JP2001250761A

JP2001250761A - 露光収差補正方法

Info

Publication number: JP2001250761A
Application number: JP2000060686A
Authority: JP
Inventors: Michio Kono; 道生河野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ステッパーやスキャナーにおいて、回転非対
称な露光を受けた際に生じる回線非対称性収差の発生を
抑えるとともに、回転対称性収差も高精度で補正する露
光収差補正方法を提供する。【解決手段】第一の露光でレベンソン型位相シフトレ
チクル等を露光して‘下地’としての微細パターンを形
成し、しかる後、第二露光でゲートセル等の輪郭を形成
するパターンを露光する。そして、ウエハー上の光学像
として重ね合わせた後、現像して任意の微細パターンを
形成する。その第一露光では、投影レンズの瞳近くのレ
ンズには回転非対称な回折パターン（露光分布）がつく
られる。これに対して、その第二露光においては、通常
照明法により、回転対称な露光分布が形成される。そし
て、第一露光と第二露光とがレチクル交換を挟んで交互
に繰り返されるので、回転非対称性の露光収差は緩和さ
れ、回転対称性の露光収差だけが増幅される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は露光補正方法に関
し、特に、原板上の回路パターンを投影レンズを介して
ウエハー上に繰り返し露光する第一露光工程と、これに
伴って発生した回転非対称性の露光収差を緩和する第二
露光工程と、前記第一露光工程と第二露光工程の少なく
とも一方で発生した回転対称性の露光収差を補正する第
三工程手段とを含む露光収差補正方法に関する。なお、
投影光学系としては、レンズのみから成るもの、レンズ
とミラーから成るもの等がある。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの微細化は日々に進展
し、現在では量産工程においてもその最小寸法が０．１
８ｕｍを切ろうとしている。そして、今後５年後くらい
のうちに０．１３〜０．１０ｕｍに到達するべく試作ラ
インが建設されつつある。このような要求をみたすため
の最も実現性の高い露光方式は従来の光リソグラフィー
であり、その使用波長を短波長化していくことが具体的
手段であると考えられている。つまり、歴史的にはｇ線
（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５ｎｍ）へ、そして、Ｋ
ｒＦレーザー（２４８ｎｍ）へ移行してきたし、現在で
は、ＡｒＦレーザー（１９３ｎｍ）が量産現場に投入さ
れつつある。さらにＦ₂レーザー（１５７ｎｍ）も検討
が始められ、すでに実用化の範疇にある。

【０００３】ところが、波長が短くなると、特にＡｒＦ
以降では、露光光を硝材が吸収し、その結果、レンズの
結像特性が変化するという問題、すなわち露光収差が発
生するという問題が起きてくる。これは露光が進むにつ
れてレンズが熱的に励起され、形状変形を引き起こすと
ともに、硝材の光学屈折率も変化することに起因してい
る。

【０００４】従来の走査露光装置では露光領域が矩形状
ないしは円弧状（以下、矩形状で代表する）である為
に、露光によって照明される投影レンズの各レンズ部材
はそれらの配置される場所に応じて矩形状、ないしは矩
形が照明光束の広がり分だけ膨らんだ楕円状の光束で照
明し、加熱される。露光が進行するにつれてこのような
加熱環境は投影レンズを光軸横断面でみた場合に回転非
対称に変形させる。その結果、ウエハー上への結像光束
は非点収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ：アス）等の非対
称収差を発生し転写特性を著しく劣化させる。

【０００５】レンズの結像特性を非対称に歪ませる要因
はスリット露光だけではない。

【０００６】図９は、レベンソン型位相シフトレチクル
の平面図である。このようなレチクルを露光した時に
は、これが極端に一次元状の配置になっていると、投影
レンズの瞳周辺部（レチクルパターンの直交方向）には
±１次回折光のみが存在する。

