JP3265533B2 - 集積回路製造方法、および投影露光装置 - Google Patents
集積回路製造方法、および投影露光装置Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、例えば集積回路の製造に
使用される方法、集積回路用のパターンが形成されるウ
エハ、及び投影露光装置に関するものであり、特にパタ
ーンの像の結像状態の変化に対する補正制御の改良に関
するものである。 【０００２】 【従来技術】集積回路製造装置例えば縮小投影型露光装
置の重要な光学的特性の一つに重ね合わせ精度がある
が、これに影響を与える要素のうち重要なものに投影光
学系の倍率誤差がある。近年においては、集積回路の集
積度が向上してパターンも微細化の傾向にあり、これに
伴って重ね合わせ精度の向上に対する要望も強まってい
る。従って、投影倍率を所定の値に保持する必要性が極
めて高くなってきている。 【０００３】ところで投影光学装置の倍率は、装置のわ
ずかな温度変化や、装置の配置されたクリーンルーム内
大気のわずかな気圧変動、温度変化、あるいは投影光学
系に対するエネルギー線の照射等の原因により所定倍率
の近傍で変動する。このため、最近の縮小投影型露光装
置には、かかる投影光学系の倍率を微調整して必要な所
定倍率を実現するための倍率補正機構を有するものがあ
る。例えば、レチクルと投影レンズの間隔を変化させた
り、投影レンズ中のレンズ間隔を変化させたり、あるい
は特開昭６１−７８４５４号公報に開示されているよう
に、投影レンズ中の適当な空気室内の圧力を調整する等
の機構がある。 【０００４】更に、上述した倍率に関する変動要因と同
様の理由により、フォーカスも移動する。このため、か
かるフォーカスの補正機構を有する露光装置もある。と
ころで、以上のような結像特性変動要因のうち、投影光
学系へのエネルギー線照射による熱の蓄積は、所定の特
定数を持つ熱拡散現象である。従来の露光装置における
照明系の開口数は、一般に一定であることが多い。この
ため、投影光学系に対するエネルギー線の入射の仕方は
一定であり、かかる熱拡散の時定数は一定である。従っ
て、結像特性である倍率やフォーカスの変動特性も一定
となり、それらの調整制御も単一の方法でよい。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近に
おいては、照明系の開口数を変化させることにより、特
定のパターンの投影に対し、より優れた解像力を得るこ
とができるようにした露光装置が提案されている。この
ような装置においては、開口数の変化に伴って光束の投
影光学系の瞳上における分布状態も変化し、その結果、
時定数も変化することが実験の結果認められた。従っ
て、上述した一定の時定数に対する制御方法を適用して
も良好に結像特性の調整を行うことができず、かかる時
定数の変化に対応することができないという不都合があ
る。 【０００６】また投影光学系へのエネルギー線の入射総
量（照度）を投影光学系の像面（被露光基板）側で計測
し、その値をパラメータとして結像特性を補正する場
合、補正制御上は単純な入射エネルギー量の変化として
扱う。一般に照明系の開口数を変化させると、像面での
照度がそれに応じて変化することになるが、同時に上述
の如く瞳上の光束の分布状態、すなわち瞳面近傍でのエ
ネルギー密度が変化する。このため先に述べた時定数の
みならず、光学特性の変動を特定するためのモデル式等
の係数項も変化することが予想される。従って、かかる
係数の変化を考慮しない場合、補正制御が不正確なもの
になるといった不都合が生じる。 【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、投影光学系に対して入射するエネルギー線の分布
が変化しても良好に結像特性、特に倍率や焦点の変動の
調整を行うことができる方法及び装置を提供することを
目的とするものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、マスク
のパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影する
に際し、投影光学系の瞳面における照明光束の分布が必
要に応じて変更される。さらに投影光学系の瞳面におけ
る照明光束の分布状態の変更に応じてパターン像の結像
状態が補正される。 【０００９】したがって、投影光学系の瞳面における照
明光束の分布状態の変更されても、パターンの像が所望
の結像状態に維持される。 【００１０】 【発明の実施形態】以下、本発明の実施例を、添付図面
を参照しながら説明する。まず、図１ないし図４を参照
しながら、本発明の第１実施例について説明する。まず
本発明の第１実施例の全体的構成について図１を参照し
ながら説明する。図１において、露光照明用の光源１０
から発せられた光は、シャッター１２を介してレンズ１
４に入射し、これによって平行光束とされた後、オプテ
ィカルインテグレータないしフライアイレンズ１６に入
射するように構成されている。 【００１１】フライアイレンズ１６を透過した光は、開
口数を自動又は手動にて可変できる照明開口絞り１８を
通過した後、ダイクロイックミラー２０に入射して、そ
の光軸が図の下方に曲折され、メインコンデンサレンズ
２２に入射して再び光路を曲げられ、必要なパターンを
有するレチクルＲを透過した後、更には投影レンズ２４
を通過してステージ２６上のウエハＷ上に達し、これに
よってレチクルＲのパターンがウエハＷ上に投影される
ようになっている。尚、照明開口絞り１８は投影レンズ
２４の入射瞳と共役に配置されている。 【００１２】次に投影レンズ２４は、代表的なレンズ素
子２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを各々有しており、
これらの間には、密封レンズ室２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ
が各々形成されている。これらのうち、密封レンズ２４
Ｆの圧力が後述する手段によって制御され、投影レンズ
２４の結像特性が調整制御されるようになっている。次
に制御系について説明する。結像特性の制御は、メイン
コントローラ２８を中心として行われる。メインコント
