JP3374467B2 - 投影露光装置及び露光方法 - Google Patents

投影露光装置及び露光方法

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JP3374467B2
JP3374467B2 JP25252893A JP25252893A JP3374467B2 JP 3374467 B2 JP3374467 B2 JP 3374467B2 JP 25252893 A JP25252893 A JP 25252893A JP 25252893 A JP25252893 A JP 25252893A JP 3374467 B2 JP3374467 B2 JP 3374467B2
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に関し、例
えば半導体集積回路又は大型液晶基板等を製造する投影
露光装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば半導体集積回路又は大型液
晶基板等を製造する投影露光装置においては、１つのマ
スク（レチクル）を所定のマスクホルダ上に保持し、光
源からの光をマスク及び投影光学系を介して感光基板上
に照射することにより、マスクに形成されたパターンを
感光基板上に露光転写するようになされている。
【０００３】この種の投影露光装置においては、感光基
板上におけるマスクのパターン（以下これを露光パター
ンと呼ぶ）の結像状態に応じて投影光学系を補正した
り、又は感光基板と投影光学系との距離が一定となるよ
うな補正を行うことにより、感光基板上の露光パターン
の結像状態を良好にし得るようになされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところでかかる投影露
光装置においては、マスクホルダ上に複数のマスクを載
置し、各マスクが順次投影光学系の光軸上に位置決めさ
れるようにマスクホルダを移動し、順次露光を行うこと
により感光基板上に複数のマスクに形成されたパターン
を容易に重ね露光又は繋ぎ露光をし得ると考えられる。
【０００５】ところが、移動可能なマスクホルダ上に複
数のマスクを載置し、マスクホルダを移動して各マスク
を投影光学系の光軸上に位置決めする場合には、マスク
ホルダ上に載置されたマスク毎に光軸方向の位置が異な
り、この結果投影光学系との共役関係が一定に保たれ
ず、感光基板上における露光パターンに歪み等が生じ、
像質の低下を招く問題があつた。
【０００６】この問題点を解決するための一つの方法と
して、露光パターンの結像状態に応じてマスクホルダの
高さと光軸に対する傾斜を補正するマスクホルダの調整
手段を設ける方法が考えられるが、このようにすると、
マスクホルダの調整手段を設ける分、投影露光装置の構
成が複雑化する問題があり、解決策としては未だ不十分
であつた。
【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、簡易な構成によつて感光基板上の露光パターンの結
像状態を補正し得る投影露光装置を提案しようとするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、マスクＭ１〜Ｍ４に形成されたパ
ターンＭＰを投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｐ上に転
写する投影露光装置において、マスクの複数を載置する
複数のマスクホルダを有するとともに、複数のマスクを
投影光学系の光軸に対して選択的に位置決めするマスク
載置手段と、選択されたマスクのマスク面及び投影光学
系ＰＬ間の距離を複数ヶ所について測定し、測定の結果
を用いて前記基板に対する前記マスク面の共役関係から
の変位量を検出する検出手段１１ａ、１１ａ´、１８
ａ、１８ａ´、１１ｂ、１１ｂ´、１８ｂ、１８ｂ´、
１２又は５１と、検出手段の検出結果に基づいて感光基
板Ｐを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動及び又は光
軸ＡＸに対して傾ける駆動手段１６、１７、Ｈ、Ｚとを
