JP4137087B2 - 露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影露光装置、デバイス製造方法及び収差補正光学系に関し、特に、ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、ＣＣＤ等の撮像素子、液晶パネル等の表示素子を製造する際に用いられる投影露光装置、デバイス製造方法及び収差補正光学系に関する。

走査型露光装置においては、マスクを照明する照明光束の断面形状が走査方向と直交する直交方向に沿って延びた矩形または円弧であるため、マスクのパターンから生じる結像光束の断面形状も直交方向に延びた形状となる。このような結像光束が投影光学系（レンズ系又はレンズ・ミラー混合系）に入射すると、投影光学系のレンズが結像光束の一部を吸収することにより生じる屈折率分布や屈折面の変形具合が走査方向と直交方向とで異なってしまう。そのため、照明光束を主として走査方向に回折して回折光を投影光学系に入射させるパターンと照明光束を主として直交方向に回折して回折光を投影光学系に入射させるパターンとで、ベストピント位置（最良結像位置）が異なってしまう（以下、これを『非点収差』と言う）という問題が生じる（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−００８１７８号公報

上述の問題を解決するために、本願出願人は、特許文献１で、レンズの屈折率分布や屈折面の変形具合が走査方向と直交方向とでほぼ同じなるように投影光学系を加熱する加熱手段を配置することを提案した。

本発明の目的は、上記問題を解決できる、改良された投影露光装置、この装置により改良されたデバイス製造方法及び改良された収差補正光学系を提供することある。

本発明の一側面としての露光装置は、レチクルのパターンの像を基板に投影する投影光学系を備える露光装置において、前記投影光学系は、屈折率と厚さが互いに等しい２枚の平行平面板と、前記２枚の平行平面板の当該投影光学系の光軸に対する傾きを調整する調整手段と、を有し、前記調整手段は、前記２枚の平行平面板を前記光軸に対し互いに逆方向に傾けることで前記投影光学系の非点収差を補正し、前記２枚の平行平面板を前記光軸に対し一体にして傾けることで前記投影光学系のコマ収差を補正すること特徴とする。

本発明によれば、投影光学系の非点収差を正確に検出し、確実に補正できる投影露光装置を提供できる。

図１は本発明の第１実施例を示す概略図である。図１中、１は光源、２は光源１からの照明光によってレチクルＲの所定領域を照明する照明光学系で、スリット状の照明光により照明する。３はレチクル（マスク）Ｒを保持するレチクルステージ、４はレチクルＲ上のデバイスパターンをウエハＷの表面上に投影する投影光学系であり、そのウエハＷ側に２枚の厚さと屈折率がほぼ等しい平行平面板５ａ、５ｂを配置している。板５ａ、５ｂはＳｉＯ_２より成る、必要に応じてＣａＦ_２やＢＫ７も使える。６はウエハＷを保持し、順次ＸＹにステップしながらウエハＷを光学系４の露光範囲に移動させ、不図示のフォーカス系の計測結果に応じて、ウエハＷの表面をＺ方向に移動させるＸＹＺステージである。１１は照明光学系２の中に配置され照明光の１部を取り出すハーフミラーで、取り出された１部の照明光は光量センサ７に入射し、ウエハＷの露光量がモニターされる。

９は平行平面板５ａ、５ｂの角度を変える調整手段、１０はＸＹＺステージ上に配置された照度測定器である。８は投影光学系４に単位時間当たりに入射する光量を計算し、かつ、投影光学系４の光学特性の変動を予測する演算手段である。

露光が開始されると投影光学系４が光の１部を吸収してその温度が変化して投影光学系４の光学特性が変化する。フォーカス（ピント位置）や倍率の変化量の計算及び補正に関しては公知である。一方、図４に示すようにマスクの露光領域が長方形の場合、パターンＶとパターンＨでは、露光によってベストフォーカス位置が変化する。即ち非点収差が発生する。