ローラ２８には、ますシャッタ制御回路３０が接続され
ている。このシャッタ制御回路３０は、シャッタ１２の
開閉制御を行うものである。 【００１３】前述した投影レンズ２４の密封レンズ室２
４Ｆは、圧力調節器３２に接続されており、この圧力調
節器３２には、加圧空気を供給する加圧系３４と、真空
排気を行う排気系３６とが各々接続されており、適宜の
電磁弁で密封レンズ室２４Ｆ内の圧力制御が行われるよ
うになっている。また、レンズ密封室２４Ｆには、圧力
センサ３８が接続されており、この圧力センサ３８と、
前記圧力調節器３２とは、いずれもメインコントローラ
２８に各々接続されている。これにより密封レンズ室２
４Ｆ内の圧力が検知されるとともに、その圧力が所定値
となるようにメインコントローラ２８により圧力調節器
３２の駆動が行われるようになっている。 【００１４】次に、前述した照明開口絞り１８には、入
力手段としてのセレクタ４０が接続されており、このセ
レクタ４０は、メモリ４２を介してメインコントローラ
２８に接続されている。セレクタ４０は、照明開口絞り
１８の後述するσ（シグマ）値に応じて変化する時定数
をメモリ４２から選択するためのものである。また、メ
モリ４２には、各σ値ないし開口数に対応してあらかじ
め実験的に求められた結像特性の変化の時定数が格納さ
れている。なお、以上の各構成要素のうち、照明開口絞
り１８、セレクタ４０及びメモリ４２を除いた各部分
は、特開昭６０−７８４５４号公報に開示されている。
また、上述したσ値は、開口の程度を表すもので、照明
光学系の開口数と投影光学系の物体（レチクルＲ）側の
開口数の比で表現されるものである。 【００１５】次に図２を参照しながら開口数が変化した
場合の投影光学系における光分布の変化について説明す
る。なお図２（Ａ），（Ｂ）は、図１の装置のうち、照
明光学系及び投影光学系の部分を簡略化して示したもの
である。これら図２（Ａ），（Ｂ）において、実線Ｌ
Ａ，ＬＢは光束の道筋を示したものであり、またＰＡは
入射瞳の位置、ＰＢは主面、ＰＣは結像面を各々示すも
のである。また、破線は、投影光学系の物体側ないし像
側の開口を示している。 【００１６】ここで図３を参照しながら、開口数につい
て説明する。レチクルＲに対する入射光Ｌの角度をθ1
とし、レチクルＲから透過した光の角度をθ2 とし、さ
らに結像面ＰＣに対する入射角度をθ3 とし、また空気
の真空に対する屈折率をｎとすると、照明光学系すなわ
ちレチクルＲに対する入射側の開口数はｎsin θ1 で表
され、同様に投影光学系すなわち投影レンズ２４のレチ
クルＲ側の開口数はｎsin θ2 であり、結像面ＰＣ側の
開口数はｎsin θ3 である。なお屈折率ｎは通常ほぼ
「１」であるから実質的に開口数は、それぞれsin θ1
，sin θ2 ，sinθ3 で表される。 【００１７】図２（Ａ）は、照明開口絞り１８が比較的
広く開けられている場合であり、開口数も大きい。この
図に示すように、レチクルＲ上の３点に集まる照明光束
のうち回折せずに直進する０次光束の結像に至るまでの
道筋ＬＡは、投影レンズ２４の内部全体に広がることに
なる。次に、図２（Ｂ）は、照明開口絞り１８が比較的
閉じられている場合であり、開口数は小さい。この場合
は０次光束の道筋ＬＢから明らかなように光束が投影レ
ンズ２４の内部のうち、光軸近傍に集まることとなる。
しかし、実際には、レチクルＲ面において回折光がある
ために、光束は図に示す範囲よりも外側に拡がることに
なるが、この点を考慮したとしても開口数が大きい場合
と比較すれば光束は光軸近傍に集まる傾向にある。 【００１８】以上のように、投影レンズ２４における瞳
位置ＰＡ（あるいは主面位置ＰＢ）上の光束分布ないし
光像面積は、照明光学系の開口数ないしσ値の変化に伴
って変化することとなる。そして、かかる光束分布の変
化が生ずると、投影レンズ２４による光束の一部の吸収
に基づく温度上昇によって生ずる結像特性の変化の時定
数も変化することとなる。 【００１９】次に、セレクタ４０及びメモリ４２につい
て説明する。上述したように、照明開口絞り１８の開口
度ないしσ値に対応して結像特性の変化の時定数も変動
する。図４には、かかるσ値をパラメータとして変化さ
せた場合における投影レンズ２４の倍率（あるいは焦
点）の変動量の経時変化が示されている。なお、変動量
は、その飽和点を１００％として規格化して示されてい
る。この図において、σ値はα1 での値＞α2 での値＞
α3 での値＞α4 での値の関係になっており、時刻ｔ0
ないしｔC までシャッタ１２が「開」、時刻ｔC 以降は
シャッタ１２が「閉」の状態である。最もσ値の大きい
α1 は、時刻ｔ1 において飽和しており、同時にα2 は
時刻ｔ2 、α3 は時刻ｔ3 、α4 は時刻ｔ4 で各々飽和
している。また、時刻ｔC 以降もβ1 ないしβ4 で示す
ように減少の程度が異なっている。このように開口数に
対応するσ値の変化に対応して結像特性の変化の時定数
が変化する。そこで、図７（Ａ）に示すように、いくつ
かの照明開口絞り１８のσ値ないし開口数に対し、あら
かじめ結像特性変化のデータを取得し、各々の場合の時
定数τi を求めておく。 【００２０】これらの時定数τi は、メモリ４２に格納
されており、必要なものがセレクタ４０により選択され
てメインコントローラ２８に入力されるようになってい
る。 【００２１】次に、上記実施例の全体的動作について説
明する。まず、光源１０から発せられた照明光は、シャ
ッタ制御回路３０の制御に基づくシャッタ１２の開閉に
対応してレンズ１４に入射し、これによって平行光束化
されたのちフライアイレンズ１６に入射し、更には照明
開口絞り１８を通過する。このとき、照明開口絞り１８
のσ値ないし開口数の程度によりその光束の拡がりが適
宜調整される。拡がりが調整された照明光は、ダイクロ
イックミラー２０、メインコンデンサレンズ２２を各々
介してレチクルＲに入射し、更には投影レンズ２４を通
過してウエハＷ上に達し、レチクルＲのパターンの投影
が行われる。 【００２２】他方、照明開口絞り１８の設定開口数に対
して、セレクタ４０により該当する時定数がメモリ４２
から選択される。例えば開口数が０．６のときには、時
定数τ6 が選択される（図７（Ａ）参照）。選択された