【０００７】図１０には、投影レンズの瞳周辺部の±１
次回折光を示してある。このような場合には、瞳は非対
称に露光、加熱され、この場合も非点収差等の非対称収
差が発生する。

【０００８】レンズに非対称収差を発生させる第三の要
因としてはレチクルの透過領域と不透過領域の分布の偏
在した場合がある。これは例えばシステムＬＳＩのよう
に、一つのレチクル上にメモリー部、ロジック部、電源
部といった機能素子が集積した場合にそれぞれの部分の
透過率が異なるために起きる。この場合、投影レンズの
うちレチクル近くに位置するレンズ群にはレチクルの透
過率分布がそのまま（厳密には光束の広がり分ぼけて）
映り、回転非対称にレンズが加熱される。この時には非
対称収差等が発生しやすい。

【０００９】これらの非対称収差を補正ためには、たと
えば特開平１０−２７７４３号公報に開示されているよ
うに投影レンズの光路中に２枚の平行平板を設けてこれ
らを光軸に対して傾けてもよい。又、たとえば特開平１
０−２４２０４８号公報に開示されているように上記平
行平板をずらしてもよい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は、収差補正量に応じて光軸がずれるという欠点があ
る。つまり、補正の度にレチクルとウエハーとのアライ
メント誤差が生じる。これをいちいち補正するとスルー
プットが低下する。また、機構設計上からも、レンズ部
材を光軸方向に平行移動する機構の場合は高精度を達成
しやすく、構造上もスペースをとらないのに対して、前
述の平行平板を傾けたり、ずらす機構は精度が出しにく
く、しかも、レンズの光軸を横断する方向に補正機構が
装着するので露光装置内のスペースを余計に占有すると
いう欠点がある。要するに、現実の投影レンズは回転対
称性収差を補正する機構は精度的にも構造的にも実装し
やすいが、回転非対称性収差を補正する機構は実装しに
くい。

【００１１】そこで、本発明は、ステップ＆リピート型
露光装置やステップ＆スキャン型露光装置のような非対
称な露光照明領域を持つ光学システムにおいて、回転非
対称な露光を受けた際に生じる回線非対称性収差の発生
を抑えるとともに、回転対称性収差も高精度で補正する
露光収差補正方法を提供することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題するための請
求項１の発明は、原板上の回路パターンを投影光学系を
介してウエハー上に露光する第一露光工程と、これに伴
って前記光学系に発生した回転非対称性の収差を補正す
る第二露光工程と、前記第一露光工程と第二露光工程の
少なくとも一方で前記光学系で発生した回転対称性の収
差を補正する第三工程手段とを含む。請求項２の発明
は、前記第二露光工程において、スキャナーのレチクル
ステージ上に配置された光束発散素子を照明する。

【００１３】請求項３の発明は、前記第二露光工程にお
いて、前記第一露光工程で使用した前記原板とは異なる
原板を照明する。

【００１４】請求項４の発明は、前記第一露光工程と前
記第二露光工程の間に前記ウエハを現像する工程を含
む。

【００１５】請求項５の発明は、前記第一露光工程と前
記第二露光工程の間には、前記ウエハを現像する工程が
介在しない。

【００１６】請求項６の発明は、前記第一露光工程及び
前記第二露光工程は、多重露光工程に含まれる。

【００１７】請求項７の発明は、前記第二露光工程にお
いて、前記回転対称性の露光収差をモニターし、これを
補正する。

【００１８】請求項８の発明は、前記第二露光工程にお
ける前記投影光学系における照明分布は、前記第一露光
工程における前記投影光学系における照明分布に比較し
て相補的な分布である。

