichelten Linie 334 hat, kann das Analysemodell auf einem Viertel des Bereiches der Linse 232 der 13 angewandt werden, d. h., auf dem in 15 angezeigten Abschnitt. Die 15 zeigt schematisch ein Viertel des Bereiches der Linse 332, das für die Analyse mittels der Finite-Elemente-Methode in ein Gitter eingeteilt ist. Es wird angezeigt, dass die Wärmeadsorption in der durch Schraffur dargestellten Zone 242 auftritt.
In 15 ist mit 208 die optische Achse des in 12 gezeigten optischen Projektionssystems gezeigt. Durch das Durchführen der Analyse mittels der Finite-Elemente-Methode, kann, während eine geeignete Grenzkondition festgesetzt wird, die mit solch einer Wärmeadsorption erzeugte Temperaturverteilung, wie sie beispielsweise in 16 gezeigt wird, ermittelt werden.
In 16 ist mit 232 die Linse bezeichnet. Die Grauabstufung entspricht der Temperatur. Aus 16 folgt, dass die Temperatur von dem mittigen Abschnitt der Linse in Richtung des Umfangsbereiches hiervon abnimmt, und dass sich die Formgebung der Verteilung in die Y-Achsen-Richtung erstreckt.
Die 17 und 18 zeigen jeweils die Schnittformgebung der Linse, die aufgrund der obig beschriebenen Temperaturverteilung deformiert ist.
17 zeigt den Schnitt entlang der X-Z-Ebene, die die optische Achse 208 enthält. Mit 241 ist in 17 die Formgebung der Linse vor der Deformation bezeichnet. Die schraffierten Bereiche 242 und 243 zeigen die Abschnitte an, die aufgrund der Wärme expandiert sind. In ähnlicher Weise zeigt 18 den Schnitt entlang der Y-Z-Ebene, und schraffierte Bereiche 244 und 245 zeigen die Abschnitte an, die aufgrund der Wärme expandiert sind. In der obig beschriebenen Art und Weise werden die Temperaturverteilung und die Deformation der Linse, die im Inneren dieser erzeugt wird, ohne Betrieb der Heizvorrichtungen 221 und 222 ermittelt.
Nachfolgend wird die Wärmemenge ermittelt, die der Linse durch die Heizvorrichtungen 221 und 222 zugeführt werden muss, um eine asymmetrische Temperaturverteilung und/oder eine Linsenformgebung, wie unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 beschrieben, zu verhindern. Hier wird die optimale Wärmemenge, die zugeführt werden muss, in der Simulation gemäß der Finite-Elemente-Methode durch Try-and-Error ermittelt. Die so ermittelten Daten werden in dem Speicher 224 (12) gespeichert, und während des Belichtungsprozesses steuert die Steuerung 223 die Heizvorrichtungen 221 und 222 in Übereinstimmung mit den aus dem Speicher 224 ausgelesenen Daten.
Jede Heizvorrichtung kann eine spezielle Struktur aufweisen, bei der ein wärmeerzeugendes Element, wie etwa ein Nickel-Chrom-Draht, das Linsenelement mit der Intervention eines Materials kontaktiert, das einen geeigneten Wärmewiderstand aufweist, wobei die Heizung durch Änderung der dem wärmeerzeugenden Elemtent zugeführten elektrischen Spannung oder des dem wärmeerzeugenden Elemtent zugeführten Stromes gesteuert werden kann.
Als nächstes wird die Temperaturverteilung und die Änderung der Formgebung der Linse beschrieben, die mittels der Wärmesteuerung durch die Heizeinrichtungen 221 und 222 in Übereinstimmung mit der Heizsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden.
Die 19 zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung, die als ein Ergebnis der Steuerung der Anwendung von einer optimalen Wärmemenge zu der Linse 251 durch die Heizeinrichtung (nicht dargestellt) bereitgestellt wird. Infolge der Anwendung der Wärme durch die Heizvorrichtungen 221 und 222 zu solchen Bereichen der Linse 251, in welchen der Temperaturanstieg aufgrund der Wärmeadsorption geringer ist, wird eine annähernde symmetrische Temperaturverteilung bereitgestellt, wie sie in 19 angezeigt wird, welche symmetrisch hinsichtlich der X-Achsen und der Y-Achsen-Ausrichtung ist.