非点収差△ＡＳはパターンＶのフォーカス位置をＦＶ、パターンＨのフォーカス位置をＦＨとしたとき、△ＡＳ＝ＦＶ−ＦＨであり、この値は演算手段８によって計算されて検出される。

演算手段８では、光量センサ７によってモニターされる単位時間当たりにレチクルＲに供給される露光量Ｑと、不図示のマスキングブレードで決定される露光領域ｘ，ｙの長さと露光領域の面積Ｓ、照度測定器１０を用いて予め計測してあるレチクルＲの透過率Ｔから投影光学系４の光学特性であるところの非点収差の変化を予測する。

非点収差については、露光範囲の縦と横の比率ｙ／ｘもパラメータに入ってくる。図４でｘとｙがほぼ等しい場合には非点収差の変化は起こらないが、ｘとｙの比が２を越えてくると露光による非点収差の変化が無視できなくなってくる。ｘ，ｙの比率と非点収差変化の関係は予め実験で求めて、非点収差の係数を決定すればよい。この、非点収差の係数をαとしたときに非点収差の△ＡＳは、以下の式
△ＡＳ＝△ＡＳ１＋△ＡＳ２
△ＡＳ１＝α・（ｙ／ｘ）・Ｔ・Ｑ・Ｓ・ＤＴ
△ＡＳ２＝−△ＡＳ’ｅｘｐ（−ｋ・ｔ）
で計算される。ここで、ＤＴは単位時間当たりで露光が行われていた時間の割合を示し、△ＡＳ’は１つ前の単位時間に計算された非点収差の値、ｋは投影光学系４の熱伝達を表すパラメータである。この式、またはこれらの式の線形結合で表わした式による予測計算によって、非点収差の予測値は図３に示すように包絡線が自然対数の関数で表せるような曲線を描いて変化していく。

図２は非点収差の修正を行う調節手段を示している。演算手段８の非点収差の予測結果に基づいて、光学系４に発生した非点収差を補正するために、調整手段９は平行平面板５ａ，５ｂを所定の角度θで反対方向に傾ける。ここで傾け量の例として、ＮＡ＝０．６，λ＝２４８ｎｍの場合、０．２５μｍ線幅のパターンに対して０．３μｍの非点収差を補正するためには、平行平面板５ａ，５ｂの厚さを５ｍｍとした場合、平行平面板５ａ，５ｂを約±３０分傾ければ良い。平行平面板の材質はＳｉＯ２である。

走査型の投影露光装置に関しては、図１においてレチクルＲとウエハＷを同期させてＸ方向に走査しながら露光が行われるが、この場合の照明光学系２の照明領域は一般的にスリット状で、例えば図４におけるｘとｙの比が３以上になり、非点収差の補正が必須である。走査方向がＸであるため、照明範囲は図４に示すようにｙ＞ｘとなる。この場合、フォーカスの変化としてはパターンＶの方が大きくなり、図２に示した平行平面板５ａ，５ｂはＸＺ平面内で傾ける。ＸＺ平面内で傾けた場合、パターンＨのピント位置にはほとんど影響がないため、パターンＨについてのフォーカス位置補正を行うように調整手段９でパターンＶとパターンＨの非点の補正を行えば、パターンＶについてもフォーカス補正が行われることになる。

光源１はエキシマレーザであっても水銀ランプ等のランプであっても良い。

平行平板は２枚以上であっても、互いに逆方向に傾ける枚数と厚さと屈折率が同じであれば良い。

また、調整手段９は場合により平行平面板５ａ，５ｂを一体にして光軸に対して傾けてコマ収差の補正も行なう。

又、投影光学系４はレンズのみ又はレンズとミラーとで構成される。

本実施例において，非点収差△ＡＳの予測計算や補正は、ウエハＷ上の複数個のショット（被露光領域）の内の一つのショット毎に行ってもいいし、複数個のショット毎に行ってもいいし、一枚乃至複数毎のウエハ毎に行ってもいいし、所定時間毎に行ってもいい。