【００１９】請求項９の発明は、請求項１乃至８のいず
れかひとつに記載された露光収差補正方法により収差補
正された投影光学系により露光を行う工程を含む。

【００２０】請求項１０の発明は、請求項９記載の露光
方法で露光したウエハを現像する工程を含む。

【００２１】請求項１１の発明は、請求項１乃至８のい
ずれかひとつに記載された露光収差補正方法が行える。
本発明の露光収差補正方法は、原板上の回路パターンを
投影レンズを介してウエハー上に繰り返し露光する第一
露光工程と、これに伴って発生した回転非対称性の露光
収差を緩和する第二露光工程と、前記第一露光工程と第
二露光工程の少なくとも一方で発生した回転対称性の露
光収差を補正する第三工程手段とを含んでいる。

【００２２】具体的には、第二露光工程においては、例
えば、レチクル可動ステージ上に光束発散素子を配置し
てそれを照明し、該素子による拡散光、回折光、ないし
は、散乱光によって、投影レンズ（以下レンズと略称）
において第一露光工程時には照明されないレンズの領域
をも照明加熱する。それによりレンズを熱的に回転対称
に加熱する。光束発散素子としては、拡散板、回折格
子、光学楔、ｂｉｎａｒｙｏｐｔｉｃｓ、レンチキュ
ラー板等もすべて含まれる。

【００２３】又、第二露光工程においては、第一露光工
程時とは別のレチクルを搬送し、これを照明してレンズ
に発生した回転非対称収差を緩和してもよい。

【００２４】ここで、回転対称性収差とは、波面収差の
観点からは、球面収差のようにレンズ光軸に対して回転
対称な収差をいい、非点収差やコマ収差は回転非対称収
差と位置づける。また、投影レンズの画角特性の観点か
らは、光軸対称に発生する像面湾曲、対称性デイストー
ションを回転対称性としている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２６】［実施形態１］図１に示すように、光源１
００（レーザーないしは超高圧水銀ランプ）から発した
露光光束は照明系１０１に導かれ所定の開口数、照度、
均一性、そして、照射領域を有した照明光束に変換さ
れ、レチクルステージ１０２上の実素子パターン領域１
０４を照明する。この場合、照射領域１２５は矩形状で
あり、実際には６インチレチクルの場合１０４ｍｍ×１
３２ｍｍ程度の広がりを持つ。

【００２７】走査露光装置の場合、レチクルは矢印１１
３の方向に走査される。しかしながら実素子パターン領
域１０４を走査中、投影レンズ２００内の各レンズ１，
２，３，４は主として照明光束の０次回折光が通過する
空間１１９に存在する部分だけが加熱される。

【００２８】レチクル近くにあってこの傾向がもっとも
強く現れるレンズ１（２０４）に注目すると、斜線部１
１６はこのレンズ１（２０４）上の照明領域であって矩
形状のレンズ中央部のみが加熱されている。レンズは元
々それ自体の形状が回転対称形に磨かれている上にメカ
的にも回転対称に保持されているのでこのような非対称
な加熱が継続すると、非対称な変形を起こす。すなわ
ち、矩形状照明域の長手方向と短手方向とで曲率半径が
異なる形状（トーリック面）になる。その結果、前述し
たような非点収差や非対称デストーションが発生する。
これを回避するために緩和露光工程（第二露光工程）を
設ける。

【００２９】図２は、緩和露光工程すなわち第二露光工
程を説明するための光路図である。光学系は図１と同じ
である。異なる点は通常のショット露光工程すなわち第
一露光工程の後にレチクルステージ１０２を移動して、
同ステージ上に予め設けたレンズ照明マーク１０３を矩
形状照明領域１２５の下で静止させ、これを所定の時間
露光し続ける点にある。

【００３０】投影レンズ１（２０４）における照明領域
１２０は斜線で示してある。注意すべき点は、この場合
照明領域１２０は、照明領域１１６と異なりレンズ１
（２０４）をほぼ回転対称に照明している点である。こ
れによりレンズ全体は回転対称で熱的飽和状態に達し、
非点収差のような非対称な収差は解消し、球面収差のよ
うな回転対称収差だけが残存する状態になる。