Die 20 zeigt eine Änderung der Formgebung der Linse 251 in einer Schnittansicht entlang der X-Z-Ebene, die die optische Achse 208 enthält. Mit 252 ist in der Zeichnung die Formgebung der Linse bezeichnet, bevor sie deformiert ist. Schraffierte Bereiche 253 und 254 zeigen die Abschnitte an, die aufgrund der Wärme expandiert sind.
Auf ähnliche Weise zeigt 21 eine Änderung der Formgebung der Linse 252 in einer Schnittansicht, die entlang der Y-Z-Ebene genommen wurde, welche die optische Achse 208 enthält. Mit 252 ist in der Zeichnung die Formgebung der Linse angegeben, bevor sie deformiert ist. Schraffierte Bereiche 255 und 256 zeigen die Abschnitte an, die aufgrund der Wärme expandiert werden. In diesem Fall führt keine Asymmetrie in der X-Richtung und der Y-Richtung hinsichtlich sowohl der Temperaturverteilung als auch der Deformation der Linsenformgebung auf. Von daher wird kein Astigmatismus erzeugt.
Kühleinrichtungen, wie etwa solche, die unter Bezugnahme auf 9 beschrieben werden, können anstelle von oder in Kombination mit den Heizvorrichtungen dieser Ausführungsform verwendet werden.
Die 22 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Erfindung auf ein Projektionsbelichtungsgerät von dem Typ angewandt wird, der ein Stepper genannt wird. Zur Vereinfachung in der folgenden Erklärung sind die Koordinaten so, wie sie bei 301 angezeigt werden.
Mit 302 wird in der Zeichnung Belichtungslicht bezeichnet, welches von einem optischen Belichtungssystem, das nicht dargestellt ist, emittiert wird. Mit 303 ist ein Retikel bezeichnet, auf welchem ein Schaltungsmuster ausgebildet ist. Mit 304 ist eine Verkleinerungs-Projektionslinse bezeichnet, und mit 305 ist ein Objekttisch bezeichnet, auf welchem ein Wafer angeordnet ist. Hier sind das Retikel 303 und der Objekttisch 305 beide parallel zu der X-Y-Ebene angeordnet, und die optische Achse der Projektionslinse 304 ist parallel zu der Z-Achse angeordnet.
Das Belichtungslicht 302 beleuchtet das Schaltungsmuster auf dem Retikel 303 und in Erwiderung hierauf wird Beugungslicht, das mit 306 und 307 in der Zeichnung bezeichnet wird, erzeugt. Dieses Beugungslicht 306 und 307 wird durch die Projektionslinse 304 jeweils in Licht 308 und 308 in den Bildraum transformiert, und dann wird es bei einem Halbleiter-Wafer W, der auf dem Objekttisch 305 angeordnet ist, abgebildet. Dadurch wird das Schaltungsmuster des Retikels auf dem Wafer abgebildet. Der Wafer ist mit einem Fotolackmaterial beschichtet, welches chemisch veränderbar in Erwiderung auf die Strahlung mit der Wellenlänge des Belichtungslichtes 302 ist, so dass das Schaltungsmuster des Retikels auf den Wafer übertragen und gedruckt wird.
Mit 310, 311, 312 und 313 sind in der Zeichnung Temperatursteuerungsvorrichtungen gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnet, die in Umfangsbereichsabschnitten der Linsenelemente der Projektionslinse 304 vorgesehen sind. Diese Temperatursteuerungsvorrichtungen 310 bis 313 werden mittels einer Steuerung 314 in Übereinstimmung mit der in einem Speicher 315 gespeicherten Information gesteuert.
Zur Erklärung dieser Ausführungsform wird als das Retikel 303 ein in 23 gezeigtes Beispiel erklärt. Die 23 zeigt das Retikel 303 in der X-Y-Ebene der Koordinaten 301. Der Umfangsbereichsabschnitt von diesem Retikel bewirkt, dass das Belichtungslicht 302 vollständig abgeblockt wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei nun angenommen, dass das Retikel 303 dort auf zwei Objekttischen 322 und 323 ausgebildet sei, wobei der Objekttisch 322 ein Muster aufweist, welches mittels einer Kombination von lichtabblockenden Abschnitten und lichtübertragenden Abschnitten von einem Bereich definiert wird, der größer als der Bereich der lichtabblockenden Abschnitte ist, wohingegen der Abschnitt 223 durch eine Kombination von lichtübertragenden Abschnitten und lichtabblockenden Abschnitten eines Bereiches definiert wird, der größer als der Bereich der lichtübertagenden Abschnitte ist. Aus diesem Grund ist bei Vergleich der Bereiche 322 und 323 miteinander die Menge des übertragenen Lichtes größer in dem Bereich 322 als in dem Bereich 323. Die Bereiche 322 und 323 stellen von daher die Differenz der Lichtmenge dar, die durch diese Abschnitte des Retikels hindurchlaufen und in die Projektionslinse 304 eintreten.
