JP2580572B2

JP2580572B2 - 投影露光装置

Info

Publication number: JP2580572B2
Application number: JP61197373A
Authority: JP
Inventors: 昭一谷元
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-08-25
Filing date: 1986-08-25
Publication date: 1997-02-12
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JPS6354721A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、例えばマスク上のパターンを半導体ウエハ
上に投影露光する装置に関するものである。

［従来の技術］縮小投影型の露光装置は、集積回路等の製造における
リソグラフィ工程の中心的役割を担うようになってきて
いる。この装置の従来のものにおいては、レチクルと呼
ばれるマスクのパターンをウエハ上の決められた位置に
合わせる場合の最終位置合わせは、ウエハを載置したウ
エハステージ又はレチクルを載置したレチクルステージ
を移動させることによって行われている。

ところで、集積回路は、近年増々集積度が向上してお
り、パターン寸法の微細化が進んでいる。従って、マス
クパターンと半導体ウエハとの位置合わせに対しても従
来にない高い精度が要求されている。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、マスクパターンを半導体ウエハ上に転写する
ときには、マスクパターンと半導体ウエハとの位置合わ
せばかりでなく、半導体ウエハ上におけるマスクパター
ンの像のディストーション（像歪）についても考慮する
必要がある。このディストーションは、マスクパターン
を半導体ウエハ上に投影する投影光学系の基本性能に依
存するものであり、このディストーションが大きいと、
マスクパターンを半導体ウエハ上に正確に重ね合わせて
転写できないといった不都合があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マ
スクパターンを半導体ウエハ上に良好に転写することが
できる投影露光装置を提供することを、その目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段と作用］特許請求の範囲第１項に記載した発明の投影露光装置
は、マスク上のパターンを被露光基板上に転写する投影
露光装置において、前記被露光基板側がテレセントリッ
クとなるように配置されたレンズ本体と、前記マスク側
がテレセントリックとなるように配置された傾斜可能な
フィールドレンズとから構成され、前記パターンの像を
前記被露光基板上に投影するための投影光学系を有し、
前記フィールドレンズの傾斜により前記被露光基板上に
投影される前記パターン像のディストーションを調整し
て前記パターンを前記被露光基板上に転写することを特
徴とするものである。

特許請求の範囲第２項に記載した発明の投影露光装置
は、マスク上のパターンを投影光学系を介して被露光基
板上に転写する投影露光装置において、前記マスク側お
よび前記被露光基板側で前記投影光学系がテレセントリ
ックとなるように、前記マスクと前記被露光基板との間
の前記投影光学系の一部に傾斜可能なレンズ素子を設
け、該レンズ素子を傾斜させて、前記被露光基板上の前
記パターンの投影像のディストーションを変化させるこ
とを特徴とするものである。

［実施例］以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

第１図には、本発明の一実施例のブロック図が示され
ている。この図において、レチクル10とウエハ12との間
には、投影レンズ本体14の他に、フィールドレンズ16が
配置されている。

レチクル10には、干渉フィルタ、シャッタ、フライア
イレンズ、コンデンサレンズ等を含む照明光学系18を介
して照明光源20の照明光束REが入射するようになってい
る。

また、投影レンズ本体14は、ウエハ12側がテレセント
リック、レチクル10側が非テレセントリックとなるよう
に光学的に構成されており、フィールドレンズ16を設け
ることにより、全体としてレチクル10側もテレセントリ
ックとなるように配慮されている。

従って、照明光束REによって照明されたレチクル10の
下面のパターンは、フィールドレンズ16,投影レンズ本
体14の作用によりウエハ12上に像IRとして結像される。

次に、ウエハ12は、X,Y及びＺ方向に移動可能な移動
ステージ22上に載置され、ステツプアンドリピートの露
光時にはステージドライバ24によって駆動されるように
なっている。

次に、レチクル10のパターンとウエハ12上の像IRとの
相対位置ずれを観察する手段について説明する。本実施
例では、以下に述べるようなスルーザレンズアライメン
ト検出系が用いられる。

第１図において、光ファイバ26によって導かれた図示
しない手段からのアライメント用の照明光RAは、コンデ
ンサレンズ28、ハーフミラー30、第一対物レンズ32、ミ
ラー34を各々介してレチクル10のアライメントマークMR
部分に入射するようになっている。

レチクル10のアライメントマークMR部分に入射した照
明光RAは、フィールドレンズ16及び投影レンズ本体14を
各々透過してウエハ12上に達し、ウエハ12上のアライメ
ントマークMW上に達するようになっている。

照明光RAは、ウエハ12で反射され、反射光は再び投影
レンズ本体14及びフィールドレンズ16を各々透過してレ
チクル10に入射し、更に、ミラー34、第一対物レンズ3
2、ハーフミラー30、第二対物レンズ36を各々透過して
工業用のテレビカメラ38に入射するようになっている。
すなわち、レチクル10上のアライメントマークMRとウエ
ハ12上のアライメントマークMWの光学的重ね合わせ像が
テレビカメラ38によって観測されるようになっている。