備えるようにする。また検出手段は、マスク載置手段に
より前記選択されたマスクが投影光学系の光軸上に移動
した際に前記変位量を検出するようにする。
【０００９】また本発明においては、マスクＭ１〜Ｍ４
に形成されたパターンＭＰを投影光学系ＰＬを介して感
光基板Ｐ上に転写する投影露光装置において、マスク面
及び投影光学系ＰＬ間の距離を複数ヶ所について測定す
る測定手段１１ａ、１１ａ´、１８ａ、１８ａ´、１１
ｂ、１１ｂ´、１８ｂ、１８ｂ´、１２又は５１と、測
定手段の測定結果に基づいて感光基板Ｐを投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸ方向に移動及び又は光軸ＡＸに対して傾け
る駆動手段１６、１７、Ｈ、Ｚとを備えるようにする。
【００１０】また検出手段は、マスク載置手段により選
択されたマスクが前記投影光学系の光軸上に移動した際
に、選択されたマスクの高さ及び光軸に対する傾きを計
測することにより変位量を検出するようにする。また本
発明においては、複数のマスクと投影光学系の光軸との
相対的関係を順次移動させて複数のマスクのうち選択さ
れたマスクのパターンを基板に露光する露光方法におい
て、選択されたマスクの移動に伴って、基板に対するマ
スク面の共役関係からの変位量を測定し、測定した変位
量に基づき、選択されたマスク面に対する基板の位置が
共役関係となるように制御するようにする。
【００１１】
【作用】マスクＭ１〜Ｍ４の高さ及び傾きを測定し、当
該測定結果に基づいて感光基板Ｐの高さ及び又は傾きを
補正することにより、マスク及び感光基板Ｐを常に共役
な位置関係に保ちながら露光を行うことができる。
【００１２】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【００１３】図１は投影露光装置の全体構成を示し、超
高圧水銀ランプ、エキシマレーザ光源等の露光用の照明
光源１は、ｇ線、ｉ線あるいは紫外線パルス光（例えば
ＫｒＦエキシマレーザ等）などのレジスト層を感光する
波長（露光波長）の照明光ＩＬを発生し照明光学系２に
入射する。
【００１４】照明光学系２は照明光ＩＬに対して光束の
一様化、スペツクルの低減化等を施した後、これをミラ
ー４に出射する。ミラー４に入射した照明光学系２から
の照明光ＩＬは当該ミラー４において反射し、リレーレ
ンズ５ａ、可変ブラインド（視野絞り）６及びリレーレ
ンズ５ｂを介してミラー７で反射し、メインコンデンサ
レンズ８に至り、マスクＭ１のパターン領域を均一な照
度で照明する。
【００１５】また当該マスクＭ１のパターン領域を照明
した照明光ＩＬは、当該マスクＭ１を透過して投影光学
系ＰＬに至り、感光基板ＰにマスクＭ１のパターンを結
像する。ここで照明光ＩＬの照射により感光基板Ｐから
発生する反射光はミラー４を通過して光検出器（反射量
モニタ）３に入射するようになされている。光検出器３
は反射光を光電検出して光情報（強度値）ＰＳを得、こ
れを制御部（図示せず）に入力する。この光情報ＰＳは
投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を求めるためのデー
タとなる。
【００１６】ここでマスクＭ１を保持する手段として、
基台２１上に矢印Ａで示す方向又はこれとは逆方向に移
動可能にマスクステージＭＳが支持されており、当該マ
スクステージＭＳ上に設けられた複数のマスクテーブル
ＭＴ上にそれぞれマスクＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４が載
置されている。
【００１７】マスクステージＭＳは制御部１２によつて
矢印Ａで示す方向又はこれとは逆方向に移動され、各マ
スクＭ１〜Ｍ４のパターン領域の中心点が投影光学系Ｐ
Ｌの光軸ＡＸと一致する位置で位置決めされるようにな
されている。
【００１８】また感光基板Ｐを保持する手段として、ｚ
軸駆動部１７によつてｚ軸方向に駆動されるｚ軸ステー
ジＺ上に、光軸ＡＸに対しての角度を変化し得るレベリ
ングホルダＨが設けられ、当該レベリングホルダＨ上に
感光基板（プレート）Ｐが載置される。レベリングホル
ダＨはレベリング駆動部１６によつて照明光ＩＬの光軸