In 22 wird das Beugungslicht 306 und 307 durch Linien mit verschiedenen Nummern angedeutet. Dieses dient dazu, klarzustellen, dass das Beugungslicht 306 und 307 solches Beugungslicht ist, welches jeweils von den Mustern in den verschiedenen Bereichen 322 und 323 der 23 kommt.
Die 24 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern der Art und Weise des Einfallens des Beugungslichtes von den Mustern jeweils in den Bereichen 322 und 323 durch die Projektionslinse 304. In 24 ist mit 326 ein Linsenelement der Projektionslinse 304 bezeichnet, die in der X-Y-Ebene dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Erklärung sei es angenommen, dass hier das Linsenelement 326 jenes Linsenelement ist, das in dem Abschnitt innerhalb der Projektionslinse 304 angeordnet ist, welcher nahe dem Retikel 303 ist. In diesem Fall ist das Licht, welches in dieses Linsenelement einfällt, groß in dem Abschnitt, der zu dem Bereich 322 des Retikels 303 gehört, jedoch gering in dem Abschnitt, der zu dem Bereich 323 des Retikels gehört. Von daher kann das Einfallen des Lichtes schematisch mittels eines schraffierten Bereiches 327 in 24 dargestellt werden.
Wie zuvor beschrieben, kann in Erwiderung auf das Hindurchlaufen von Licht durch die Linse das Glasmaterial hiervon Wärme absorbieren, was eine Änderung in der optischen Eigenschaft erzeugen kann. Wenn Licht auf den mit 327 in 27 gezeigten Abschnitt projiziert und Wärme absorbiert wird, dann wird dort, wie in 25 angedeutet, eine Temperaturverteilung erzeugt.
In 25 sind die Koordinaten, wie bei 301 angezeigt, ähnlich zu den Koordinaten 301 in 24. Die Temperaturverteilung in dem Linsenelement 326 wird durch Unterschiede in der Grauabstufung angezeigt. Der mittige dunklere Abschnitt zeigt eine höhere Temperatur an. Wie zuvor beschrieben verursacht eine Temperaturverteilung, die wie die Temperaturverteilung, die in 25 gezeigt wird, rotationsasymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist, ein Problem hinsichtlich der Wellenfront-Aberration (Bildposition und Verstärkung).
Die vorliegende Erfindung verwendet die in 22 gezeigten Temperatursteuerungsvorrichtungen 310 bis 313, um eine rotationsasymmetrische Temperaturverteilung, wie sie in 25 gezeigt ist, zu korrigieren. Da in diesem Beispiel das Linsenelement 326 an einer Position nahe dem Retikel 303 angeordnet ist, wird hier die Temperatursteuerung für das Linsenelement 326 unter Verwendung der Temperatursteuerungsvorrichtung 310 durchgeführt.
Mit 332 bis 339 werden in der 25 Heizvorrichtungen bezeichnet, deren Temperatur unabhängig voneinander gesteuert werden können. In der Kombination stellen diese Heizvorrichtungen die Temperatursteuerungsvorrichtung 310 dar. Die Heizvorrichtungen 332 bis 339 sind mit gleichem Abstand beabstandet angeordnet, während sie in sehr gutem Kontakt mit dem Umfangsbereich des Linsenelementes 326 stehen. Jene Heizvorrichtung kann beispielsweise einen Widerstand, wie etwa einen Nickel-Chrom-Draht, aufweisen, der dazwischen angeordnet ist, wobei die Temperatur-Einstellung bzw. Abgleichung durch Steuerung des durch den Widerstand hindurchfließenden elektrischen Stromes durchgeführt werden kann.
In dem in 25 gezeigten Beispiel kann von den Heizvorrichtungen, die um den Umfangsbereich des Linsenelementes 326 angeordnet sind, vor allem die Temperaturen der Heizvorrichtungen 332, 333, 335 und 336 erhöht werden, und dadurch kann die Temperaturverteilung in die in 26 gezeigte Verteilung übertragen werden, die eine symmetrische Formgebung hinsichtlich der optischen Achse aufweist. Hier wird die Höhe des den Heizeinrichtungen 332 bis 339 zugeführten elektrischen Stromes durch die Steuerung 314 von 22 gesteuert.