【００３１】更に、レンズを光軸方向に移動させること
によって回転対称収差を精度よく補正することができ
る。

【００３２】先に述べたように回転対称収差には球面収
差のようにＮＡに依存して増減するものと像面湾曲やデ
イストーションのように画角に依存して増減するものと
がある。前者を補正するには、絞り２１０付近に位置す
るレンズ、すなわちレンズ２（２５）やレンズ３（２０
６）を光軸方向移動するのが効果的である。そのため
に、レンズ駆動ユニットＰ（４１０）を用いる。又、後
者を補正するにはレチクル付近に位置するレンズすなわ
ちレンズ１（２０４）を光軸方向移動するのが効果的で
ある。レンズ１（２０４）は、レンズ駆動ユニットＦ
（４００）によって駆動される。

【００３３】回転対称収差の他の補正手段としては、上
述のような一部のレンズ部材の光軸方向移動だけとは限
らず、レンズ間の気圧を加減したり、レンズ自体を加圧
変形させて収差補正してもよい。

【００３４】図３には、実施形態１の露光シーケンスと
収差補正のタイミングを示している。第一の露光でレベ
ンソン型位相シフトレチクル等を露光して‘下地’とし
ての微細パターンを形成する。これに対して、その第二
露光においては、さほど高解像力は要求されないがため
に、通常照明法により、図２の１２０のような回転対称
な露光分布（有効光源）が形成される。

【００３５】そして、図３のシーケンスに従って露光が
進むと、第一露光と非対称収差緩和露光とがウエハー交
換を挟んで交互に繰り返されるので、本発明の効果によ
り問題となる回転非対称性の露光収差は緩和され、回転
対称性の露光収差だけが増幅されていく。したがって、
対称性収差を更に補正する。

【００３６】図４は、レンズ照明マーク１０３に用いる
光学素子の例である。

【００３７】図４（ａ）は、ＣＣ′軸を回転対称軸とす
る偏向プリズムの断面図である。この断面内でレンズ照
明マーク１０３は微小な三角プリズムの繰り返しで構成
されていて、矢印のように入射光束を偏向する作用があ
る。レンズ照明マーク１０３の領域には図４（ａ）のよ
うなセル部材が無数に配置されている。

【００３８】図４（ｂ）光学素子は、図３（ａ）と同じ
作用をもつが層状に形成された回折素子（ｂｉｎａｒｙ
ｏｐｔｉｃｓ）で構成した例である。

【００３９】図４（ｃ）は、同じ作用をクロムパターン
のような遮光性回折格子で構成した例である。

【００４０】図４（ｄ）は拡散板であり、その粗さを加
減すれば透過光の指向性を自在に変えられ、レンズ照明
マークとして利用出来る。

【００４１】［実施形態２］図５に示す実施形態２にお
いては、緩和露光時の照明光束がレンズ（特にレンズ
１）を対称にではなく、その通常のショット露光時には
照明されない領域１２１を照らしている点にある。そし
て、投影レンズ内部の二股に分かれた斜線はレンズ照明
マークの透過光の光路を示している。つまり、本実施形
態の特徴とする点は緩和露光時に第一露光とは相補的な
照明を施す事によってレンズのほぼ全面を均一に照明
し、加熱させる点にある。通常のショット露光開始時に
はレンズは非対称（矩形状）に加熱されるが、例えば１
枚目のウエハーを露光し終わってそれを搬出する際に本
実施形態の緩和露光を行う。そうすることで投影レンズ
は対称に照明、加熱され、非対称性収差を解消すること
が出来、更にレンズを軸移動する事で回転対称収差も補
正できる。どのタイミングで緩和露光を行うかはレンズ
の熱に対する変化特性によって決めればよい。例えば、
熱敏感度の高い投影レンズの場合、ウエハー毎に緩和露
光する必要があるが、熱敏感度の低いレンズならウエハ
ー数枚とか１ロットに１回、あるいは、次のジョブの先
頭のみに緩和露光を行えば充分である。また、１２″ウ
エハーの様に１枚当たりのショット数の多いウエハーの
場合には、１枚のウエハーの露光途中に通常のショット
露光を中断して緩和露光動作に入っても良い。

