JP3715751B2 - 残存収差補正板及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は残存収差補正板及びそれを用いた投影光学系及びそれを用いたデバイス製造方法に関し、特にICやLSI等の半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造するリソグラフィー工程に使用される際に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年IC、LSI等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウェハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光領域をもつ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置(ミラープロジェクションアライナー)や、マスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し、感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置(ステッパー)等がある。最近では露光装置に搭載される投影光学系の高解像力化が進み、それに伴い投影光学系(投影レンズ)に種々のことが要求されている。このうち投影光学系の諸収差のうちディストーション(歪曲収差)の許容値をより小さくすることが要求されている。このような性能の投影レンズは残留収差を極力小さく抑える為に、諸収差を実際に測定し、例えば各レンズ間の空気間隔、レンズの傾き及び平行偏心などを調整することにより残留収差を小さくしている。諸収差のうちディストーションに関しては、前述の調整方法では光軸に対して対称な成分或いは規則性のある非対称成分の調整が可能である。しかしながらいわゆるランダム成分に関しては前述の調整手段では調整できない。
【0003】
従来より、このランダムなディストーションの調整は例えば次のようにして行われている。図7に示すようにレチクル41と投影レンズ43の間にディストーションは補正板42を配置する。ここで、ディストーション補正板42は図8に示すように少なくとも片面に微小量の非球面加工が施されている。レチクル41と投影レンズ43の間にパワーの小さい光学部材を配置すると該光学部材は、結像光束の主光線の方向を変化させるだけで諸収差にあまり影響を与えない。即ちこのような光学部材は像のコントラスト等に影響を与える諸収差(球面収差、コマ収差、アス)を殆ど変化させることなくディストーションのみを変化させる作用を持っている。従って、ディストーション補正板42の非球面形状を投影レンズ43に残存しているディストーションを打ち消す特性を有する非球面形状に加工しておけば残存したランダムなディストーションを補正することが可能になる。
【0004】
ここで、ディストーション補正板はレチクル41と投影レンズ43の間に配置する際の位置決め精度を緩和し、かつ、非球面形状の加工を容易にする為に平行平面板としている。一般にこのようなディストーション補正板42は図9に示すような流れで製作されている。
【0005】
次に図9を用いてディストーション補正板42の製造方法に関して以下に述べる。
【0006】
まず、投影レンズ43の画面全面にわたってディストーションを測定する。このディストーション測定は、例えば、画面を9×9の格子状に分割し、各格子点にディストーション計測用パターンが配置されたディストーション測定用レチクルを用いて、実際にパターンをウェハー44上に焼き付け、その後その焼き付け像の位置を読み取り、理想結像位置とのズレ量を求めることにより測定される(ステップ21)。
【0007】
得られた格子状のディストーションデーターからそれぞれの格子点に対応するディストーション補正板42上でのディストーションを補正するのに必要な面傾斜をSnellの法則に従い求め、求められた面傾斜値を積分することにより必要な非球面形状値(ΔZ)を得ることができる(ステップ22)。
【0008】
次に、ステップ22で得られた非球面形状を加工する前に加工面の面形状(W0)を干渉計により高精度に測定する。ここで、前述した如くディストーション補正板42の位置決め精度の緩和、及び他の諸収差への影響を小さくするためにディストーション補正板42は平行平面板としている為に、加工面と反対側の裏面の光も干渉測定の際に混入するために測定前に裏面にグリス等を塗り、裏面光の混入を防いだ状態で測定は行われる(ステップ61)。
【0009】
その後、グリスを拭き取り所望の非球面形状に加工する(ステップ24)。
【0010】
再度グリスを裏面に塗り、加工後の面形状(W1)を測定する(ステップ62)。
【0011】
ここで、(W1−W0)−ΔX[加工量−目標非球面形状]が“0±許容値”に近づくまで追加工が繰り返される。その後、コーティングが施され(ステップ26)、再度、面形状測定を行う(ステップ63)。
【0012】
この工程は、コーティングの前後で面変形が生じていないかを確認するための工程であり、やはり、裏面光を除去する為に裏面にグリスを塗った状態で面形状測定を行う。
【0013】
面変形が生じていないことがステップ63で確認された後再度ディストーションを測定し、目標通りにディストーションが補正されたことを確認し全行程を終了する(ステップ28)。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
図7〜図9における従来のディストーション補正板及びその製造工程においては以下のような問題点があった。
【0015】
可干渉距離の長い光を発する光源を用いた干渉計により非球面の面形状を測定する際に、平行平面板の裏面からの反射光(裏面光)の干渉を防ぐために、裏面にグリス等を塗る必要があり、工程が複雑になり、さらにはコーティング後にもグリス等を塗る必要があり、拭き残しによる微量のグリスのためにコーティング特性の経時変化を招く可能性がある。その結果、露光性能の劣化につながる可能性もある。
【0016】