時定数はメインコントローラ２８に入力され、かかる時
定数に基づいて図４に示すような倍率の変動量が求めら
れる。そしてこの変動量と、圧力センサ３８によって検
知された密封レンズ室２４Ｆ内の圧力とに基づいてメイ
ンコントローラ２８から圧力調整器３２に制御信号が出
力され、加圧系３４及び排気系３６が利用されて密封レ
ンズ室２４Ｆ内の圧力が制御される。これにより投影レ
ンズ２４の倍率が所定の値となるように制御される。こ
のように投影レンズ２４の変動特性上の時定数を用い
て、圧力制御する方式は、特開昭６０−７８４５４号に
開示されている方式でよい。尚、セレクタ４０はオペレ
ータの判断により手動によって入力を受け付けるように
してもよい。 【００２３】次に、図５及び図６を参照しながら本発明
の第２実施例について説明する。なお、上述した実施例
と同様の構成部分については、同一の符合を用いること
とする。この実施例は特開昭５８−１６０９１４号公報
に開示されているように、上述した照明開口絞り１８の
かわりにガリレオ系のレンズ群を用いることにより光量
のケラレのないスループットの向上に有利なものとした
例である。図５は、開口数を大きくする場合の例であ
り、フライアイレンズ１６の入射側に、凹凸レンズ５
０、５２によりガリレオ系を配置してレンズ１４（図１
参照）によって平行化された照明光束をエクスパンドす
る。ガリレオ系を配置しない場合には、図の破線で示す
如くとなり、２次光源像の大きさはＩＰ0 である。この
像は、投影レンズ２４の瞳と共役の位置である像面１６
Ａに形成される。次に、ガリレオ系を配置した場合に
は、図の実線で示す如くとなり、２次光源像の大きさは
ＩＰ1 となって開口数が増大する。 【００２４】次に凹凸レンズ５０、５２の配置を入れ換
えると、図６に示す如くとなり、同図の実線で示すよう
に２次光源像の大きさはＩＰ2 となって開口数が低減さ
れたのと同様の状態となる。以上のように、この第２実
施例によれば、照明開口絞り１８を用いることなく、照
明系のσ値を可変できるので、光量のケラレがなく、ス
ループットの向上を測ることができる。またσ値を連続
可変とする場合は、フライアイレンズ１６の前にズーム
レンズ系を設ければよい。 【００２５】次に図７を参照しながら本発明の第３実施
例について説明する。この実施例における装置構成は、
上述した第１又は第２実施例と同様であるが、開口数と
対応する時定数との求め方が異なる。第１実施例では、
図７（Ａ）に示すように開口数と時定数との関係をテー
ブルとしてメモリ４２に格納し、必要なものをセレクタ
４０で読み出している。 【００２６】しかし本実施例では、開口数と時定数との
関係を同図（Ｂ）に示すように適当な関数例えばｎ次関
数で近似し、この関数をメモリ４２内に格納する。そし
て設定された開口数から演算により対応する時定数を求
めるようにする。この場合、セレクタ４０は開口数の変
化を入力する手段として働く。図７（Ａ）の場合には、
開口数は段階的に変化するのみであるが、同図（Ｂ）の
本実施例では、開口数が連続的に変化する場合にも対応
できる。 【００２７】なお、上記実施例では、結像特性の変化を
一つの時定数で表現しているが、場合によっては２つ以
上のパラメータで変動特性（減衰特性等）が表されるこ
とがある。この場合には、各開口数に対し、２つ以上の
必要なパラメータを対応させる。例えば、図７（Ａ）に
示す例では各開口数に対してτi1，τi2 ，τi3…の如
く必要数のパラメータ（時定数）を対応させてメモリ４
２に格納するようにし、同図（Ｂ）に示す例では必要数
のパラメータ分の関数がメモリ４２に用意される。ま
た、開口数とσ値とは対応しており、いずれを用いるよ
うにしてもよい。 【００２８】また変動特性として、瞬間的なエネルギー
線照射に対する倍率や焦点の変動量をΔＰとし、時定数
をＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，（Ｔ1 ＞Ｔ2 ＞Ｔ3 ）、係数をａ
1，ａ2 ，ａ3 としたとき、 【００２９】変動量ΔＰが、図４に示すように時間ｔの
指数関数で表されるような場合、係数ａ1 ，ａ2 ，ａ3
についても修正する必要があるときは同様に開口数（又
はσ値）に対応して変えるようにすればよい。なお、上
記実施例では専ら時定数の変化を問題としたが、σ値を
変化させても時定数の変化がほとんど生じない場合もあ
る。 【００３０】図８は、投影レンズ２４への照明光の入射
総量（像面照度）を一定とした場合に、照明開口絞り１
８のσの値をパラメータとして変化させた場合の倍率
（又は焦点）の変動特性を表す。図８において横軸は時
間ｔを表し、時刻ｔ0 からｔCまではシャッタ１２が開
状態であり、時刻ｔC 以降は閉状態である。そして図８
の縦軸は倍率（又は焦点）の変動量を表す。この図にお
いて、照明系の値の関係は、特性γ1 でのσ値＞特性γ
2 でのσ値＞特性γ3 でのσ値＞特性γ4 でのσ値とな
っている。この特性は投影レンズの構造、レンズ硝材等
により異なるが、σ値の変化に対応して時定数の変化は
ほとんどなく、パラメータとしての係数項が変化したよ
うに認められる。このような場合、図１に示したメモリ
４２には図９（Ａ）に示すように、いくつかの照明開口
絞り１８のσ値（又は開口数）に対して、あらかじめ結
像特性変化のデータを取得して、夫々のσ値に対応した
係数Ｃi （先の式のａi に対応する）を求めて記憶して
おく。そして図１中のセレクタ４０により、所望の係数
Ｃi が選択されてメインコントローラ２８に送られるよ
うにする。 【００３１】また図７（Ｂ）で説明したのと同様に、σ
値と係数Ｃi との関係を図９（Ｂ）で示すように適当な
関数、例えばｎ次関数や双曲線等で近似し、その関数式
をメモリ４２に格納し、設定された照明系のσ値に対応
した係数を演算により求めるようにしてもよい。もちろ
ん、メモリ４２内に時定数と係数の両方を記憶させて、
σ値の変化に応じて適宜両方、又は片方を読み出して制
御に用いてもよい。 【００３２】また上記各実施例ではいずれも結像状態の
補正手段として投影レンズ中の適当な空気室内の圧力を
調整して投影レンズ２４自体の光学特性を補正する方式
を用いたが、レチクルＲと投影レンズ２４との間隔を変
更させる方式や、投影レンズ２４中のレンズ間隔を変化