図５は本発明の第２実施例を示す概略図である。図５において５１は照明光学系、５２は投影光学系４のベストフォーカス面を検出するＴＴＬフォーカス計測系。レチクルＲはレチクルステージ３で保持され、レチクルＲ上のパターン像は投影光学系４によってウエハＷの表面上に形成される。投影光学系４のウエハＷ側に２枚の厚さと屈折率が互いにほぼ等しい平行平面板５ａ，５ｂを配置している。６はウエハＷを保持し、順次ＸＹにステップしながらウエハＷを露光範囲に移動させ、不図示のフォーカス系の計測結果に応じて、ウエハＷの表面をＺ方向に移動させるＸＹＺステージである。７はＸＹＺステージ上に配置された反射面である。８はＴＴＬフォーカス計測系５２の計測結果に基づいて、投影光学系４の非点収差を計算する非点収差測定手段であり、ここで計算された非点収差の量に応じて、調整手段９によって投影光学系の非点収差が修正される。平行平面板５ａ，５ｂをＳｉＯ２より成る。

非点収差の測定方法は、次の通りである。図６に示すようにレチクルＲにフォーカス計測マーク２１を入れておく。マーク２１はＴＴＬフォーカス計測系５２が移動するか、走査型の露光装置のようにレチクルＲが移動することでＴＴＬフォーカス計測系５２で計測可能な範囲にある。マーク２１の結像位置に反射面５７を移動させ、ＸＹＺステージ６をＺ方向に駆動させると、図７に示すように、反射面位置がベストフォーカス付近では反射面５７で反射した光束がマーク２１の透過部２２を透過する光量が多く、反射面がベストフォーカス位置にないと、マーク２１のＣｒパターンによって光が遮られるため光量が減る。光量と反射面７のＺ位置に関する関係をグラフにすると図８のようになる。このような計測をパターンＶとパターンＨで行い、それぞれのパターンに対するベストフォーカス位置の差を計算することで、投影光学系４に非点収差が計算される。反射面の位置は前述のフォーカス系により計測される。このフォーカス系のような面位置測定装置は公知である。

計測された非点収差に応じて、調整手段９によって平行平面板５ａ，５ｂの各々の傾きを調整することによって、非点収差が補正される。これらの構成や機能は第１実施例と全く同じである。

計測用のマークとして、図６の実施例の他に４５°方向と１３５°方向マークを追加し計測すれば、投影光学系４の非点収差の最も大きい方向と量が解るので、所望の方向の非点収差の補正が可能である。

調整手段９の駆動手段としては、平行平面板５ａ，５ｂの有効径の外に１２０°毎に３カ所ピエゾの様な駆動機構を配置し、３つのピエゾの駆動量を調整することで、所望の方向の任意の非点収差が調節できる。

フォーカス計測系としては、このほかに、５７にステージ基準マークを形成し、ステージ基準マークの図６に示すような２つの方向のマークの像のコントラストをマスク側に設けたＣＣＤ等で計測する方法もある。

また、図６に示すような２つの方向のフォーカス計測用のマークをウエハＷに露光して、その線幅をウエハＷを現像した後で測定することでそれぞれのマークについてのベストフォーカス位置を求め、それから非点収差を計算しても良い。

また、フォーカス計測系としては、フォーカス計測用マーク２１の像をステージ６上に設けた格子パターン付の光検出器上に投影し、ステージ６を上下動させた時の格子パターンの通通過光量を計測するものもある。

また、フォーカス計測系としては、レチクルＲのフォーカス計測用マーク２１の像をステージ６上に設けたＣＣＤ上に投影し、ステージ６を上下動させた時のＣＣＤ上での像のコントラストを計測するものもある。