Hinsichtlich der verbleibenden Linsenelemente der Projektionslinse 304 können die Temperatursteuerungsvorrichtungen 311 bis 313 von ähnlicher Struktur verwendet werden, um eine Korrektur der asymmetrischen Temperaturverteilung durchzuführen, die asymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist. Die Verwendung der Temperatursteuerungsvorrichtungen ist nicht ausreichend für die Korrektur einer Änderung in optischen Eigenschaften, die von einer Änderung in der Formgebung oder von einer Temperaturverteilung resultiert, welche rotationsasymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist. Solch eine Änderung in der optischen Eigenschaft kann jedoch durch Bewegung des Objekttisches und/oder von einem oder mehreren optischen Elementen des optischen Systems, wie zuvor beschrieben, korrigiert werden. Auch ist selbstverständlich die Anzahl der Temperatursteuerungsvorrichtungen nicht auf vier begrenzt (die Anzahl der Vorrichtungen 310 bis 313).
Der in der 22 gezeigte Speicher 315 kann beispielsweise die Information hinsichtlich des Schaltungsmusters des Retikels 303, die Information hinsichtlich der Temperaturverteilung, die in jedem Linsenelement der Projektionslinse 304 durch das Belichtungslicht von dem Zeitungsmuster erzeugt wird und/oder die Information hinsichtlich der Wärmemenge, die der Temperatursteuerungsvorrichtungen 310 bis 313 zur Korrektur der Temperaturverteilung zugeführt werden muss, gespeichert haben. In Übereinstimmung mit solch einer Information steuert die Steuerung 314 die Temperatursteuerungsvorrichtungen 310 bis 313.
Während in dieser Ausführungsform die Temperatursteuerungsvorrichtung die Heizeinrichtungen 332 bis 339 von 25 aufweist, wobei jede in der Lage ist, die Temperatur bei einem Abschnitt, der eine geringere Temperatur hat, zu steigern, können mit im wesentlichen den gleichen vorteilhaften Ergebnis Kühleinrichtungen verwendet werden, wie etwa solche, die unter Bezugnahme der 9 beschrieben wurden, um die Temperatur bei einem Abschnitt herabzusetzen, der eine höhere Temperatur aufweist.
Die 27 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Erfindung bei einem Belichtungsgerät von dem Typ angewandt wird, der ein Stepper genannt wird.
Mit 341 sind in der Zeichnung die Koordinaten bezeichnet, die zur Zwecke in der Beschreibung definiert sind. Mit 342 wird ein optisches Belichtungssystem bezeichnet, welches eine Lichtquelle enthält. Mit 343 und 344 wird Belichtungslicht bezeichnet, und mit 345 wird ein Retikel bezeichnet, auf welchem ein Schaltungsmuster ausgebildet ist. Mit 346 ist eine Verkleinerungs-Projektionslinse bezeichnet, und mit 347 wird ein Objekttisch bezeichnet, auf welchem ein Werfer (nicht dargestellt) angeordnet ist. Das Schaltungsmuster des Retikels 345 wird, wie in der dritten zuvor beschriebenen Ausführungsform, auf dem Werfer W durch die Projektionslinse 346 übertragen.
Als ein wichtiges Merkmal dieser Ausführungsform ist in dieser Ausführungsform ein Blendenelement 348 in dem optischen Belichtungssystem eingeführt, um das Licht für die Belichtung zu begrenzen, und es sind durch eine Belichtungslinse 349 zwei Belichtungslichtstrahlen 343 und 344 vorgesehen, die schräg zueinander projiziert werden. Das Blendenelement 348 ist im gewöhnlichen Fall optisch in einer Furiertransformationsbeziehung zu der effektiven Lichtquellenebene des optischen Belichtungssystems angeordnet, d. h., mit der Oberfläche des Retikels 345. Anderseits ist es bei einer Position angeordnet, die optisch mit der Pupillenposition der Projektionslinse 346 konjugiert (angedeutet mittels einer unterbrochenen Linie 350 in der Zeichnung).