ＡＸに対する角度を変化させることができる。
【００１９】ここでマスクテーブルＭＴ上に載置された
マスクＭ１〜Ｍ４のうち、照明光ＩＬの光軸ＡＸ上に位
置決めされたマスクの高さ、傾きを測定する手段とし
て、検出光射出部１１ａから検出光（レーザビーム）Ａ
Ｌを光軸ＡＸ上に位置決めされたマスク（Ｍ１）の基準
面に照射し、当該基準面において反射した検出光ＡＬを
平行平板ガラス２０を介して受光部１１ｂにおいて受光
する。
【００２０】このとき制御部１２は、マスクにおける検
出光ＡＬの反射光の光軸と受光部１１ｂの光軸とを合わ
せるように平行平板ガラス２０を駆動し、その制御位置
と設定値の差からマスクの位置の基準位置に対する変位
量を求める。
【００２１】なおマスクの高さ及び傾きを検出する検出
光射出部及び受光部はそれぞれ投影光学系ＰＬと同一の
基準によつて取り付けられており、投影光学系ＰＬとの
距離が常に一定となるようになされている。従つて当該
検出光ＡＬを受光する受光部１１ｂの受光結果はマスク
パターンと投影光学系ＰＬとの間隔を表すものとなる。
【００２２】ここで図２はマスクの高さ及び傾きを検出
する検出光射出部及び受光部の配置状態を示し、検出光
射出部１１ａ及び受光部１１ｂでなる第１の検出系と、
検出光射出部１１ａ´及び受光部１１ｂ´でなる第２の
検出系と、検出光射出部１８ａ及び受光部１８ｂでなる
第３の検出系と、検出光射出部１８ａ´及び受光部１８
ｂ´でなる第４の検出系によつて構成される。
【００２３】この４組の検出系において照明光ＩＬの光
軸上に位置決めされたマスクＭ１（又はＭ２〜Ｍ４）の
４点Ｐ１〜Ｐ４の高さを検出することにより、当該マス
クＭ１（又はＭ２〜Ｍ４）の高さと光軸ＡＸに対する傾
きの基準位置に対する変位量を検出することができる。
【００２４】またレベリングホルダＨ上に載置された感
光基板Ｐのｚ軸方向の高さを検出する手段として、水平
位置検出系（１３ａ、１３ｂ）と焦点検出系（１４ａ、
１４ｂ）とが設けられている。水平位置検出系及び焦点
検出系は、光軸ＡＸに対して斜め方向から感光基板Ｐの
表面に入射する照明光を射出する光源１３ａ、１４ａ
と、ハーフミラー３１と、感光基板Ｐの表面における反
射光を受光する受光部１３ｂ、１４ｂと、ハーフミラー
３２と、平行平板ガラス３０とによつて構成される。光
源１３ａから射出される照明光は平行光束でなり、光源
１４ａから射出される照明光はピンホール又はスリツト
の像を形成するような結像光束でなる。
【００２５】プレート制御部１５は受光部１３ｂ及び１
４ｂからの受光検出信号Ｓ１及びＳ２に基づいてレベリ
ング駆動部１６及びｚ軸駆動部１７を制御することによ
り、ｚ軸ステージＺ及びレベリングホルダＨを駆動し、
これによりレベリングホルダＨ上に載置された感光基板
Ｐのｚ軸方向の高さ及び光軸ＡＸに対する傾きを調整
し、感光基板Ｐを投影光学系ＰＬの最良結像面に位置決
めすることができる。
【００２６】なおこの実施例においては、最良結像面が
零点基準となるように、予め上述の平行平板ガラス３０
の角度が調整されて、焦点検出系のキヤリブレーシヨン
が行われると共に、感光基板Ｐと結像面とが一致したと
きに、光源１３ａからの平行光束が受光部１３ｂの内部
の４分割受光素子（図示せず）の中心位置に集光される
ように、水平位置検出系のキヤリブレーシヨンが行われ
る。
【００２７】ここで制御部１２において検出されたマス
クＭ１（又はＭ２〜Ｍ４）の高さ及び光軸ＡＸに対する
傾きの基準位置に対する変位量は、プレート制御部１５
に送出され、当該変位量に基づいてレベリングホルダＨ
及びｚ軸ステージＺを駆動することにより、この状態で
のマスクＭ１（又はＭ２〜Ｍ３）に対して感光基板Ｐが
共役な位置となるようにすることができる。
【００２８】ここで図３は本発明による投影露光装置の
露光処理手順を示し、当該投影露光装置の主制御部（図
示せず）はステツプＳＰ１から当該処理手順に入り、ス
テツプＳＰ２においてマスクステージＭＳを移動して、
複数のマスクＭ１〜Ｍ４のうちいずれかのマスク（例え
ばＭ１）のパターン領域の中心が照明光ＩＬの光軸ＡＸ
上にくるようにし、さらに主制御部はステツプＳＰ３に
おいてマスクの高さ及び光軸ＡＸに対する傾きの変位量