させる方式を用いてもよいし、その他の方式でもよい。
例えば投影レンズ２４のレチクル側が非テレセントリッ
クであれば、レチクルＲを光軸方向に自動的に移動させ
ることによって、ウエハ上での倍率が変えられる。従っ
てその移動量を算出された変動特性に応じて追従変化さ
せるようにすれば、倍率を常に一定値に保つことができ
る。さらに投影レンズ２４の焦点変動が問題となる場合
は、投影レンズ２４とウエハＷとの間隔を一定に保つた
めの自動焦点合わせ機構に、変動特性に応じたオフセッ
トがのるようにし、投影レンズ２４の結像面の光軸方向
への変動に追従して、ウエハＷの合焦とみなされる位置
も変動するようにすればよい。すなわち本発明において
は、投影像のウエハＷでの結像状態を補正し得るもので
あれば、どのような方式のものであってもかまわない。 【００３３】また投影レンズの瞳上での光源像（開口絞
り等の像）の形状が円形からその他の形状に変わったと
きも同様に、時定数、係数等のパラメータを変更するこ
とが望ましい。さらに、投影光学系自体の開口数（瞳の
大きさ）を絞り等により変化させた場合も、照明系の開
口数を変化させた場合と全く同様に、パラメータ（時定
数、係数）を変化させてやれば同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。この場合も、セレクタ４０の開口
数（σ値）の変化を入力する手段として働く。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、投
影光学系における入射光の分布状態が変化してもその結
像特性の変化を良好に調整し、精度よく結像特性を維持
することができるという効果がある。
使用される方法、集積回路用のパターンが形成されるウ
エハ、及び投影露光装置に関するものであり、特にパタ
ーンの像の結像状態の変化に対する補正制御の改良に関
するものである。 【０００２】 【従来技術】集積回路製造装置例えば縮小投影型露光装
置の重要な光学的特性の一つに重ね合わせ精度がある
が、これに影響を与える要素のうち重要なものに投影光
学系の倍率誤差がある。近年においては、集積回路の集
積度が向上してパターンも微細化の傾向にあり、これに
伴って重ね合わせ精度の向上に対する要望も強まってい
る。従って、投影倍率を所定の値に保持する必要性が極
めて高くなってきている。 【０００３】ところで投影光学装置の倍率は、装置のわ
ずかな温度変化や、装置の配置されたクリーンルーム内
大気のわずかな気圧変動、温度変化、あるいは投影光学
系に対するエネルギー線の照射等の原因により所定倍率
の近傍で変動する。このため、最近の縮小投影型露光装
置には、かかる投影光学系の倍率を微調整して必要な所
定倍率を実現するための倍率補正機構を有するものがあ
る。例えば、レチクルと投影レンズの間隔を変化させた
り、投影レンズ中のレンズ間隔を変化させたり、あるい
は特開昭６１−７８４５４号公報に開示されているよう
に、投影レンズ中の適当な空気室内の圧力を調整する等
の機構がある。 【０００４】更に、上述した倍率に関する変動要因と同
様の理由により、フォーカスも移動する。このため、か
かるフォーカスの補正機構を有する露光装置もある。と
ころで、以上のような結像特性変動要因のうち、投影光
学系へのエネルギー線照射による熱の蓄積は、所定の特
定数を持つ熱拡散現象である。従来の露光装置における
照明系の開口数は、一般に一定であることが多い。この
ため、投影光学系に対するエネルギー線の入射の仕方は
一定であり、かかる熱拡散の時定数は一定である。従っ
て、結像特性である倍率やフォーカスの変動特性も一定
となり、それらの調整制御も単一の方法でよい。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近に
おいては、照明系の開口数を変化させることにより、特
定のパターンの投影に対し、より優れた解像力を得るこ
とができるようにした露光装置が提案されている。この
ような装置においては、開口数の変化に伴って光束の投
影光学系の瞳上における分布状態も変化し、その結果、
時定数も変化することが実験の結果認められた。従っ
て、上述した一定の時定数に対する制御方法を適用して
も良好に結像特性の調整を行うことができず、かかる時
定数の変化に対応することができないという不都合があ
る。 【０００６】また投影光学系へのエネルギー線の入射総
量（照度）を投影光学系の像面（被露光基板）側で計測
し、その値をパラメータとして結像特性を補正する場
合、補正制御上は単純な入射エネルギー量の変化として
扱う。一般に照明系の開口数を変化させると、像面での
照度がそれに応じて変化することになるが、同時に上述
の如く瞳上の光束の分布状態、すなわち瞳面近傍でのエ
ネルギー密度が変化する。このため先に述べた時定数の
みならず、光学特性の変動を特定するためのモデル式等
の係数項も変化することが予想される。従って、かかる
係数の変化を考慮しない場合、補正制御が不正確なもの
になるといった不都合が生じる。 【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、投影光学系に対して入射するエネルギー線の分布
が変化しても良好に結像特性、特に倍率や焦点の変動の
調整を行うことができる方法及び装置を提供することを
目的とするものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、マスク
のパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影する
に際し、投影光学系の瞳面における照明光束の分布が必
要に応じて変更される。さらに投影光学系の瞳面におけ
る照明光束の分布状態の変更に応じてパターン像の結像
状態が補正される。 【０００９】したがって、投影光学系の瞳面における照
明光束の分布状態の変更されても、パターンの像が所望
の結像状態に維持される。 【００１０】 【発明の実施形態】以下、本発明の実施例を、添付図面
を参照しながら説明する。まず、図１ないし図４を参照
しながら、本発明の第１実施例について説明する。まず
本発明の第１実施例の全体的構成について図１を参照し
ながら説明する。図１において、露光照明用の光源１０