そしてかかるアライメントマークMR,MWの光学的重ね
合わせ像から、マーク間の一次元又は二次元方向の相対
位置ずれが検出されるようになっている。

次に、テレビカメラ38は、上述したステージドライバ
24とともに制御処理用のCPU40に各々接続されている。
更に、このCPU40には、フィールドレンズ16を照明光束R
Eの光軸に対して略垂直のX,y面内で移動させるフィール
ドレンズドライバ（以下、「FLD」という）42が接続さ
れている。このFLD42は、フィールドレンズ16をX,Yの二
次元方向に独立に駆動する機能を有する。そして、フィ
ールドレンズ16がX,Y方向に移動すると、レチクル10上
のパターンがウエハ12上でX,Y方向に移動するように構
成されている。

以上のCPU40によって、テレビカメラ38からの入力に
基いた位置ずれ修正用の制御信号がステージドライバ24
およびFLD42に出力されるようになっている。

次に、第２図を参照しながら、上記実施例の全体的動
作について説明する。第２図には、本実施例における位
置合わせのルーチンを示すフローチャートが示されてい
る。このフローチャートには、レチクル10がロードされ
て、更にウエハ全体としてのグローバルアライメントが
修了した以後の動作が示されている。

まず、ウエハ12の移動ステージ22のステップ指令が出
力される（第２図ステップSA参照）。次に、かかる指令
に従って、オートフォーカス系（図示せず）によりウエ
ハ12の表面の検出が行われ、ウエハ12のＺ方向のアライ
メント（合焦動作）が行われる（ステップSB参照）。

次に、レチクル10とウエハ12とのX,Y方向のアライメ
ントが行われる。このアライメントは、第一及び第二の
ステップから成っている。

第一のステップは、レチクル10とウエハ12との位置ず
れ量が一定以上ある場合で、移動ステージ22をステージ
ドライバ24によりX,Yの必要方向、場合によってはθ方
向に移動させて位置合わせ誤差の低減が図られる。

第二のステップは、かかる位置ずれ量が一定以下の場
合で、FLD42によってフィールドレンズ16をX,Y方向に移
動させ、レチクル10上の像をウエハ12上で移動させて相
対的に位置合わせが行われる。

具体的に説明すると、まず、移動ステージ22の移動に
よるX,Y方向のアライメントと同時に、テレビカメラ38
よって、レチクル10とウエハ12のアライメントマークM
R,MWが同時に重畳して観察され、両マークのずれ量から
レチクル10とウエハ12のアライメント誤差、すなわち位
置ずれ量が求められ、CPU40に入力される（ステップSC
参照）。

次に、CPU40では、求められた位置ずれ量の大きさが
判断される（ステップSD参照）。位置ずれ量が、X,Y方
向とも一定値、例えば１μｍ以上あるときは、ステージ
ドライバ24に対し、移動ステージ22の移動によるアライ
メントを続行するようCPU40から制御指令が行われる。
（ステップSD、SC参照）他方、CPU40による判断の結果、位置ずれ量が１μｍ
以下の場合には、移動ステージ22によるアライメントが
停止されるとともに（ステップSE参照）、FLD42に対
し、フィールドレンズ16の移動によるアライメントを行
うようCPU40から制御指令が行われる（ステップSF参
照）。

このフィールドレンズ16の移動による光軸の変化（像
シフト）を利用したアライメントは、位置ずれ量が所定
の許容値以下になるまで続行される（ステップSG参
照）。

次に、位置ずれ検出量が、例えば0.05μｍ程度の許容
量になれば（ステップSG参照）、アライメントは終了
し、露光用のシャッタ（図示せず）が開かれてウエハ12
上にレチクル10のパターンの転写が行われる（ステップ
SH参照）。

露光が終了すると、位置ずれ検出系の動作が停止し、
フィールドレンズ16が移動中心位置に戻され（ステップ
SI参照）、露光すべき領域がウエハ12上に残されていな
いかが判定され（ステップSJ参照）、残されていなけれ
ばこのウエハ12の露光は終了する。

以上説明したように、本実施例の装置は、投影光学系
に含まれるレンズ素子のうち、投影像の位置を可変でき
る素子、例えばフィールドレンズを移動させることによ
りレチクルとウエハとの最終の相対位置決めを行うこと
としたものである。

これに対して、従来では、レチクルとウエハとの最終
位置決めのために、ウエハを載置するウエハステージを
移動させる方法、あるいはレチクルを載置するレチクル
ステージを移動させる方法を用いることがあった。

前者の方法によれば、ウエハステージは一般に質量が
大きいため、ウエハステージを例えば0.01μｍの精度で
位置決めするには相当の時間が必要であり、一定の時間
内に必要な位置決め精度が得られないという不都合があ
った。