を測定する。
【００２９】またこれと共に主制御部はステツプＳＰ５
においてプレート（感光基板）のステージ（ｚ軸ステー
ジ及びレベリングホルダ）を移動して、感光基板Ｐを基
準位置に移動する。この状態において主制御部はステツ
プＳＰ３において測定されたマスクの高さ及び傾きの変
位量をプレート制御部１５に送出し、ステツプＳＰ６に
おいて、マスクの変位量を加味した位置に平行平板ガラ
ス３０を移動し、続くステツプＳＰ７において感光基板
Ｐをフオーカス位置に駆動する。
【００３０】このようにして光軸ＡＸ上に位置決めされ
たマスクＭ１（又はＭ２〜Ｍ４）の基準位置に対する変
位量を加味したフオーカス位置に感光基板Ｐを移動する
ことにより、マスクＭ１及び感光基板Ｐを共役な位置関
係にした後、ステツプＳＰ８において露光を実行する。
【００３１】かくして図４に示すように、マスクＭ１が
基準位置から変位しても、当該マスクＭ１の基準位置か
らの変位量（高さ及び光軸ＡＸに対する傾き）に基づい
て感光基板Ｐを移動することにより、常にマスクＭ１及
び感光基板Ｐを共役な位置関係とすることができる。
【００３２】従つて以上の構成によれば、複数のマスク
Ｍ１〜Ｍ４を移動可能とするマスクステージＭＳを有す
る投影露光装置において、各マスクＭ１〜Ｍ４をそれぞ
れ照明光ＩＬの光軸ＡＸ上に位置決めした際にマスクの
高さ及び傾きに変位が生じても、感光基板Ｐ側において
これを補正することができる。従つてマスクステージＭ
Ｓ側においてマスクの高さ及び傾きを調整する手段を設
ける必要がなく、簡易な構成によつて感光基板Ｐにおけ
る露光パターンの結像状態を良好にし得る。
【００３３】なお上述の実施例においては、照明光ＩＬ
の光軸ＡＸ上に位置決めされたマスクの高さ及び傾きの
基準位置に対する変位量を求める場合について述べた
が、本発明はこれに限らず、マスク及び投影光学系ＰＬ
間の距離を直接測定するようにしても良い。
【００３４】この場合、図１との対応部分に同一符号を
付して示す図５に示すように、マスクパターン面のパタ
ーンＭＰが形成されていない部分に相当するＣｒ（クロ
ム）面５０に対して、投影光学系ＰＬに固定された（す
なわち投影光学系ＰＬに対する位置が変化しない）位置
センサ５１を設ける。この位置センサ５１は渦電流を利
用したセンサでなり、Ｃｒ面５０に対する距離に応じた
電圧値でなる検出信号Ｓ５１を出力することができる。
【００３５】この位置センサ５１を用いてマスクの位置
を補正しながら図３について上述した処理手順と同様の
処理手順によつて露光を行う。すなわち図３において主
制御部はステツプＳＰ１から当該処理手順に入り、ステ
ツプＳＰ２においてマスクステージＭＳを移動し、複数
のマスクＭ１〜Ｍ４のうちいずれかのマスクを照明光Ｉ
Ｌの光軸ＡＸ上に位置決めした後、ステツプＳＰ３に移
つてマスクの高さ及び傾きを位置センサ５１からの検出
信号Ｓ５１によつて測定する。さらに主制御部はこの測
定結果に基づいてステツプＳＰ７においてプレート位置
を補正した後、露光を行う。
【００３６】このように、投影光学系ＰＬに固定された
位置センサ５１を用いてマスクの高さを直接測定するよ
うにしても、マスク及び投影光学系の位置関係を常に一
定にしながら露光を行うことができる。
【００３７】また上述の実施例においては、複数のマス
クＭ１〜Ｍ４を載置したマスクステージＭＳを用いる投
影露光装置に本発明を適用した場合について述べたが、
本発明はこれに限らず、１つのマスクのみを固定して露
光する投影露光装置においても本発明を適用して好適で
ある。
【００３８】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、マスクの
位置及び感光基板の位置が共役な位置関係となるように
感光基板の位置を補正するようにしたことにより、感光
基板上に結像するマスクパターンの結像状態を良好に保
つて露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の一実施例を示す側
面図である。
【図２】本発明によるマスク位置検出系の構成を示す略
線的平面図である。
【図３】本発明による露光処理手順を示すフローチヤー
トである。
【図４】マスク及び感光基板の補正状態を示す略線図で