Das Blendenelement 348 kann, wie in 28 gezeigt, das eine Element umfassen. In 28 sind mit 341 die Koordinaten bezeichnet, und das Blendenelement 348 ist parallel zu der X-Y-Ebene angeordnet. Das Blendenelement 348 ist mit zwei Öffnungen 363 und 364 ausgebildet. Licht, welches durch diese Öffnungen jeweils hindurchläuft, läuft durch die Belichtungslinse 349, so dass zwei Belichtungslichtstrahlen 343 und 344 bereitgestellt werden, welche dann schräg zu einander entlang symmetrischer Pfade projiziert werden, um das Schaltungsmuster des Retikels 345 schräg zu beleuchten. Dieses Beleuchtungsverfahren dient dazu, die Auflösung eines periodischen Musters zu erhöhen, welches eine Repititionswiederholung in der X-Richtung bei dem Retikel 345 hat.
Dieses Belichtungsverfahren kann erweitert werden, und ein Blendenelement 348 der 29 mit vier Öffnungen 346 bis 347 kann verwendet werden. Dies dient dazu, die Auflösung des Musters zu verbessern, welches eine Repititionswiederholung in der X-Richtung bei dem Retikel 345 hat, sowie eines Musters, welches eine Repititionswiederholung in der Y-Richtung hat.
Details der Steigerung der Auflösung mit solch einem modifizierten Belichtungsverfahren werden beispielsweise in „Proc. SPIE. Nr. 1674, Optical/Laser Microlithography V, P. 92 (1992)” beschrieben, und auf eine Beschreibung hiervon wird hier verzichtet.
Da das Blendenelement 348 bei einer Position angeordnet ist, die optisch mit der Pupillenposition 350 der Projektionslinse 346 wie beschrieben konjugiert, werden die Abbildungen der Öffnungen des Blendenelementes 348 in der Umgebung der Pupillenposition 350 innerhalb der Projektionslinse 346 ausgebildet. Dieser Effekt wird unter Bezugnahme auf 30 beschrieben.
In 30 sind die Koordinaten wie bei 341 angezeigt. Mit 372 ist eines der nahe der Pupillenposition 350 angeordneten Linsenelemente bezeichnet. Wenn das Blendenelement 343, wie in 28 gezeigt, verwendet wird, dann werden in dem Linsenelement 372 konzentriert Lichtstrahlen bei den Positionen einfallen, die durch schraffierte Bereiche 374 und 375 angezeigt sind. Daraus resultiert, dass eine Temperaturverteilung in dem Linsenelement 372 erzeugt wird, wie sie in 31 angezeigt ist, welche rotationsasymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist.
In 31 zeigt, wie in den Fällen von den 25 und 26, ein dunklerer Bereich eine höhere Temperatur an. Mit 381 bis 388 sind in 31 Heizeinrichtungen ähnlich zu den Heizeinrichtungen 323 bis 339 bezeichnet, die unter Bezugnahme der dritten Ausführungsform beschrieben wurden. In dem dargestellten Beispiel werden im wesentlichen die Temperaturen der Heizvorrichtungen 381 und 385 erhöht, wodurch die Temperaturverteilung des Linsenelementes 372 in eine rotationssymmetrische Formgebung korrigiert werden kann.
Dort, wo ein Blendenelement 348, wie in 29 gezeigt, verwendet wird, werden in das Linsenelement 372 konzentriert Lichtstrahlen bei den Positionen einfallen, die durch schraffierte Bereiche 391 bis 394 in 32 angedeutet sind. Von daher wird dort eine Temperaturverteilung des Linsenelementes 372 erzeugt, wie sie in 33 angedeutet ist. In dem dargestellten Beispiel werden im wesentlichen die Temperaturen der Heizvorrichtungen 381, 383, 385 und 387 erhöht, wodurch die Temperaturverteilung des Linsenelementes 372, wie etwa in 26 gezeigt, in eine symmetrische Formgebung korrigiert werden kann.
Die in 31 und 33 gezeigten Heizvorrichtungen 381 bis 388 stellen in Kombination die Temperatursteuerungseinrichtung 351 von 27 bereit. Die Temperatursteuerungseinrichtung 351 wird durch die Steuerung 352 in Übereinstimmung mit der Information von dem Speicher 353 auf die gleich Art und Weise, wie in der dritten Ausführungsform, gesteuert. Von daher wird hier auf eine Beschreibung der Details hiervon verzichtet.