から発せられた光は、シャッター１２を介してレンズ１
４に入射し、これによって平行光束とされた後、オプテ
ィカルインテグレータないしフライアイレンズ１６に入
射するように構成されている。 【００１１】フライアイレンズ１６を透過した光は、開
口数を自動又は手動にて可変できる照明開口絞り１８を
通過した後、ダイクロイックミラー２０に入射して、そ
の光軸が図の下方に曲折され、メインコンデンサレンズ
２２に入射して再び光路を曲げられ、必要なパターンを
有するレチクルＲを透過した後、更には投影レンズ２４
を通過してステージ２６上のウエハＷ上に達し、これに
よってレチクルＲのパターンがウエハＷ上に投影される
ようになっている。尚、照明開口絞り１８は投影レンズ
２４の入射瞳と共役に配置されている。 【００１２】次に投影レンズ２４は、代表的なレンズ素
子２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを各々有しており、
これらの間には、密封レンズ室２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ
が各々形成されている。これらのうち、密封レンズ２４
Ｆの圧力が後述する手段によって制御され、投影レンズ
２４の結像特性が調整制御されるようになっている。次
に制御系について説明する。結像特性の制御は、メイン
コントローラ２８を中心として行われる。メインコント
ローラ２８には、ますシャッタ制御回路３０が接続され
ている。このシャッタ制御回路３０は、シャッタ１２の
開閉制御を行うものである。 【００１３】前述した投影レンズ２４の密封レンズ室２
４Ｆは、圧力調節器３２に接続されており、この圧力調
節器３２には、加圧空気を供給する加圧系３４と、真空
排気を行う排気系３６とが各々接続されており、適宜の
電磁弁で密封レンズ室２４Ｆ内の圧力制御が行われるよ
うになっている。また、レンズ密封室２４Ｆには、圧力
センサ３８が接続されており、この圧力センサ３８と、
前記圧力調節器３２とは、いずれもメインコントローラ
２８に各々接続されている。これにより密封レンズ室２
４Ｆ内の圧力が検知されるとともに、その圧力が所定値
となるようにメインコントローラ２８により圧力調節器
３２の駆動が行われるようになっている。 【００１４】次に、前述した照明開口絞り１８には、入
力手段としてのセレクタ４０が接続されており、このセ
レクタ４０は、メモリ４２を介してメインコントローラ
２８に接続されている。セレクタ４０は、照明開口絞り
１８の後述するσ（シグマ）値に応じて変化する時定数
をメモリ４２から選択するためのものである。また、メ
モリ４２には、各σ値ないし開口数に対応してあらかじ
め実験的に求められた結像特性の変化の時定数が格納さ
れている。なお、以上の各構成要素のうち、照明開口絞
り１８、セレクタ４０及びメモリ４２を除いた各部分
は、特開昭６０−７８４５４号公報に開示されている。
また、上述したσ値は、開口の程度を表すもので、照明
光学系の開口数と投影光学系の物体（レチクルＲ）側の
開口数の比で表現されるものである。 【００１５】次に図２を参照しながら開口数が変化した
場合の投影光学系における光分布の変化について説明す
る。なお図２（Ａ），（Ｂ）は、図１の装置のうち、照
明光学系及び投影光学系の部分を簡略化して示したもの
である。これら図２（Ａ），（Ｂ）において、実線Ｌ
Ａ，ＬＢは光束の道筋を示したものであり、またＰＡは
入射瞳の位置、ＰＢは主面、ＰＣは結像面を各々示すも
のである。また、破線は、投影光学系の物体側ないし像
側の開口を示している。 【００１６】ここで図３を参照しながら、開口数につい
て説明する。レチクルＲに対する入射光Ｌの角度をθ1
とし、レチクルＲから透過した光の角度をθ2 とし、さ
らに結像面ＰＣに対する入射角度をθ3 とし、また空気
の真空に対する屈折率をｎとすると、照明光学系すなわ
ちレチクルＲに対する入射側の開口数はｎsin θ1 で表
され、同様に投影光学系すなわち投影レンズ２４のレチ
クルＲ側の開口数はｎsin θ2 であり、結像面ＰＣ側の
開口数はｎsin θ3 である。なお屈折率ｎは通常ほぼ
「１」であるから実質的に開口数は、それぞれsin θ1
，sin θ2 ，sinθ3 で表される。 【００１７】図２（Ａ）は、照明開口絞り１８が比較的
広く開けられている場合であり、開口数も大きい。この
図に示すように、レチクルＲ上の３点に集まる照明光束
のうち回折せずに直進する０次光束の結像に至るまでの
道筋ＬＡは、投影レンズ２４の内部全体に広がることに
なる。次に、図２（Ｂ）は、照明開口絞り１８が比較的
閉じられている場合であり、開口数は小さい。この場合
は０次光束の道筋ＬＢから明らかなように光束が投影レ
ンズ２４の内部のうち、光軸近傍に集まることとなる。
しかし、実際には、レチクルＲ面において回折光がある
ために、光束は図に示す範囲よりも外側に拡がることに
なるが、この点を考慮したとしても開口数が大きい場合
と比較すれば光束は光軸近傍に集まる傾向にある。 【００１８】以上のように、投影レンズ２４における瞳
位置ＰＡ（あるいは主面位置ＰＢ）上の光束分布ないし
光像面積は、照明光学系の開口数ないしσ値の変化に伴
って変化することとなる。そして、かかる光束分布の変
化が生ずると、投影レンズ２４による光束の一部の吸収
に基づく温度上昇によって生ずる結像特性の変化の時定
数も変化することとなる。 【００１９】次に、セレクタ４０及びメモリ４２につい
て説明する。上述したように、照明開口絞り１８の開口
度ないしσ値に対応して結像特性の変化の時定数も変動
する。図４には、かかるσ値をパラメータとして変化さ
せた場合における投影レンズ２４の倍率（あるいは焦
点）の変動量の経時変化が示されている。なお、変動量
は、その飽和点を１００％として規格化して示されてい
る。この図において、σ値はα1 での値＞α2 での値＞
α3 での値＞α4 での値の関係になっており、時刻ｔ0
ないしｔC までシャッタ１２が「開」、時刻ｔC 以降は
シャッタ１２が「閉」の状態である。最もσ値の大きい
α1 は、時刻ｔ1 において飽和しており、同時にα2 は
時刻ｔ2 、α3 は時刻ｔ3 、α4 は時刻ｔ4 で各々飽和
している。また、時刻ｔC 以降もβ1 ないしβ4 で示す