ある。
【図５】他の実施例によるマスク位置の測定系を示す側
面図である。
【符号の説明】 １……照明光源、１１ａ、１１ａ´、１８ａ、１８ａ´
……検出光射出部、１１ｂ、１１ｂ´、１８ｂ、１８ｂ
´……受光部、１２……制御部、１５……プレート制御
部、１６……レベリング駆動部、１７……ｚ軸駆動部、
ＰＬ……投影光学系、Ｐ……感光基板、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４……マスク、ＭＴ……マスクテーブル、ＭＳ…
…マスクステージ、５１……位置センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−255916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−296514（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−142112（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−140753（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−163833（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マスクに形成されたパターンを投影光学
    系を介して感光基板上に転写する投影露光装置におい
    て、前記マスクの複数を載置する複数のマスクホルダを有す
    るとともに、前記複数のマスクを前記投影光学系の光軸
    に対して選択的に位置決めするマスク載置手段と、 前記選択されたマスクの マスク面及び前記投影光学系間
    の距離を複数ヶ所について測定し、前記測定の結果を用
    いて前記基板に対する前記マスク面の共役関係からの変
    位量を検出する検出手段と、 検出手段の検出結果に基づいて前記感光基板を前記投影
    光学系の光軸方向に移動及び又は前記光軸に対して傾け
    る駆動手段とを具えることを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項２】 前記検出手段は、前記マスク載置手段に
    より前記選択されたマスクが前記投影光学系の光軸上に
    移動した際に前記変位量を検出することを特徴とする請
    求項１記載の投影露光装置。
  3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記マスク載置手段に
    より前記選択されたマスクが前記投影光学系の光軸上に
    移動した際に、該選択されたマスクの高さ及び前記光軸
    に対する傾きを計測することにより前記変位量を検出す
    ることを特徴とする請求項１または２記載の投影露光装
    置。
  4. 【請求項４】 マスクに形成されたパターンを投影光学
    系を介して感光基板上に転写する投影露光装置におい
    て、 前記マスクの複数を一体に載置すると共に、前記複数の
    マスクを前記投影光学系の光軸に対して選択的に位置決
    めするマスク載置手段と、 前記選択されたマスク毎に当該マスクと前記投影光学系
    との距離を複数ヶ所について測定する測定手段と、 前記測定手段の測定結果に基づいて前記感光基板を前記
    光軸方向に移動及び又は前記光軸に対して傾ける駆動手
    段とを具えることを特徴とする投影露光装置。
  5. 【請求項５】 複数のマスクと投影光学系の光軸との相
    対的関係を順次移動させて前記複数のマスクのうち選択
    されたマスクのパターンを基板に露光する露光方法にお
    いて、 前記選択されたマスクの移動に伴って、前記基板に対す
    る前記マスク面の共役関係からの変位量を測定し、 前記測定した変位量に基づき、前記選択されたマスク面
    に対する前記基板の位置が共役関係となるように制御す
    ることを特徴とする露光方法。
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