また、フォーカス計測系としては、ステージ６上に図６に示すようなフォーカス計測用マークを設け、このマークの像をレチクルＲ側に投影し、レチクルＲの反射面により像形成光束を反射して投影光学系４に入射させ、投影光学系４によりこのマークの像をステージ６側に投影し、ステージ６上に設けた格子パターン付の光検出器上に投影し、ステージ６を上下動させた時の格子パターンの通通過光量を計測するものもある。

また、フォーカス計測系としては、ステージ６上に図６に示すようなフォーカス計測用マークを設け、このマークの像をレチクルＲ側の格子パターン付の光検出器上（格子パターンがマスクに形成されている場合とそうでない場合がある。）に投影し、ステージ６を上下動させた時の格子パターンの通過光量を計測するものもある。

照明光学系５１はエキシマレーザ等のレーザーや水銀灯等のランプを光源として備えている。

また、投影光学系４はレンズのみ又はレンズとミラーを組み合わせて構成されている。

本実施例において，非点収差△ＡＳの測定や補正は、ウエハＷ上の複数個のショット（被露光領域）の内の複数個のショット毎に行ってもいいし、一枚乃至複数毎のウエハ毎に行ってもいいし、所定時間毎に行ってもいい。

走査型の露光装置に関しては、図５においてレチクルＲとウエハＷを同期させてＸ方向に走査しながら露光が行われるが、この際の非点収差の補正の要点は第１実施例で説明した通りである。

本実施例の対を成す複数の平行平面板は、互いに逆方向に傾ける枚数と厚さと屈折率が同じであれば、２枚以上の任意の偶数とすることが可能である。また、２枚以上の平行平面板を一体にして傾けることによりコマ収差の補正も行える。

本実施例の平行平面板の材料はＳｉＯ_２以外にもＣａＦ_２が使用でき、露光光がｉ線（波長３６５ｎｍ）の場合にはＢＫ７等も使用できる。

上記各実施例において非点収差の補正量を調節する場合には、対を成す２枚の平行平面板を、互いに逆方向に同じ量だけ傾けるように、動かす。

上記各実施例においては、非点収差補正用の平行平面板はレチクルＲと投影光学系４の間に設けることもできる。

上記各実施例において、非点収差の調節に、本願出願人が特開平７−９２４２４号公報に記載している収差補正光学系を用いることができる。

次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図９は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。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なう。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。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、上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。次のステップ５（組み立て）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。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なう。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。

図１０は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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。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（イオン打込み）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）では上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。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像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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを製造することができる。

本発明の第１実施例を示す概略図である。 図１の装置の非点収差補正手段の説明図である。 時間の経過と非点収差予測値の関係を示すグラフ図である。 マスク上の露光領域（照明光の断面）と縦パターンＶと横パターンＨを示す説明図である。 本発明の第２実施例を示す概略図である。 フォーカス測定用の縦パターンＶと横パターンＨを示す説明図である。 フォーカス計測系によるベストフォーカス位置の計測原理を示す説明図である。 反射面の位置とフォーカス計測系の出力の関係を示すグラフ図である。 半導体デバイスの製造フローを示す図である。 図９のウエハプロセスを示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 照明光学系
３ レチクルステージ
４ 投影光学系
５ａ，５ｂ 平行平面板
６ ウエハステージ
７ 光量センサ
８ 演算手段
９ 調整手段
１０ 照度測定器
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ

Claims (2)

1. レチクルのパターンの像を基板に投影する投影光学系を備える露光装置において、
   前記投影光学系は、屈折率と厚さが互いに等しい２枚の平行平面板と、前記２枚の平行平面板の当該投影光学系の光軸に対する傾きを調整する調整手段と、を有し、
   前記調整手段は、前記２枚の平行平面板を前記光軸に対し互いに逆方向に傾けることで前記投影光学系の非点収差を補正し、前記２枚の平行平面板を前記光軸に対し一体にして傾けることで前記投影光学系のコマ収差を補正すること特徴とする露光装置。
2. 請求項１記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、当該露光した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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