JP2003158059A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 極微細パターンの露光装置においては、わず
かな振動や変形が精度を劣化させる原因となるため、照
明光学系と露光装置本体を別置きに配置することが有効
な方法とされている。この別置きの照明光学系と露光装
置本体との相対位置モニターの校正を簡便に行い、スル
ープットを向上させつつ、高精度に焼き付けを行う露光
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 露光装置本体と別置きの照明光学系との
相対位置を計測するセンサーを備え、照明光学系による
照明範囲、もしくは、露光面での主光線の傾きを計測す
ることで、センサーの校正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の
半導体製造過程において、レチクル（マスクとも称す
る）等の原板上の回路パターンを基板上に縮小投影して
焼き付け形成する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩなどの極
微細パターンから形成される半導体素子の製造工程にお
いて、レチクルに描かれた回路パターンを感光材が塗布
された基板上に縮小投影して焼付け形成する縮小投影露
光装置が使用されている。半導体素子の実装密度の向上
に伴い、パターンのより一層の微細化が要求され、レジ
ストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応
がなされてきた。

【０００３】露光装置の解像力を向上させる手段として
は、露光波長を短波長にする方法と、投影光学系の開口
数（ＮＡ）を大きくしていく方法とがある。一般に解像
力は露光波長に比例し、ＮＡに反比例することが知られ
ている。

【０００４】また、こうした微細化への対応を図る一方
で、半導体素子の製造コストの観点から、露光装置にお
ける一層のスループット向上が図られてきている。例え
ば、露光光源の大出力化により、１ショット当りの露光
時間を短縮する方法、あるいは露光面積の拡大により、
１ショット当りの素子数を増やす方法などが挙げられ
る。

【０００５】しかし、極微細パターンの露光を目的とす
る露光装置においては、装置の設置される床からの振動
や、装置内部の可動部（例えばマスクステージや基板ス
テージ）等が装置に与えるわずかな振動や変形が、重ね
露光（オーバーレイ）精度や露光像の精度を劣化させる
原因となる。また、このような振動や変形が収束するま
で待ってから露光を行うのでは、スループットを低下さ
せてしまうことになる。

【０００６】そこで、従来の露光装置においては、床振
動や装置内部振動の影響を軽減させるために除振台に装
置を載置したり、装置内部の可動部の加減速時の反力を
吸収する方法などが採られている。

【０００７】ところが、前述の通り、投影光学系の高Ｎ
Ａ化や露光面積の拡大、光源の高出力化に加え、二次光
源の分布を種々コントロールして照明し高解像を達成す
る変形照明法の採用に伴って、照明光学系が大型かつ大
重量化する傾向にあり、前述の装置本体に関する制振特
性を劣化させていた。

【０００８】こうした問題に対して、光源あるいは照明
光学系を露光装置本体とは別置きに配置することが有効
な方法とされている。さらに、別置きした照明光学系と
露光装置本体との相対位置関係をモニターする方法が本
出願人より提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のとお
り微細化が進むにつれて、前述のごとく別置きされた照
明光学系と露光装置本体との位置関係が、従来よりもよ
り厳密に維持する必要がでてきた。例えば、露光装置本
体の姿勢変化に伴って照明光学系との相対位置関係が変
化すれば、照明光の光軸偏差や入射角偏差が生じる。そ
して、これらに起因した照度ムラの発生や露光像の変形
の発生により、要求される露光精度を満たすことができ
ない、あるいはスループット低下を招くなどの問題が生
じる。

【００１０】従って、従来のように照明光学系と露光装
置本体の相対位置関係をモニターする場合は、モニター
自身の経時変化あるいはモニター機能の検出誤差も無視
できない。このモニターを校正するのに、実際に基板に
所定のパターンを焼付けて露光像を検査するのは有効な
方法であるが、実際には検査に時間がかかり装置稼働率
の低下を招くこと、そしてこの種の装置がめざす完全自
動化の要求に反することなどの問題がある。