Während in dieser Ausführungsform die Temperatursteuerungseinrichtung eine Heizeinrichtung zum Erhöhen der Temperatur bei einem Bereich, der eine geringere Temperatur aufweist, umfasst, kann selbstverständlich, wie etwa unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, eine Kühleinrichtung zum Herabsetzen der Temperatur bei einem Bereich, der eine höhere Temperatur hat, mit im wesentlichen dem gleichen vorteilhaften Ergebnis verwendet werden.
In dieser Ausführungsform kann eine Änderung in einer optischen Eigenschaft, die von einer Änderung in der Formgebung oder der Temperaturverteilung resultiert, welche symmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist, durch Versetzen des Objekttisches oder eines oder mehrerer optischer Elemente des optischen Systems in einer bekannten Art und Weise korrigiert werden.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde auf Beispiele gerichtet, in welchen das optische System lediglich Brechungslinsen aufweist. Jedoch ist die Erfindung ebenso bei einem optischen Projektionssystem anwendbar, welches ein kata-dioptisches System enthält, welches eine Kombination eines Brechungslinsensystems, eines Strahlteilers und eines Reflexionsspiegelsystems aufweist, wobei das Konzept der vorliegenden Erfindung bei dem Brechungslinsen-Abschnitt, dem Strahlteiler-Abschnitt und/oder dem Reflektionsspiegel-Abschnitt in einer ähnlichen Art und Weise angewandt werden kann. Ebenso ist die Erfindung bei einem Fall anwendbar, wo das optische Projektionssystem lediglich ein Reflexionsspiegelsystem aufweist.
In einem Fall, wo ein optisches Projektionssystem eine Vielzahl optischer Elemente umfasst, ist die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht auf lediglich eines der optischen Elemente beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei zwei oder mehreren optischen Elementen simultan angewandt werden, wobei die Temperatur-Einstellvorrichtungen, die bei diesen optischen Elementen angewandt werden, unabhängig voneinander oder alternativ hierzu parallel gesteuert werden können.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen können Kühleinrichtungen anstelle der Heizeinrichtungen verwendet werden. Solche Kühleinrichtungen können beispielsweise eine Kühlmedium-Zufuhreinrichtung zum Zuführen von Kühlmedium, wie etwa gekühlte Luft, Flüssigstickstoff oder Flüssigsauerstoff aufweisen.
Ferner kann die Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Wellenfront-Aberration, die rotationsasymmetrisch hinsichtlich der optischen Achse ist, eine Einrichtung zum Umlenken bzw. Abschwenken einer Linse oder eines Spiegels eines optischen Projektionssystems hinsichtlich der optischen Achse aufweisen, um eine rotationssymmetrische Wellenfront (Aperation) zu erzielen. Alternativ hierzu kann solch eine Korrektureinrichtung eine transparente parallele flache Platte, die innerhalb eines optischen Projektionssystems angeordnet ist, und eine Einstelleinrichtung aufweisen zum Kippen der parallelen flachen Platte um einen gewünschten Winkel hinsichtlich der optischen Achse.
Eine weitere Alternative einer solchen Korrektureinrichtung kann eine Deformationseinrichtung enthalten, die beispielsweise einen Betätiger bzw. Aktuator aufweist zum Deformieren einer Reflexionsoberfläche eines konkaven Spiegels, eines konvexen Spiegels oder eines flachen Spiegels, die in dem optischen Projektionssystem enthalten sind, durch Drücken oder Heranziehen der Rückseite der Oberfläche des Reflextionsspiegels unter Verwendung des Aktuators. Bei einer weiteren Alternative kann beispielsweise solch eine Korrektureinrichtung eine Einrichtung zum Deformieren einer in dem optischen Projektionssystem vorgesehenen transparenten parallelen flachen Platte unter Verwendung eines Aktuators aufweisen.
Als nächstes wird eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens einer Vorrichtung beschrieben, welches irgendeines der zuvor beschriebenen Projektionsbelichtungsgeräte verwendet.
34 ist ein Ablaufdiagramm von der Abfolge der Herstellung einer Mikrovorrichtung, wie etwa eines Halbleiterchips (z. B. IC oder LSI), einer Flüssigkristallanzeige oder eines LCCDs zum Beispiel. Der Schritt 1 ist ein Entwurfprozess zum Entwerfen der Schaltung einer Halbleitervorrichtung. Schritt 2 ist ein Prozess zum Herstellen einer Maske auf der Basis des Entwurfes des Schaltungsmusters. Schritt 3 ist ein Prozess zum Herstellen eines Wafers unter Verwendung eines Materials, wie etwa Silizium.