また、可干渉距離の短い光を発する光源(例えば白色光と干渉フィルターの組み合わせ)を使用した干渉計を構成した場合は、光量不足等により十分な測定精度を得ることが難しくなる。さらに、参照光と被検光の光路長を正確に一致させる必要があり、フィゾー型の干渉計を構成できないため測定の安定性を維持することが難しくなる。
【0017】
本発明は、結像性能に影響を与えることなく裏面からの反射光が面形状測定の際に干渉計内に配置された空間フィルターで遮断され、面形状を迅速にしかも高精度に測定することができる残存収差補正板及びそれを用いた投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の残存収差補正板は、第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置の光路中に設けられ、前記投影光学系の残存収差を補正する残存収差補正板において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記残存収差を補正するための面が形成されていることを特徴としている。
【0019】
請求項2の発明の投影露光装置は、第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記投影光学系の残存収差を補正するための面が形成されている残存収差補正板を光路中に有することを特徴としている。
【0020】
請求項3の発明は請求項2の発明において、前記残存収差補正板は、前記残存収差を補正するための面が形成されている第1補正板と、該第1補正板の楔角と逆方向の楔角を有し、表裏面が平面よりなる第2補正板とを有していることを特徴としている。
請求項4の発明は請求項2の発明において、前記基板の一面上に設けた面は非球面であることを特徴としている。
請求項5の発明は請求項2の発明において、前記残存収差補正板の楔角は、その製造の調整工程で使用される面形状測定用の干渉計の空間フィルターにより前記残存収差を補正する形状に加工された面及び前記残存収差を補正する形状に加工された面と異なる面からの反射光が分離されるように決定していることを特徴としている。
【0021】
請求項6の発明のディストーション補正板は、第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置の光路中に設けられ、前記投影光学系の残存ディストーションを補正するディストーション補正板において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記残存ディストーションを補正するための面が形成されていることを特徴としている。
【0022】
請求項7の発明の投影露光装置は、第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記投影光学系の残存ディストーションを補正するための面が形成されているディストーション補正板を光路中に有することを特徴としている。
【0023】
請求項8の発明のデバイス製造方法は、請求項2〜5及び請求項7のいずれか一項記載の投影露光装置を用いて被露光基板を露光する工程と、該露光した被露光基板を現像する工程とを有することを特徴としている。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の投影露光装置の実施形態1の要部概略図である。本実施形態の投影露光装置はステップアンドリピート方式及びステップアンドスキャン方式の双方に適用可能なものである。同図において2はレチクル(第1物体)であり、その面上には電子回路パターンが形成されている。2aはレチクルステージであり、レチクル2を保持している。4は照明系であり、例えばエキシマレーザ、又は超高圧水銀灯等を有した光源手段からの露光光束を照明光学系によって集光してレチクル2面上の電子回路パターンを均一な照度分布で照明している。
【0025】
1は投影光学系(投影レンズ)であり、照明系4からの露光光で照明されたレチクル2面上の電子回路パターンを所定相率(例えば1/5又は1/10)で被露光基板としてのウェハ(第2物体)3面上に投影している。
【0026】
以下の説明では補正板10として残存ディストーションを例に取り、補正する場合について説明するが他の収差についても取扱いは同じである。
【0027】
ウエハ3はその面上にレジスト等の感光材料が塗布されている。5はウエハチャックであり、ウエハ3を吸着保持している。6はウエハステージであり、ウエハチャック5を所定面内(XY平面内)に駆動している。
【0028】
10は球面収差(例えば5次以上)やコマ収差(例えば4次以上)、そしてディストーション等の投影光学系1の残存収差を補正する為の残存収差補正板(以下「補正板」と略す)であり、レチクル2と投影光学系1との間の光路中に設けている。尚、補正板10はレチクル2とウエハ3との間であればどこに配置してもよい。例えば、投影光学系1の絞り近傍に配置しても良い。
【0029】
以下の説明では補正板10として残存ディストーションを例に取り、補正する場合について説明するが他の収差についても取扱いは同じである。
【0030】
補正板10は図2に示すように微小量の楔角を設けた楔付き平面板の片面に所定の非球面を加工して製造している。補正板10は投影光学系1による投影像のコントラスト等の光学性能に影響を与える諸収差(球面収差、コマ収差、アス)を殆ど変化させることなくディストーションのみを変化させる光学作用を持っている。従って、ディストーション補正板10の非球面形状を投影光学系1に残存しているディストーションを打ち消す特性を有するように加工しておき、これによって残存したランダムなディストーションをバランスよく補正している。
【0031】
本実施形態では投影光学系1の残存ディストーション成分を補正する残存ディストーション補正板を投影光学系に設け、ディストーションの調整を行うとき、前記ディストーション補正板に楔角を設け、さらにディストーション補正板の面形状測定において、楔角により空間的に分離されたディストーション補正板の表裏面からの光のうち残存ディストーションを補正する為の面からの反射光のみを選択可能な空間フィルターを有する干渉計を用いて行っている。
【0032】
図3は本発明に係る補正板10の製造方法のフローチャートである。
【0033】