【００４２】図５中のコントローラ３３０は上述の露光
シーケンスや補正を司る機能を持つユニットである。レ
チクルステージ１０２上に配置した収差モニター用パタ
ーン３１０を照明領域下１２５に搬送し、これを照明す
る。投影レンズ２００を介してパターン３１０の像をウ
エハー面と等価な面に置かれたセンサー３２０で検知、
計測する。計測方法としては、ＣＣＤのような画像処理
機能のものでも、光量センサーをウエハーステージ毎走
査して信号処理する形態でもかまわない。得られた信号
は露光負荷を受けた投影レンズの結像性能を情報として
持っている。コントローラ３３０はこれを受けて、例え
ば、あらかじめ基準としてもっている結像性能の情報と
これを比較する。その結果、投影レンズの結像性能が露
光収差により所定値より劣化した場合には、照明系１０
１、光源１００、レンズ駆動ユニットＦやＰに指令を送
り、本発明の第二露光と対称性収差補正段階に入る。

【００４３】照明系内部には不図示の絞り切り替え機能
があって、これによりレチクル照明用の有効光源が選択
される。これら、コントローラ３３０や照明系内での有
効光源切り替え機構等の存在は本実施形態だけでなく、
前述第一の実施形態にも（不図示ながら）共通すること
は自明の理である。

【００４４】尚、本実施形態に使用するレンズ照明マー
ク１０３の例としては、先に紹介した図４の各々の光学
素子で軸ｃｃ′を線対称軸として一次元状の対称な素子
を用いれば良い。

【００４５】［実施形態３］図６には実施形態３の露光
シーケンスを示す。第一の露光でレベンソン型位相シフ
トレチクル等を露光して‘下地’としての微細パターン
を形成し、しかる後、第二露光でゲートセル等の輪郭を
形成するパターンを露光する。そして、ウエハー上の光
学像として重ね合わせた後、現像して任意の微細パター
ンを形成する。

【００４６】その第一露光では、図９のパターンが用い
られ、投影レンズの瞳近くのレンズ５００の有効領域に
は図１０のように回転非対称な回折パターン（露光分
布）がつくられる。

【００４７】これに対して、その第二露光においては、
さほど高解像力は要求されないがために、通常照明法に
より、図１１のような回転対称な露光分布（有効光源）
が形成される。

【００４８】そして、図６のシーケンスに従って露光が
進むと、第一露光と第二露光とがレチクル交換を挟んで
交互に繰り返されるので、本発明の効果により問題とな
る回転非対称性の露光収差は緩和され、回転対称性の露
光収差だけが増幅されていく。

【００４９】したがって、回転対称性収差のみをモニタ
ーしてある許容値を越えた場合にはその補正をかけるよ
うにする。なお、モニターの仕方としては、図５で示し
たようにレチクル面上パターン３１０の投影レンズによ
る空中像を計測しても良いし、投影レンズの波面収差を
測定しても良い。また、あらかじめ、投影レンズへの積
算露光量と収差の発生量との相関をテーブル化してお
き、各プロセス毎に露光パラメーターとして、レチクル
透過率、レジスト感度、照明条件等を入力して、これら
に基づいて算定しても良い。