【００１１】本発明は、別置きの照明光学系と露光装置
本体との相対位置モニターの校正を簡便に行い、従来の
方法よりも装置稼働率及びスループットを向上させつ
つ、高精度に極微細パターンの焼付けを行う露光装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を改善するた
めの本発明の露光装置は、光源からの光をマスクに照明
する照明光学系と、該マスクのパターンを基板上に投影
する本体部とを有し、該照明光学系と該本体部は分離し
て設置されており、該照明光学系と該本体部との相対位
置を計測するセンサーを備えた露光装置において、該セ
ンサーを校正する校正手段を備えたことを特徴とする。

【００１３】また、前記校正手段による校正は、前記露
光装置の起動時および運転中の所定のタイミングの少な
くとも一方で行われることが望ましい。また、前記セン
サーは、前記照明光学系と前記本体部との機械的相対位
置を検出することが望ましい。

【００１４】また、前記センサーは、前記照明光学系と
前記本体部との平行移動量と傾き量の少なくとも一方を
検出することが望ましい。また、前記校正手段は、少な
くとも前記露光装置の前記マスク面における照明範囲を
計測する照明範囲検出器を備えることが望ましい。ま
た、前記校正手段は、少なくとも前記基板面上の露光光
の主光線の前記基板面に対する傾きを検出する傾き検出
器を備えることが望ましい。

【００１５】また、前記照明範囲検出器と、前記傾き検
出器の両方を備えることが望ましい。また、前記露光装
置は、前記マスク面における照明範囲を規制する、開口
の大きさが可変のマスキング手段を備えることが望まし
い。

【００１６】また、前記照明範囲検出器は、該マスキン
グ手段の前記基板面における投影像を検出することが望
ましい。また、前記傾き検出器は、前記露光を行う露光
光学系の瞳面の光強度分布を測定することが望ましい。

【００１７】また、前記照明範囲検出器として、前記基
板面における露光照度を検出する照度計を用いることが
望ましい。また、前記傾き検出器として、前記基板面に
おける露光照度を検出する照度計を用いることが望まし
い。

【００１８】また、前記照明範囲検出方法として、前記
マスキング手段を所定の大きさに設定し、該マスキング
手段の前記基板面上における投影像の位置を、前記照度
計の受光部を該基板面の平面に沿って移動させることに
より検出することが望ましい。

【００１９】また、前記傾き検出方法として、前記マス
キング手段により該基板面から前記露光光の光軸方向に
変位した変位平面に光学系の瞳面の光強度分布が現れる
ように露光範囲を規制し、該照度計の受光部を該変位平
面に一致させながら該照度計を該変位平面に沿って移動
させることにより該瞳面の光強度分布を測定することが
望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。

【００２１】（第１の実施例）図１に、本発明の一実施
例を説明する。１は光源、２は照明光学系、３は露光装
置本体で、照明光学系２は支持構造４に載置されてい
る。支持構造４は、露光装置本体３を設置している床
（不図示）から立ち上がっていてもよいし、あるいは露
光装量本体３を設置している床とは実質別の床に設置さ
れてもよい。

【００２２】光源１から射出した光は照明光学系２に導
かれ、光束を所定の形状に整形する整形光学系５、及び
ミラー６を介してオプティカルインテグレータ７に入射
する。オプティカルインテグレータ７の射出面近傍に
は、二次光源（不図示）が形成され、ここからの光は集
光レンズ８により集光される。集光点を含む光軸と直交
する平面近傍にはマスキング９が配置されている。マス
キング９は矩形状の開口部を持ち、その矩形の大きさ
は、不図示の駆動手段により任意に設定可能である。

【００２３】１０はマスキング結像レンズで、マスキン
グ１０の像を所定の倍率でレチクル１１のパターン面上
に投影することで、照明範囲を規定している。１２は投
影光学系でその内部に瞳面１３を有し、レチクル１１の
パターンを所定の倍率（例えば４：１や５：１）で感光
材が塗布された基板１４に綿小投影して焼付けられる。
１５は基板ステージで、基板１４を保持すると共に、投
影光学系１２の光軸方向と光軸と直交平面方向に不図示
の駆動手段で移動することができる。

【００２４】１６は照度計で、基板ステージ１５に載置
されており、基板ステージを移動して照度計１６を投影
光学系１２の光軸上に位置させ、さらに照度計１６の受
光面を基板１４の平面に一致させながら光源１を発光す
ると、基板１４を露光する照度を測定することができ
る。