本実施形態における補正板10は、まず、投影レンズ1の画面全面にわたってディストーションを測定する。このディストーション測定は、例えば、画面を9×9の格子状に分割し、各格子点にディストーション計測用パターンが配置されたディストーション測定用レチクルを用いて、実際にパターンをウェハー3上に焼き付け、その後その焼き付け像の位置を読み取り、理想結像位置とのズレ量を求めることにより測定している(ステップ21)。
【0034】
ステップ21で得られた格子状のディストーションデーターからそれぞれの格子点に対応するディストーション補正板10上でのディストーションを補正するのに必要な面傾斜をSnellの法則に従い求め、求められた面傾斜値を積分することにより必要な非球面形状値(ΔZ)を得ている(ステップ22)。
【0035】
次に、ステップ22で得られた非球面形状を加工する前に基板の加工面の面形状(W0)を干渉計により高精度に測定する。ここで、前述した如くディストーション補正板10の位置決め精度の緩和、及び他の諸収差への影響を小さくするためにディストーション補正板10は楔角を有する基板とし、これによって加工面(非球面)と反対側の裏面からの反射光が干渉測定の際に信号光に混入するのを防止している(ステップ23)。
【0036】
ステップ22で決定された面形状となるように楔角を有する基板の一面を加工する(ステップ24)。
【0037】
加工された補正板の非球面が形状(W1)が、ステップ22で決定された非球面形状となっているか否か、非球面形状を干渉計等を用いて測定する(ステップ25)。
【0038】
非球面形状が決定された形状となっていないときはステップ24に戻り再加工する。
【0039】
即ち、(W1−W0)−ΔX[加工量−目標非球面形状]が“0±許容値”に近づくまで追加工が繰り返される。
【0040】
非球面形状が決定された形状の許容値以内となっているときは、その面に反射防止等のコーティングを施す(ステップ26)。
【0041】
コーティングを施した非球面形状を測定し(ステップ27)、ステップ22で決定した非球面形状の許容値以内となっていないときはコーティングをはがしてステップ24に戻り再加工する。
【0042】
決定した非球面形状の許容値以内となっているときは投影光学系の予め決められた光路中に配置して、チャートなどを具体的にウエハ面上に投影露光して、それよりディストーションを測定する(ステップ28)。
【0043】
このときのディストーションが許容値から外れていれば非球面量の計算が誤りであるとしてステップ22に戻り、再度非球面量の計算を行う。
【0044】
ディストーションが許容値以内であれば補正板は良品として、製造工程を終了させる。
【0045】
次に本実施形態における補正板10の楔角θは次のようにして設定している。
【0046】
補正板10の表面に設けた非球面の面形状測定に使用する干渉計内部に配置されている空間フィルターの直径をaとし、その干渉計内の空間フィルターまでに配置されている光学系の合成焦点距離をfとした場合、角度θの楔角による反射光の方向は角度2θである。従って、焦点距離fの光学系により、空間フィルター面上の光軸から、ΔX=2θfだけシフトした位置に補正板の裏面からの反射光は集光される。
【0047】
従って、ΔX=2θf>a/2
即ち、楔角θは、θ>a/(4f)を満足するように決定すれば良い。但し、楔角θをあまり大きくすると投影光学系の光路中に配置したときの他の諸収差への影響及びディストーションそのものへの影響も大きくなってしまう。本発明者のシュミレーション及び実施例からして結果1´程度の楔角θならば前述の諸収差への影響はほとんどなく、さらにはディストーションそのものへの影響も1nm以下に抑えることが可能であることがわかっている。現在の投影露光装置における投影光学系のディストーション規格が10nm前後であることから考えると、楔角θの設定は10´以下とするのが良い。
【0048】
また、通常干渉計においては、0.5´以上の光線を空間フィルターで遮断するのは容易に可能である。従って、楔角θは、0.5´〜10´の範囲で設定するのが最も望ましい。
【0049】
図4は本発明に係る補正板30の実施形態2の要部概略図である。
【0050】
本実施形態は図2の実施形態1に比べて補正板30として楔角を有する基板の表面に非球面を設けた第1補正板(第1ディストーション収差補正板)31と第1補正板31の楔角と逆方向の楔角を有する表裏面が平面の第2補正板32とから構成して楔角による光学性能への影響を全くなくしている点が異なっているだけであり、非球面によるディストーションを補正する作用については同じである。
【0051】
本発明に係る補正板において、楔角を1´程度にすればディストーションへの影響は殆ど発生しない。補正板に設けた非球面形状測定用の干渉計の空間フィルターにより遮断可能な入射角がそれ以上に大きい場合や、1nm程度のディストーションも考慮する必要がある場合に本実施形態の補正板は有効である。
【0052】
本実施形態においては、図2における楔角付きのディストーション補正板10とほぼ同じものを楔角付きの第1補正板31として配置し、さらにその裏面の近接した位置にほぼ同一の楔量で逆方向の楔角を有する楔角付きの第2補正板32を配置している。
【0053】
第1補正板31の楔角の影響により発生した諸収差及びディストーションの変化と楔角付き第2補正板32の影響により発生する諸収差及びディストーションの変化は逆方向であるのでほぼ相殺される。
【0054】
このように本実施形態では図4の構成をとることにより、楔角による諸収差及びディストーションへの影響を最小限に抑えている。尚、図4における楔角付き第1補正板31と楔角付きの第2補正板32の配置を入れ換えても良い。
【0055】
尚、補正板として球面収差やコマ収差を補正するときはこれらの収差を補正するように形成した補正板を、例えば、投影光学系の絞り位置近傍に配置すれば良い。
【0056】
次に上記説明した走査型投影露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【0057】
図5は半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、或は液晶パネルやCCD等)の製造のフローチャートである。