【００５０】［実施形態４］図７には、第二露光に別の
レチクルを使用する場合のレチクルパターン（コンタク
トホール列）を示している。

【００５１】図８はこれを露光したときの投影レンズ瞳
上すなわち絞り２１０での回折パターンを示している。

【００５２】第二露光を実施する際には、先行する第一
露光で発生する回転非対称性収差を緩和するのに最も効
果的なレチクルをあらかじめ露光装置内（レチクルステ
ージ上かレチクルライブラリー内）に待機させておいて
これを露光してもよい。そして、そのレチクルはプロセ
ス毎に特化する事も本発明の範囲である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、ステッパ
ーやスキャナーのような投影光学系のレンズなどの光学
系に対して回転非対称な露光照明領域を持つシステムに
おいて、この回転非対称な露光を受けた際に生じる回転
非対称性収差の発生を抑えることができると同時に、回
転対称性収差も高精度で補正できる。それにより、露光
負荷が増大しても投影光学系の初期の結像性能を劣化さ
せずに、又は劣化をかなり小さくすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一露光工程を説明するための光路図

【図２】緩和露光工程すなわち第二露光工程を説明する
ための光路図

【図３】実施形態１の露光シーケンスと収差補正のタイ
ミングを示すフローチャート

【図４】レンズ照明マークに用いる光学素子の例を示す
断面図

【図５】実施形態２における緩和露光時の照明光束を示
す図

【図６】実施形態３の露光シーケンスを説明するための
フローチャート

【図７】第二露光に別のレチクルを使用する場合のレチ
クルパターンの一例を示す図

【図８】図７のパターンを露光したときの投影レンズ瞳
上での回折パターンを示す図

【図９】レベンソン型位相シフトレチクルの平面図

【図１０】投影レンズの瞳近傍のレンズの有効領域の±
１次回折光を示す平面図

【図１１】投影レンズの瞳周辺部のレンズの有効領域の
回転対称な露光分布を示す平面図

【符号の説明】

１００光源１０１照明系１０２レチクルステージ１０３レンズ照明マーク１０４実素子パターン１０８ウエハー１１６、１２０、１２１レンズ上照明領域１１９レンズ内照明空間１２５照明領域２００投影レンズ３１０収差モニターパターン３２０センサー３２１ウエハーステージ３３０コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原板上の回路パターンを投影光学系を介
してウエハー上に露光する第一露光工程と、これに伴っ
て前記光学系に発生した回転非対称性の収差を補正する
第二露光工程と、前記第一露光工程と第二露光工程の少
なくとも一方で前記光学系で発生した回転対称性の収差
を補正する第三工程手段とを含むことを特徴とする露光
収差補正方法。
【請求項２】前記第二露光工程において、スキャナー
のレチクルステージ上に配置された光束発散素子を照明
することを特徴とする請求項１記載の露光収差補正方
法。
【請求項３】前記第二露光工程において、前記第一露
光工程で使用した前記原板とは異なる原板を照明するこ
とを特徴とする請求項１記載の露光収差補正方法。
【請求項４】前記第一露光工程と前記第二露光工程の
間に前記ウエハを現像する工程を含むことを特徴とする
請求項１記載の露光収差補正方法。
【請求項５】前記第一露光工程と前記第二露光工程の
間には、前記ウエハを現像する工程が介在しないことを
特徴とする請求項１記載の露光収差補正方法。
【請求項６】前記第一露光工程及び前記第二露光工程
は、多重露光工程に含まれることを特徴とする請求項１
記載の露光収差補正方法。
【請求項７】前記第二露光工程において、前記回転対
称性の露光収差をモニターし、これを補正することを特
徴とする請求項１記載の露光収差補正方法。
【請求項８】前記第二露光工程における前記投影光学
系における照明分布は、前記第一露光工程における前記
投影光学系上における照明分布に比較して相補的な分布
であることを特徴とする請求項１記載の露光収差補正方
法。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかひとつに記載
された露光収差補正方法により収差補正された投影光学
系により露光を行う工程を含むことを特徴とする露光方
法。
【請求項１０】請求項９記載の露光方法で露光したウ
エハを現像する工程を含むことを特徴とするデバイス製
造方法。
【請求項１１】請求項１乃至８のいずれかひとつに記
載された露光収差補正方法が行えることを特徴とする投
影露光装置。