【００２５】１７は傾きセンサーで、露光装置本体３と
照明光学系２の相対的な傾きを検出するための変位計
で、本実施例においては露光装置本体３に固定され、照
明光学系２の射出端近傍の構造物の位置を計測している
ものである。尚、傾きセンサー１７の配量個数について
は、光軸周りに３個が望ましいが、本発明においては特
にこれに限定するものではない。

【００２６】また、本実施例においては傾きセンサー１
７を露光装置本体３側に固定しているが、照明光学系２
に固定し露光装置本体３を計測しても構わない。また、
傾きセンサー装置にて規定変位が記憶されており、前記
計測値と規定変位を所定の時間間隔で比較し、傾き量も
しくは軸ずれ量の少なくとも一方が規定変位を越えた場
合には異常と判断し、エラーを不図示の表示器に表示し
て警告する。露光動作中に相対位置異常が発生した場合
は、ただちに光源１の発光を停止すると共に、レチクル
駆動手段（不図示）、及び基板駆動手段（不図示）の動
作を停止する。

【００２７】以上、相対位置異常時の動作であるが、次
に傾きセンサー１７と軸ずれセンサー１８の校正方法に
ついて説明する。

【００２８】まず、傾きセンサー１７の校正方法につい
て説明する。照明光学系２が露光装置本体３に対して所
定位置より傾いた場合、レチクル１１の照明光の主光線
は入射角偏差を生じ、最終的には基板１４面での露光光
の主光線の入射角偏差を生じることになる。この際、オ
プティカルインテグレータ７の射出面と共役な投影光学
系１２内の瞳面１３においては、前述の露光光の主光線
の入射角偏差に応じて、光強度分布が変動する。従っ
て、瞳面上の光強度分布が、所定の状態からどれだけ異
なっているのか計測できれば、その状態での傾きセンサ
ー１７の計測値を校正することが可能である。

【００２９】図２を用いて、上記瞳面上の光強度分布を
測定し照明光の主光線の入射角偏差を求める方法につい
て説明する。図２は説明のため図１の一部を抜き出した
もので、同一の符号は同一の部材を表わすため詳細な説
明は省略する。

【００３０】光軸Ｌａ位置における照明光の主光線の入
射角偏差を測定する場合には、光軸Ｌａの位置のみ僅か
に照明光が透過するように、マスキング９を駆動して開
口を小さく設定する。また、基板ステージ１５を駆動し
て照度計１６が光軸Ｌａ上に位置するよう設定すると共
に、基板ステージ１５を光軸Ｌａ方向に駆動して露光時
の基板面の位置１４ａから所定の距離だけ下方に照度計
１６が位置するように設定する。

【００３１】マスキング９によって制限された開ロ部か
らの照明光のみが基板面１４ａで一且結像し、その後照
射角度を反映したまま照度計１６に到達する。照度計１
６は所定の大きさの受光面を有し、到達した光の一部を
受光するよう構成されているため、基板ステージ１５を
２次元的に駆動しながら到達した光全面について光強度
を測定することで光強度分布を２次元的に検出できる。

【００３２】レチクル１１の照明光の主光線が光軸Ｌａ
と一致している状態、すなわち照明光学系２が入射角偏
差をもっていない状態での上記光強度分布が予め制御部
に記憶されており、かつ照明光の入射角偏差と光強度分
布の変動量との関係も予め制御部に記憶されているた
め、今回測定した光強度分布との差分から照明光の主光
線の入射角偏差が算出される。

【００３３】次に、図１で示した傾きセンサー１７の計
測値と先に算出した入射角偏差を比較し、異なっていれ
ば傾きセンサー１７の計測値に所定の補正値を次回の計
測から反映するように制御する。

【００３４】次に、位置センサー１８の校正方法につい
て説明する。照明光学系２が露光装置本体３に対して所
定位置より光軸ずれを起こした場合、レチクル１１の照
明範囲は光軸偏差を起こし、最終的には基板１４面での
露光範囲の光軸偏差を生じることになる。照明範囲を規
定しているのは前述の通りマスキング９であり、マスキ
ング９面とレチクル１１面、及び基板１４面は共役であ
るため、基板１４面上のマスキング９の投影像の位置を
計測することで、位置センサー１８の計測値を校正する
ことが可能である。