Schritt 4 ist ein Waferprozess, welcher ein Vor-Prozess genannt wird, bei welchem unter Verwendung der derart präparierten Maske und des Wafers praktisch Schaltungen auf dem Wafer durch Lithographie ausgebildet werden. Schritt 5, der diesem nachfolgt, ist ein Bestückungsschritt, welcher ein Nach-Prozess genannt wird, bei dem der bei Schritt 4 hergestellte Wafer in Halbleiterchips ausgebildet wird. Dieser Schritt enthält die Bestückung (Trennung und Bonding) und Verpackung (Chipversiegelung). Schritt 6 ist ein Überprüfungsschritt, bei welchem eine Betriebsüberprüfung, Beständigkeitsüberprüfung usw. der bei Schritt 5 erzeugten Halbleitervorrichtungen ausgeführt werden. Mit diesen Prozessen sind Halbleitervorrichtungen vollendet und werden versandt (Schritt 7).
35 ist ein Ablaufdiagramm, welches Details des Waferprozesses zeigt. Schritt 11 ist ein Oxidationsprozess zum Oxidieren der Oberfläche eines Wafers. Schritt 12 ist ein CVD-Prozess zum Ausbilden eines Isolierfilmes auf der Waferoberfläche. Schritt 13 ist ein Elektrodenausbildungsprozess zum Ausbilden von Elektroden auf dem Wafer durch Dampfablagerung. Schritt 14 ist ein Ionenimplantationsprozess zum Implantieren von Ionen in den Wafer. Schritt 15 ist ein Fotolackprozess zum Anwenden eines Fotolackes (fotosensitives Material) auf dem Wafer. Schritt 16 ist ein Belichtungsprozess zum Drucken des Schaltungsmusters der Maske auf den Wafer mittels Belichtung durch das obig beschriebene Belichtungsgerät. Schritt 17 ist ein Entwicklungsprozess zum Entwickeln des belichteten Wafers. Schritt 18 ist Ätzprozess zum Entfernen von Abschnitten, die anders sind als das entwickelte Fotolackbild. Schritt 19 ist ein Fotolackseparationsprozess zum Trennen des Fotolackmaterials, welches auf dem Wafer verbleibt, nachdem er dem Ätzprozess ausgesetzt wurde. Durch Wiederholung dieser Prozesse werden Schaltungsmuster in überlagernder Weise auf dem Wafer ausgebildet.
Während die Erfindung unter Bezugnahme der hierin offenbarten Strukturen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die dargestellten Details beschränkt, und diese Anwendung ist beabsichtigt, solche Modifikationen und Änderungen abzudecken, die in den Umfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen.

Claims

Ein Abtast-Projektionsbelichtungsgerät, das Folgendes aufweist: eine Belichtungseinrichtung (2, 7) zum Belichten eines ersten Objektes (8) mit Belichtungslicht, das eine schlitzähnliche Querschnittsform aufweist; ein optisches Projektionssystem (9), welches eine Anzahl von optischen Komponenten (41, 52) aufweist, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, um ein Muster des ersten Objektes auf ein zweites Objekt (W) zu projizieren; eine Abtasteinrichtung zum relativen Abtasten des ersten (8) und des zweiten (W) Objektes in einer Abtastrichtung relativ zu dem Belichtungslicht und relativ zu dem optischen Projektionssystems (9); wobei das Belichtungslicht auf wenigstens eine der optischen Komponenten (41, 52) des optischen Projektionssystems in einem Bereich (42) einfällt, der bezüglich der optischen Achse nicht achsensymmetrisch ist, so dass eine Temperaturverteilung von der wenigstens einen optischen Komponente bezüglich der optischen Achse nicht achsensymmetrisch wird, und so dass ein Unterschied bezüglich einer vorbestimmten optischen Eigenschaft des optischen Projektionssystems zwischen einer ersten Rissebene (43), die die Abtastrichtung und die optische Achse enthält, und einer zweiten Rissebene (44), die senkrecht zu der ersten Rissebene steht und die optische Achse enthält, erzeugt wird; wobei das Abtast-Projektionsbelichtungsgerät ferner Einstelleinrichtungen (13, 14; 70, 71; 221, 222; 332–339; 381–388) aufweist, die das optische Projektionssystem derart einstellen, dass der Unterschied der optischen Eigenschaft zwischen der ersten und der zweiten Rissebene (43, 44) des optischen Projektionssystems reduziert wird, wobei die Einstelleinrichtungen Folgendes aufweisen: (i) eine Vielzahl von Heizeinrichtungen (221, 222; 332, 339), die entlang einer