一方、後者の方法によれば、投影光学系によるマスク
パターンの投影倍率（例えば５倍）だけウエハの動きに
対して大きなスケールでの位置決めをレチクルに対して
行えばよく、レチクルステージの質量もウエハステージ
に比べて小さいので、高速で高精度のアライメントが可
能であるという長所がある。

しかし、この方法では、レチクルステージにレチクル
をローディングする場合の位置合わせ機構がＸ、Ｙ、θ
方向の三つの自由度に対してあるため、これを各露光前
の位置決めごとに高速で駆動しようとすると、構造が複
雑になるという不都合がある。

更に、サブミクロンオーダの最終位置決めにおいて
は、Ｘ、Ｙ方向の位置決めで十分であり、θ方向の位置
決めは不要であるが、レチクルステージはθ方向の駆動
も可能なために、他の方向の動きに干渉されてθ方向に
もレチクルステージが動いてしまうという不都合があ
る。

本実施例の装置は、ウエハステージやレチクルステー
ジを移動することなく、投影光学系に含まれるレンズ素
子のうち、例えばフィールドレンズを移動させることに
より最終の相対位置決めを行うこととしたので、位置決
めの精度がウエハ上の精度の投影倍率分だけ大きい値で
よく、高速・高精度で容易に所要の位置合わせ精度が得
られるのみならず、XY方向の像の移動に回転方向の動き
を伴う恐れがないという利点もある。

また、微小なアライメントをフィールドレンズの移動
で行うこととしているので、他の構成部分、例えばウエ
ハステージやレチクルステージの構成を簡略化すること
ができ、サーボ系の制御も容易になるという効果もあ
る。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものでは
なく、例えばフィールドレンズの位置を検出できる位置
検出器（レーザ干渉計等）を設けると、最終位置決めの
時に、既に検出された位置ずれ量に基いて高速に位置合
わせができるという利点がある。この場合、そのレーザ
干渉計とステージ22の位置検出用の干渉計との差動によ
ってフィールドレンズを移動させるとよい。

フィールドレンズの位置も実施例に限定されるもので
はない。このフィールドレンズを、パターン投影の歪が
最小となる位置を基準とし、所定の歪許容値の範囲内で
移動させるようにすれば、投影の歪の是正を行うことも
できる。

更に、フィールドレンズをＺ（光軸）方向に移動させ
るようにすれば、投影倍率を変化させることができる。

また、本実施例の装置において、フィールドレンズを
傾斜させるように構成すれば、ウエハ上に形成されるレ
チクルパターンの投影位置による像の歪（ディストーシ
ョン）を変化させることができる。よって、このディス
トーションが低減するような傾斜方向および傾斜角だ
け、適宜フィールドレンズを傾斜させることによって、
フィールドレンズを含むレンズ系を低歪なレンズとする
ことができ、結果として、ディストーションの小さいパ
ターン投影像を得ることができる。

また、上述したようなレチクル上のパターンのウエハ
上に対する投影のみならず、他のもののパターンの投影
等に対しても、本発明は適用されるものである。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、マスク側および被露光
基板側で投影光学系がテレセントリックとなるように、
マスクと被露光基板との間に傾斜可能なレンズ素子を設
けたので、このレンズ素子を含む投影光学系を介して、
マスク上のパターンを被露光基板上に転写する際に、レ
ンズ素子を適宜傾斜させることにより、被露光基板上の
パターンの投影像のディストーションを変化させること
ができ、マスク上のパターンを被露光基板上へ良好に転
写可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
位置決めシーケンスを示すフローチャートである。 10……レチクル、12……ウエハ、16……フィールドレン
ズ、22……移動ステージ、24……ステージドライバ、38
……テレビカメラ、40……CPU、42……フィールドレン
ズドライバ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを被露光基板上に転写
する投影露光装置において、前記被露光基板側がテレセ
ントリックとなるように配置されたレンズ本体と、前記
マスク側がテレセントリックとなるように配置された傾
斜可能なフィールドレンズとから構成され、前記パター
ンの像を前記被露光基板上に投影するための投影光学系
を有し、前記フィールドレンズの傾斜により前記被露光基板上に
投影される前記パターン像のディストーションを調整し
て前記パターンを前記被露光基板上に転写することを特
徴とする投影露光装置。
【請求項２】マスク上のパターンを投影光学系を介して
被露光基板上に転写する投影露光装置において、前記マスク側および前記被露光基板側で前記投影光学系
がテレセントリックとなるように、前記マスクと前記被
露光基板との間の前記投影光学系の一部に傾斜可能なレ
ンズ素子を設け、該レンズ素子を傾斜させて、前記被露光基板上の前記パ
ターンの投影像のディストーションを変化させることを
特徴とする投影露光装置。