【００３５】図３を用いて、上記照明光の光軸偏差を求
める方法について説明する。図３は説明のため図１の一
部を抜き出したもので、同一の符号は同一部材を表わす
ため詳細な説明は省略する。

【００３６】まず、マスキング９を所定の位置に設定す
る。また、基板ステージ１５を駆動して、照度計１６が
光軸Ｌ８付近に位置するように設定すると共に、基板ス
テージ１５を光軸Ｌａ方向に駆動して露光時の基板面の
位置に一致させる。

【００３７】マスキング９内の遮光体の内、例えば図中
の９ａの遮光体は基板面上においては９ｂのマスキング
投影像として結像される。

【００３８】先に光軸Ｌａ付近に位置した照度計１６が
マスキング投影像９ａを走査するように基板ステージ１
５を駆動することで、光量の大小からマスキング投影像
９ａの位置を検出できる。同様にして、マスキング９内
の他の遮光体に開する投影像も順次検出していく。

【００３９】レチクル１１の照明光の光軸偏差がない状
態、すなわち照明光学系２が露光装置本体３に対して光
軸ずれを持っていない状態での上記マスキング投影像の
位置が予め制御部に記憶されている。また、マスキング
投影像の位置変動量に投影光学系１２の倍率をかけるこ
とで照明光学系２の光軸偏差が算出される。次に、図１
で示した位置センサー１８の計測値と先に算出した光軸
偏差を比較し、異なっていれば位置センサー１８の計測
値に所定の補正値を次回の計測から反映するように制御
する。

【００４０】以上のようにして、マスキング投影像の位
置検出から照明光学系２の光輪偏差を算出し、位置セン
サー１８を校正するが、マスキング９の各遮光体の投影
像につき複数箇所で位置検出することで、マスキング９
の開口が光軸回りにどれだけ回転しているかを知ること
ができる。先に述べた通り、位置センサー１８が照明光
学系２の光軸回りの変位検出を行うように構成された場
合には、このようにしてセンサーを校正することができ
る。

【００４１】（第２の実施例）次に、上記実施例の変形
例について説明する。

【００４２】図４は、先に述べた図２の実施例の変形例
である。図２と同一の符号は同一の部材を表わすので、
詳細な説明は省略する。図２の実施例との相違は、照度
計１６としてＣＣＤを用いた点である。

【００４３】図４において、１６ａはピンホール板、１
６ｂはＣＣＤである。ピンホール板１６ａは、基板１４
面と同一平面に設定されており、ＣＣＤ１６ｂはピンホ
ール板１６ａのピンホールを透過した光を受けるようピ
ンホール板１６ａの下方の所定距離離れた位置に配置さ
れている。

【００４４】また、本実施例の場合はピンホール板１６
ａを配置したため、マスキング９に関しては図２のよう
に開口部を小さくする必要がない。

【００４５】以上、２つの実施例について説明したが、
前述の校正を実行するタイミングについては、例えば傾
きセンサー１７位置センサー１８が絶対位置計測できな
いタイプのものを使用した場合は、装置起動時に校正を
行う必要がある。また、上記センサーの経時変化量が光
学許容値に対して無視できない場合は、所定の時間間隔
で随時校正を実行するのが望ましい。

【００４６】さらに、上記実施例においては、センサー
の計測値に基づいて異常と判断した際、光源の発光を停
止すると共に、レチクル駆動手段、及び基板駆動手段の
動作を停止する例を述べたが、この他に照明光学系の姿
勢をアクチュエータで補正し、正常な状態になったら露
光動作を再開するようなことも可能である。

【００４７】また、傾きセンサー１７と位置センサー１
８のいずれか一方のみを備えることも可能で、傾きセン
サー１７のみ備えた場合は露光画での露光光の主光線傾
きを、位置センサー１８のみ備えた場合、は照明範囲を
検出するだけでセンサー校正が行われる。