Umfangsrichtung von der wenigstens einen optischen Komponente (41, 52) vorgesehen und ausgelegt sind, um die Temperaturverteilung der wenigstens einen optischen Komponente im Wesentlichen in eine achsensymmetrische Verteilung zu korrigieren, wobei die Vielzahl von Heizeinrichtungen betätigbar ist, um den Randabschnitt der wenigstens einen der optischen Komponenten zu erwärmen, die eine relativ niedrige Temperatur aufweist, (ii) eine Vielzahl von Kühleinrichtungen (13', 14'), die entlang einer Umfangsrichtung der wenigstens einen optischen Komponente (41, 52) vorgesehen und ausgelegt sind, um die Temperaturverteilung der wenigstens einen optischen Komponente im Wesentlichen in eine achsensymmetrische Verteilung zu korrigieren, wobei die Vielzahl von Kühleinrichtungen betätigbar ist, um den Randabschnitt der wenigstens einen der optischen Komponenten zu erwärmen, die eine relativ hohe Temperatur aufweist, (iii) einen Einstellmechanismus, der ausgelegt ist, um wenigstens eines aus einer Deformation einer Linse des optischen Projektionssystems, einer Neigung einer transparenten, parallelen Flachplatte des optischen Projektionssystems und einer Dezentrierung einer optischen Komponente des optischen Projektionssystems zu erzeugen.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei die Heiz- oder Kühleinrichtungen (221, 222; 332–339) eine Temperaturverteilung in einer Vielzahl von optischen Komponenten des optischen Projektionssystems (304) steuern.
Gerät gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 24, das ferner eine Speichereinrichtung (224, 315) aufweist, in welcher Steuerungsdaten hinsichtlich eines Abänderns der Temperaturverteilung der optischen Komponente im Verlaufe des Belichtungsprozesses gespeichert sind, und wobei die Heiz- oder Kühleinrichtungen (15; 13, 14; 13', 14'; 222; 221, 222; 332–339; 381–388) die Temperaturverteilung der optischen Komponente auf der Basis einer Belichtungszeit, einer Belichtungsenergie und der Steuerungsdaten steuern.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus eine Antriebseinrichtung für optische Komponenten aufweist, um eine optische Komponente des optischen Projektionssystems bezüglich der optischen Achse des optischen Projektionssystems zu dezentrieren.
Gerät gemäß Anspruch 4, wobei die hinsichtlich der optischen Achse dezentrierbare optische Komponente eine Linse oder ein Spiegel ist.
Gerät gemäß Anspruch 1, wobei der Einstellmechanismus eine Oberflächenform- Änderungseinrichtung aufweist, um eine Oberflächenform einer Linse des optischen Projektionssystems zu ändern.
Gerät gemäß Anspruch 6, wobei der Einstellmechanismus eine Einrichtung zum Anwenden einer Kraft auf die Linse aufweist.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Fokussiereinrichtung (16) aufweist, um die Bildposition des optischen Projektionssystems einschließlich der wenigstens einen eingestellten optischen Komponente mit der Oberfläche des zweiten Objektes (W) in Deckung zu bringen.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Vergrößerungs-Einstelleinrichtung aufweist, um eine Bildvergrößerung des optischen Projektionssystems einschließlich der wenigstens einen eingestellten optischen Komponente auf eine vorbestimmte Bildvergrößerung einzustellen.
Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Belichtungseinrichtung aufweist, um das erste Objekt (8) durch eine Blende (348) zu beleuchten, welche entfernt von der optischen Achse angeordnete Öffnungen (362–367) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das einen Verfahrensschritt des Druckens eines Vorrichtungsmusters eines ersten Objektes (8) auf ein Substrat (W) durch Verwendung eines Abtast-Projektionsbelichtungsgerätes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist, und das ferner einen Verfahrensschritt des Herstellens einer Halbleitervorrichtung von dem bedruckten Substrat aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Vorrichtungsmuster des ersten Objektes (8, 303) unterschiedliche Schwärzungen an unterschiedlichen Positionen (322, 323) aufweist.