ように減少の程度が異なっている。このように開口数に
対応するσ値の変化に対応して結像特性の変化の時定数
が変化する。そこで、図７（Ａ）に示すように、いくつ
かの照明開口絞り１８のσ値ないし開口数に対し、あら
かじめ結像特性変化のデータを取得し、各々の場合の時
定数τi を求めておく。 【００２０】これらの時定数τi は、メモリ４２に格納
されており、必要なものがセレクタ４０により選択され
てメインコントローラ２８に入力されるようになってい
る。 【００２１】次に、上記実施例の全体的動作について説
明する。まず、光源１０から発せられた照明光は、シャ
ッタ制御回路３０の制御に基づくシャッタ１２の開閉に
対応してレンズ１４に入射し、これによって平行光束化
されたのちフライアイレンズ１６に入射し、更には照明
開口絞り１８を通過する。このとき、照明開口絞り１８
のσ値ないし開口数の程度によりその光束の拡がりが適
宜調整される。拡がりが調整された照明光は、ダイクロ
イックミラー２０、メインコンデンサレンズ２２を各々
介してレチクルＲに入射し、更には投影レンズ２４を通
過してウエハＷ上に達し、レチクルＲのパターンの投影
が行われる。 【００２２】他方、照明開口絞り１８の設定開口数に対
して、セレクタ４０により該当する時定数がメモリ４２
から選択される。例えば開口数が０．６のときには、時
定数τ6 が選択される（図７（Ａ）参照）。選択された
時定数はメインコントローラ２８に入力され、かかる時
定数に基づいて図４に示すような倍率の変動量が求めら
れる。そしてこの変動量と、圧力センサ３８によって検
知された密封レンズ室２４Ｆ内の圧力とに基づいてメイ
ンコントローラ２８から圧力調整器３２に制御信号が出
力され、加圧系３４及び排気系３６が利用されて密封レ
ンズ室２４Ｆ内の圧力が制御される。これにより投影レ
ンズ２４の倍率が所定の値となるように制御される。こ
のように投影レンズ２４の変動特性上の時定数を用い
て、圧力制御する方式は、特開昭６０−７８４５４号に
開示されている方式でよい。尚、セレクタ４０はオペレ
ータの判断により手動によって入力を受け付けるように
してもよい。 【００２３】次に、図５及び図６を参照しながら本発明
の第２実施例について説明する。なお、上述した実施例
と同様の構成部分については、同一の符合を用いること
とする。この実施例は特開昭５８−１６０９１４号公報
に開示されているように、上述した照明開口絞り１８の
かわりにガリレオ系のレンズ群を用いることにより光量
のケラレのないスループットの向上に有利なものとした
例である。図５は、開口数を大きくする場合の例であ
り、フライアイレンズ１６の入射側に、凹凸レンズ５
０、５２によりガリレオ系を配置してレンズ１４（図１
参照）によって平行化された照明光束をエクスパンドす
る。ガリレオ系を配置しない場合には、図の破線で示す
如くとなり、２次光源像の大きさはＩＰ0 である。この
像は、投影レンズ２４の瞳と共役の位置である像面１６
Ａに形成される。次に、ガリレオ系を配置した場合に
は、図の実線で示す如くとなり、２次光源像の大きさは
ＩＰ1 となって開口数が増大する。 【００２４】次に凹凸レンズ５０、５２の配置を入れ換
えると、図６に示す如くとなり、同図の実線で示すよう
に２次光源像の大きさはＩＰ2 となって開口数が低減さ
れたのと同様の状態となる。以上のように、この第２実
施例によれば、照明開口絞り１８を用いることなく、照
明系のσ値を可変できるので、光量のケラレがなく、ス
ループットの向上を測ることができる。またσ値を連続
可変とする場合は、フライアイレンズ１６の前にズーム
レンズ系を設ければよい。 【００２５】次に図７を参照しながら本発明の第３実施
例について説明する。この実施例における装置構成は、
上述した第１又は第２実施例と同様であるが、開口数と
対応する時定数との求め方が異なる。第１実施例では、
図７（Ａ）に示すように開口数と時定数との関係をテー
ブルとしてメモリ４２に格納し、必要なものをセレクタ
４０で読み出している。 【００２６】しかし本実施例では、開口数と時定数との
関係を同図（Ｂ）に示すように適当な関数例えばｎ次関
数で近似し、この関数をメモリ４２内に格納する。そし
て設定された開口数から演算により対応する時定数を求
めるようにする。この場合、セレクタ４０は開口数の変
化を入力する手段として働く。図７（Ａ）の場合には、
開口数は段階的に変化するのみであるが、同図（Ｂ）の
本実施例では、開口数が連続的に変化する場合にも対応
できる。 【００２７】なお、上記実施例では、結像特性の変化を
一つの時定数で表現しているが、場合によっては２つ以
上のパラメータで変動特性（減衰特性等）が表されるこ
とがある。この場合には、各開口数に対し、２つ以上の
必要なパラメータを対応させる。例えば、図７（Ａ）に
示す例では各開口数に対してτi1，τi2 ，τi3…の如
く必要数のパラメータ（時定数）を対応させてメモリ４
２に格納するようにし、同図（Ｂ）に示す例では必要数
のパラメータ分の関数がメモリ４２に用意される。ま
た、開口数とσ値とは対応しており、いずれを用いるよ
うにしてもよい。 【００２８】また変動特性として、瞬間的なエネルギー
線照射に対する倍率や焦点の変動量をΔＰとし、時定数
をＴ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 ，（Ｔ1 ＞Ｔ2 ＞Ｔ3 ）、係数をａ
1，ａ2 ，ａ3 としたとき、 【００２９】変動量ΔＰが、図４に示すように時間ｔの
指数関数で表されるような場合、係数ａ1 ，ａ2 ，ａ3
についても修正する必要があるときは同様に開口数（又
はσ値）に対応して変えるようにすればよい。なお、上
記実施例では専ら時定数の変化を問題としたが、σ値を
変化させても時定数の変化がほとんど生じない場合もあ
る。 【００３０】図８は、投影レンズ２４への照明光の入射
総量（像面照度）を一定とした場合に、照明開口絞り１
８のσの値をパラメータとして変化させた場合の倍率
（又は焦点）の変動特性を表す。図８において横軸は時
間ｔを表し、時刻ｔ0 からｔCまではシャッタ１２が開
状態であり、時刻ｔC 以降は閉状態である。そして図８
の縦軸は倍率（又は焦点）の変動量を表す。この図にお
いて、照明系の値の関係は、特性γ1 でのσ値＞特性γ