【００４８】また、本発明はステップ・アンド・リピー
ト方式（レチクルパターンを順次焼付け、ステップ移動
させる）の露光装置と、ステップ・アンド・スキャン方
式（レチクルと基板を同期させながら走査露光し、次の
ショツトに順次移動）露光装置のいずれでもその効果は
得られるものであるし、光源の種類についても限定する
ものではない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、別
置きの照明光学系と露光装置本体との相対位置モニター
の校正を簡便に行い、従来の方法よりも装置稼働率及び
スループットを向上させつつ、高精度に極微細パターン
の焼付けを行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の装置全体構成概念図

【図２】 第１実施形態の詳細説明図

【図３】 第１実施形態の詳細説明図

【図４】 第２実施形態の説明図

【符号の説明】

１ 光源 ２ 照明光学系 ３ 露光装置本体 ４ 支持構造 ５ 整形光学系 ６ ミラー ７ オプティカルインテグレータ ８ 集光レンズ ９ マスキング １０ マスキング結像レンズ １１ レチクル １２ 投影光学系 １３ 瞳面

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光をマスクに照明する照明光
   学系と、該マスクのパターンを基板上に投影する本体部
   とを有し、該照明光学系と該本体部は分離して設置され
   ており、該照明光学系と該本体部との相対位置を計測す
   るセンサーを備えた露光装置において、 該センサーを校正する校正手段を備えたことを特徴とす
   る露光装置。
2. 【請求項２】 前記校正手段による校正は、前記露光装
   置の起動時および運転中の所定のタイミングの少なくと
   も一方で行われることを特徴とする請求項１記載の露光
   装置。
3. 【請求項３】 前記センサーは、前記照明光学系と前記
   本体部との機械的相対位置を検出することを特徴とする
   請求項１又は２記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記センサーは、前記照明光学系と前記
   本体部との平行移動量と傾き量の少なくとも一方を検出
   することを特徴とする請求項１、２又は３記載の露光装
   置。
5. 【請求項５】 前記校正手段は、少なくとも前記露光装
   置の前記マスク面における照明範囲を計測する照明範囲
   検出器を備えることを特徴とする請求項１から４のいず
   れか一項に記載の露光装置。
6. 【請求項６】 前記校正手段は、少なくとも前記基板面
   上の露光光の主光線の前記基板面に対する傾きを検出す
   る傾き検出器を備えることを特徴とする請求項１から４
   のいずれか一項に記載の露光装置。
7. 【請求項７】 前記照明範囲検出器と、前記傾き検出器
   の両方を備えることを特徴とする請求項１から６のいず
   れか一項に記載の露光装置。
8. 【請求項８】 前記露光装置は、前記マスク面における
   照明範囲を規制する、開口の大きさが可変のマスキング
   手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれ
   か一項に記載の露光装置。
9. 【請求項９】 前記照明範囲検出器は、該マスキング手
   段の前記基板面における投影像を検出することを特徴と
   する請求項５又は７記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記傾き検出器は、前記露光を行う露
    光光学系の瞳面の光強度分布を測定することを特徴とす
    る請求項６又は７記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 前記照明範囲検出器として、前記基板
    面における露光照度を検出する照度計を用いたことを特
    徴とする請求項５、７又は９記載の露光装置。
12. 【請求項１２】 前記傾き検出器として、前記基板面に
    おける露光照度を検出する照度計を用いたことを特徴と
    する請求項６、７又は１０記載の露光装置。
13. 【請求項１３】 前記照明範囲検出方法として、前記マ
    スキング手段を所定の大きさに設定し、該マスキング手
    段の前記基板面上における投影像の位置を、前記照度計
    の受光部を該基板面の平面に沿って移動させることによ
    り検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか
    一項に記載の露光装置。
14. 【請求項１４】 前記傾き検出方法として、前記マスキ
    ング手段により該基板面から前記露光光の光軸方向に変
    位した変位平面に光学系の瞳面の光強度分布が現れるよ
    うに露光範囲を規制し、該照度計の受光部を該変位平面
    に一致させながら該照度計を該変位平面に沿って移動さ
    せることにより該瞳面の光強度分布を測定することを特
    徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光装
    置。