【0058】
本実施形態において、ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【0059】
一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、前記用意したマスクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
【0060】
次のステップ5(組立)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。
【0061】
ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0062】
図6は上記ステップ4のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。まずステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。
【0063】
ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打込)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では前記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【0064】
ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0065】
尚、本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度のデバイスを容易に製造することができる。
【0066】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように各要素を設定することによって
結像性能に影響を与えることなく裏面からの反射光が面形状測定の際に干渉計内に配置された空間フィルターで遮断され、面形状を迅速にしかも高精度に測定することができる残存収差補正板及びそれを用いた投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【0067】
特に本発明によれば、残存収差補正板に楔角を設けることにより、他の諸収差及び残存収差そのものへ影響を与えることなく、面形状測定の際に不可欠であった裏面光除去対策を施す必要がなくなる。その結果、例えば、裏面にグリスを塗る必要がなくなり、拭き残し等によるコーティング特性の劣化、さらには結像性能の劣化を防ぐことが可能となる。また、工程の短縮も可能となる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】 本発明の残存収差補正板の説明図
【図3】 本発明の残存収差補正板の製造方法のフローチャート
【図4】 本発明の残存収差補正板の実施形態2の説明図
【図5】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図6】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図7】 従来の投影露光装置の要部概略図
【図8】 従来のディストーション補正板の説明図
【図9】 従来のディストーション補正板の製造方法のフローチャート
【符号の説明】
1 投影光学系
2 レチクル
3 ウエハ
4 照明系
5 ウエハチャック
6 ウエハステージ
10、30残存収差補正板
31 第1補正板
32 第2補正板
Claims (8)
- 第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置の光路中に設けられ、前記投影光学系の残存収差を補正する残存収差補正板において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記残存収差を補正するための面が形成されていることを特徴とする残存収差補正板。 - 第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記投影光学系の残存収差を補正するための面が形成されている残存収差補正板を光路中に有することを特徴とする投影露光装置。 - 前記残存収差補正板は、前記残存収差を補正するための面が形成されている第1補正板と、該第1補正板の楔角と逆方向の楔角を有し、表裏面が平面よりなる第2補正板とを有していることを特徴とする請求項2の投影露光装置。
- 前記基板の一面上に設けた面は非球面であることを特徴とする請求項2の投影露光装置。
- 前記残存収差補正板の楔角は、その製造の調整工程で使用される面形状測定用の干渉計の空間フィルターにより前記残存収差を補正する形状に加工された面及び前記残存収差を補正する形状に加工された面と異なる面からの反射光が分離されるように決定していることを特徴とする請求項2の投影露光装置。
- 第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置の光路中に設けられ、前記投影光学系の残存ディストーションを補正するディストーション補正板において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記残存ディストーションを補正するための面が形成されていることを特徴とするディストーション補正板。 - 第1物体のパターンを投影光学系によって第2物体上に投影し該第2物体を露光する投影露光装置において、
0.5´〜10´の範囲内の楔角を有する基板で構成され、少なくともその一面に前記投影光学系の残存ディストーションを補正するための面が形成されているディストーション補正板を光路中に有することを特徴とする投影露光装置。 - 請求項2〜5及び請求項7のいずれか一項記載の投影露光装置を用いて被露光基板を露光する工程と、該露光した被露光基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
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