2 でのσ値＞特性γ3 でのσ値＞特性γ4 でのσ値とな
っている。この特性は投影レンズの構造、レンズ硝材等
により異なるが、σ値の変化に対応して時定数の変化は
ほとんどなく、パラメータとしての係数項が変化したよ
うに認められる。このような場合、図１に示したメモリ
４２には図９（Ａ）に示すように、いくつかの照明開口
絞り１８のσ値（又は開口数）に対して、あらかじめ結
像特性変化のデータを取得して、夫々のσ値に対応した
係数Ｃi （先の式のａi に対応する）を求めて記憶して
おく。そして図１中のセレクタ４０により、所望の係数
Ｃi が選択されてメインコントローラ２８に送られるよ
うにする。 【００３１】また図７（Ｂ）で説明したのと同様に、σ
値と係数Ｃi との関係を図９（Ｂ）で示すように適当な
関数、例えばｎ次関数や双曲線等で近似し、その関数式
をメモリ４２に格納し、設定された照明系のσ値に対応
した係数を演算により求めるようにしてもよい。もちろ
ん、メモリ４２内に時定数と係数の両方を記憶させて、
σ値の変化に応じて適宜両方、又は片方を読み出して制
御に用いてもよい。 【００３２】また上記各実施例ではいずれも結像状態の
補正手段として投影レンズ中の適当な空気室内の圧力を
調整して投影レンズ２４自体の光学特性を補正する方式
を用いたが、レチクルＲと投影レンズ２４との間隔を変
更させる方式や、投影レンズ２４中のレンズ間隔を変化
させる方式を用いてもよいし、その他の方式でもよい。
例えば投影レンズ２４のレチクル側が非テレセントリッ
クであれば、レチクルＲを光軸方向に自動的に移動させ
ることによって、ウエハ上での倍率が変えられる。従っ
てその移動量を算出された変動特性に応じて追従変化さ
せるようにすれば、倍率を常に一定値に保つことができ
る。さらに投影レンズ２４の焦点変動が問題となる場合
は、投影レンズ２４とウエハＷとの間隔を一定に保つた
めの自動焦点合わせ機構に、変動特性に応じたオフセッ
トがのるようにし、投影レンズ２４の結像面の光軸方向
への変動に追従して、ウエハＷの合焦とみなされる位置
も変動するようにすればよい。すなわち本発明において
は、投影像のウエハＷでの結像状態を補正し得るもので
あれば、どのような方式のものであってもかまわない。 【００３３】また投影レンズの瞳上での光源像（開口絞
り等の像）の形状が円形からその他の形状に変わったと
きも同様に、時定数、係数等のパラメータを変更するこ
とが望ましい。さらに、投影光学系自体の開口数（瞳の
大きさ）を絞り等により変化させた場合も、照明系の開
口数を変化させた場合と全く同様に、パラメータ（時定
数、係数）を変化させてやれば同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。この場合も、セレクタ４０の開口
数（σ値）の変化を入力する手段として働く。 【００３４】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、投
影光学系における入射光の分布状態が変化してもその結
像特性の変化を良好に調整し、精度よく結像特性を維持
することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図であ
る。 【図２】開口数が変化したときの投影レンズ内における
光分布の変化を説明図するため図である。 【図３】開口数を説明するための図である。 【図４】開口数を変化させたときの結像特性の変化例を
示す線図である。 【図５】ガリレオ系を用いて開口数を変化させる第２実
施例を説明するための図である。 【図６】ガリレオ系を用いて開口数を変化させる第２実
施例を説明するための図である。 【図７】開口数に対する時定数の対応例を説明するため
の図である。 【図８】開口数を変化させたときの結像特性の変化例を
示す線図である。 【図９】開口数（σ値）に対する係数の対応例を説明す
るための図である。 【符号の説明】 １０…光源、１２…シャッタ、１６…フライアイレン
ズ、１８…照明開口絞り、２２…メインコンデンサレン
ズ、２４…投影レンズ、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４
Ｄ…レンズ素子、２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ…密封レンズ
室、２６…ステージ、２８…メインコントローラ、３０
…シャッタ制御回路、３２…圧力調整器、３８…圧力セ
ンサ、４０…セレクタ、４２…メモリ、Ｒ…レチクル、
Ｗ…ウエハ
る。 【図２】開口数が変化したときの投影レンズ内における
光分布の変化を説明図するため図である。 【図３】開口数を説明するための図である。 【図４】開口数を変化させたときの結像特性の変化例を
示す線図である。 【図５】ガリレオ系を用いて開口数を変化させる第２実
施例を説明するための図である。 【図６】ガリレオ系を用いて開口数を変化させる第２実
施例を説明するための図である。 【図７】開口数に対する時定数の対応例を説明するため
の図である。 【図８】開口数を変化させたときの結像特性の変化例を
示す線図である。 【図９】開口数（σ値）に対する係数の対応例を説明す
るための図である。 【符号の説明】 １０…光源、１２…シャッタ、１６…フライアイレン
ズ、１８…照明開口絞り、２２…メインコンデンサレン
ズ、２４…投影レンズ、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４
Ｄ…レンズ素子、２４Ｅ，２４Ｆ，２４Ｇ…密封レンズ
室、２６…ステージ、２８…メインコントローラ、３０
…シャッタ制御回路、３２…圧力調整器、３８…圧力セ
ンサ、４０…セレクタ、４２…メモリ、Ｒ…レチクル、
Ｗ…ウエハ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭62−229838（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−78454（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−155843（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−160914（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−163046（ＪＰ，Ａ)
ＳＰＩＥ ｖｏｌ．174（1979）Ｐ.
48〜Ｐ．53，米国
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G03F 7/20
H01L 21/027
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．照明光学系を介して光源からの照明光をマスクに照
射し、投影光学系を介して前記マスクのパターン像を基
板上に転写する段階を含む集積回路製造方法において、 前記照明光学系内でオプティカルインテグレータに対し
て前記光源側に配置される光学素子を用いて、前記投影
光学系の瞳面における前記照明光の分布状態を変更する
段階と、 前記照明光の分布状態の変更による前記パターン像の結
像状態の変動を調整するために前記マスクの位置を調整
する段階とを含むことを特徴とする集積回路製造方法。 ２．照明光学系を介して光源からの照明光をマスクに照
射し、投影光学系を介して前記マスクのパターン像を基
板上に転写する段階を含む集積回路製造方法において、 前記照明光学系内でオプティカルインテグレータに対し
て前記光源側に配置される光学素子を用いて、前記投影
光学系の瞳面における前記照明光の分布状態を変更する
段階と、 前記照明光の分布状態の変更による前記投影光学系の結
像面の変動に追従して前記基板を移動し、前記投影光学
系の結像面と前記基板との位置合わせを行う段階とを含
むことを特徴とする集積回路製造方法。 ３．前記照明光の分布状態の変更では、前記照明光学系
内で前記投影光学系の瞳面と共役に配置される絞り部材
が用いられることを特徴とする請求項１又は２に記載の
集積回路製造方法。 ４．前記照明光の分布状態を変更する段階で前記投影光
学系の開口数が変更されることを特徴とする請求項１〜
３のいずれか一項に記載の集積回路製造方法。 ５．前記照明光学系内で前記投影光学系の瞳面と共役な
面での前記照明光の分布状態を変更することにより、前
記投影光学系の瞳面で前記照明光の分布状態が変更され
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載
の集積回路製造方法。 ６．照明光学系を介して光源からの照明光をマスクに照
射し、投影光学系を介して前記マスクのパターン像を基
板上に投影する投影露光装置において、 前記照明光学系内でオプティカルインテグレータに対し
て前記光源側に配置される光学素子を用いて、前記投影
光学系の瞳面における前記照明光の分布状態を変更する
変更手段と、 前記照明光の分布状態の変更による前記投影光学系の結
像面の変動に追従して前記基板を移動し、前記投影光学
系の結像面と前記基板との位置合わせを行う焦点合せ手
段とを備えることを特徴とする投影露光装置。 ７．前記変更手段は、前記照明光学系内で前記投影光学
系の瞳面と共役に配置される絞り部材を含むことを特徴
とする請求項６に記載の投影露光装置。 ８．前記変更手段は、前記投影光学系の開口数を変更す
ることを特徴とする請求項６又は７に記載の投影露光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02568299A JP3265533B2 (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 集積回路製造方法、および投影露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02568299A JP3265533B2 (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 集積回路製造方法、および投影露光装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12051597A Division JP3265531B2 (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | 集積回路製造方法、集積回路用のパターンが形成されるウエハ、および投影露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11317354A JPH11317354A (ja) | 1999-11-16 |
| JP3265533B2 true JP3265533B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=12172569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02568299A Expired - Lifetime JP3265533B2 (ja) | 1999-02-03 | 1999-02-03 | 集積回路製造方法、および投影露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3265533B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP6039932B2 (ja) | 2012-06-22 | 2016-12-07 | キヤノン株式会社 | 露光装置、露光方法及び物品の製造方法 |
| JP6613074B2 (ja) * | 2015-08-20 | 2019-11-27 | キヤノン株式会社 | 決定方法、露光装置、プログラム、および物品の製造方法 |
-
1999
- 1999-02-03 JP JP02568299A patent/JP3265533B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＳＰＩＥ ｖｏｌ．１７４（１９７９）Ｐ．４８〜Ｐ．５３，米国 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11317354A (ja) | 1999-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |