JPH01123238A - 光学系の結像特性に対する環境パラメーターの影響を補正する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、狭帯域の光を使用しながらオリジナルを像平
面内に結像するために使用される、系の結像特性に対す
る環境パラメーターの影響を補正する方法および装置に
関する。

従来の技術 このような補正方法は、主としてマイクロリソグラフィ
ーの分野に使用される。この場合には、所謂マスクがレ
ーザー光によって照射され、かつ光学系によってシリコ
ン円板（ウェハー）上に結像される。環境パラメーター
の変化、例えば温度変化および空気圧変化により、０．
５〜１．０μｍの寸法のパターンを結像する系の場合に
は、結像の著しい劣化が生じる。

マイクロリソグラフィーの装置は、集積回路の製造に使
用される。このような装置は、一般に一定温度を有する
空調室中で運転される。付加的な空気圧力の安定化は、
断念される。それというのも、装置の寸法により極めて
費用のかかる高価な圧力室が必要とされ、この圧力室は
経済的に認容することができないも、のと思われるから
である。この理由から、このような装置を用いての集積
回路の生産は、一定の空気圧限界を越えた場合には調節
されるか、または次の方法の１つが使用される： １、結像する対物レンズおよび／または物体空間および
像空間をガスを用いて洗浄すること、ａ）実際には、ヘ
リウムを用いる。それというのも、このヘリウムの屈折
率の変化は環境の変化に対して相対的にあまり反応しな
いからである。或は、 ０２／Ｎ２混合物、この場合混合比の調節は、空気圧を
補正するために使用される： ２、物体平面および像平面の後制御、したがって結像尺
度は不変のままである。

ガス洗浄は、ガスが周囲を流れる領域の密度に対して特
殊な前提条件を課さねばならず、膨大な額の費用を必要
とする欠点を冑する。後制御は、生産の中断を意味し、
したがって利用可能な運転時間の減少を惹起する。更に
、この制御は、狭い範囲内でのみ実施可能である。それ
というのも、この制御は、著しい歪曲収差をもたらすか
らである。

しかし、この方法は、狭帯域光を光学系によって結像さ
せることができる到るところでも成果をもって使用する
ことができ、この場合には、この系は、結像特性を著し
く劣化する強い環境の影響に曝されている。

発明が達成しようとする課題 本発明の課題は、狭帯域の光を使用しながらオリジナル
を高度に正確に像平面内に結像するために使用される系
の場合に、結像特性に対する環境パラメーターの影響の
自動補正を達成することにある。

課題を達成するための手段 この課題は、請求項１の特徴部に記載の方法によって解
決される。請求項２から４までのいずれか１項には、環
境パラメーターが記載されており、これらの、環境パラ
メーターの影響が補正される。請求項５および６の対象
は、望ましい補正を特に有利に実施することができる方
法であり、請求項７および８には、別の補正方法が記載
されている。最後に、請求項９．１０Ｓ１１には、本発
明による補正方法を実施するための好ましい装置が記載
されている。

実施例 次に、本発明を第１図ないし第４図に示した実施例、所
謂ウェハーステップ式投影露光装置につき詳説する。

全図面には、所謂ウェハーステップ式投影露光装置が示
されており、この装置は、集積回路を製造するために使
用され、そのために相応して構成されたオリジナルがウ
ェハ上に結像される。パターンが約０．５μｍの寸法を
有する回路を製造する場合には、結像のために短波長の
光を使用することが必要とされる。この光は、オリジナ
ルをウェハ上に結像させるために使用される光学系を、
必要とされる光学的結像特性を有するように構成させる
ことができるようにするために、極めて狭帯域でなけれ
ばならない。

０．５μｍの構造体を製造するためのウェハーステップ
式投影露光装置のパラメーターは、例えば次のとおりで
ある： 波長＜３ＣＩＯｎｍ 開口数ＮＡ＞０．３５ 視野直径≧１４．５ｍｍ 結像尺度１１５ 解像力０．５μｍ 中位ないし遠ＵＶ中でのコヒーレント光は、周波数倍率
器を有するガスレーザーまたは色素レーザーを用いて発
生させることができ、この場合ガスレーザーは、出力が
大きくかつ効果度が高いために有利である。ＵＶ光を発
生させるのに最も重要なガス分子は、希ガス分子（エキ
シマ−）または希ガスハロゲン化物（エキシプレックス
）である。ＫｒＦ型のエキシプレックスレーザーは、〜
２４８．５ｎｍ　（１，２ＰＨｚの周波数に相当）およ
び約±０．５ｎｍのスペクトルバンド幅を有し、これは
、モノクロメータ−によって共鳴範囲内で〜２ｐｍに減
少させることができる。約１５００Ｌ／ｍｍおよび４Ｑ
ｍｍの直径を有する中空格子をモノクロメータ−を使用
する場合には、５ｐｍのスペクトルバンド幅Δλをλ−
２４８，５ｎｍで得ることができる。中位の出力として
は、このようなレーザーで今日２００ｍＪ　・２５０Ｈ
ｚ−５０Ｗを発生させることができる。

ウェハーステップ式投影露光装置のための対物レンズは
、少なくとも〜１５ｍｍの光−コンダクタンス−直径の
照明を必要とする。寸法≦０．５μｍのパターンを結像
させる場合には、波長＜３００ｎｍ、例えば波長２４８
．５ｎｍを用いて作業される。結像系、すなわちこのよ
うなウェハーステップ式投影露光装置中で使用される対
物レンズは、多くの場合石英からなるレンズを包含し、
この場合には、対物レンズの全レンズは、同じ材料から
なる。別の使用可能な材料は、例えば蛍石である。ウエ
ハースチップ弐投影露光装置、ひいては対物レンズをも
包囲する空気の屈折率ｎＬは、空気圧にある程度依存す
る。また、屈折率ΔｎＬの変化（ΔｎＬ：Δλおよび空
気圧変化Δｐに基づく空気の屈折率の変化）が極めて少
ないことにより、結像すべきパターンの精度は、対物レ
ンズの結像特性に対して不利に作用する。それというの
も、それによって対物レンズを計算する場合に基礎とな
る屈折率比ｎＭ：ｎＬ（ｎＭ−レンズ材料の屈折率）が
変化するからである。

マイクロリソグラフィー用の対物レンズの結像特性が空
気圧に依存するという問題は、結像すべきパターンの精
度が高まるにつれて重要視される。ｄ　、、、＝　１．
０μｍのパターン寸法の場合、像寸法の空気圧によって
誘発された変化は、ＶＬ−０，１ｕｍだけなお許容する
ことができるが、しかし　ｄｌ、ｍｏ、５μｍには、像
寸法の変化は、ＶＬ≦０．０５μｍでなければならない
。

首記したように、ウェハースチップ弐投影露光装置の場
合に空気圧を、歪曲収差ＶＬが極めて小さい限界値内で
保持することができるような程度に不変に保持すること
は、不可能であるか、または認容できない多額の費用を
用いた場合にのみ可能である。

この場合、本発明による方法は、適当な制御出力によっ
て系の一部を、その結像特性が高度に正確に不変に保持
されるような程度に調節する補助手段を提供する。すな
わち、環境パラメーターの影響は、このパラメーターそ
れ自体に対して影響を及ぼす必要なしに補正することが
できる。

次に、例として空気圧の影響を補正することについて説
明する。この補正は、実際に全部の材料が分散、すなわ
ち波長への屈折率ｎの依存を有するが、空気の分散が光
学的材料の場合よりも極めて僅かであるという認識から
出発する。この事実は、空気圧への依存を補正するため
に空気の屈折率を変えることにより光の波長λを変化さ
せることにより、利用される。この補正は、以下に説明
されている。対物レンズの計算は、標準条件（２０°０
，１０１３ミリバール）下で測定された屈折率の比ｎ　
Ｍ　：　ｎ　Ｌを基礎とするが、事実は、次の比 （ｐ＝空気圧） （ΔｎＭ−波長の変化Δλに基づく光学的材料の屈折率
の変化） このことから、直ちにΔｎＭ（Δλ）／ｎＭ−ΔｎＬ（
Δλ、Δｐ）／ｎＬであることに注意する場合には、屈
折率の比ｎ　Ｍ　：　ｎ　Ｌを不変に保持することがで
きることが判明する。空気の分散、すなわちΔｎＬ（Δ
λ）は、光学的材料の場合よりも極めて僅かであるので
、ΔｎＭ（Δλ）／ｎＭ−ΔｎＬ（Δｐ）／ｒｒＬを記
載することができる。このことから、波長をΔλだけ後
調整することによって、周囲空気の屈折率に対する空気
圧の不利な影響を補正することができることが明らかと
なる。

必要な波長の調整Δλは、空気圧の変化Δｐに依存して
計算し、かつ蓄積値として制御出力計算機中に入力する
ことができ、この制御出力計算機は、Δρ値に依存して
光源の波長を測定する素子を調整するための大きさを、
Δｐの全ての値に対してΔλの補正に必要とされる値が
調整されるような程度に計算する。

通常、較正過程を前接することは、簡単であり、この場
合Δλは、Δｐに依存して測定され、こうして得られた
値は、制御出力計算機中に蓄積される。このために、例
えば対物レンズの長手方向の焦点または結像尺度は、定
めることができ、かつ空気圧のΔｐを変える場合には、
光源の波長を後に定めることによって不変に保持するこ
とができ、この場合には、直接に制御出力は得られる。

また、他の環境パラメーターとして空気湿度は、空気の
屈折率ｎＬに対して影響を有する。

この影響は、一般に相対空気湿度を約±ｌＯ％の変動幅
で不変に保持することができる場合には、注意する必要
はない。このことによす、微細なパターンを結像するこ
とができないかまたはなお微細なパターンを結像すべき
である場合には、上記の記載から、空気湿度の影響を補
正することは、例えば光源の波長λを後に定めることに
よって可能であることが認められる。

更に、注意すべきでありかつ場合によっては保証すべき
パラメーターは、屈折率の温度依存性ｎＭ、ならびに対
物レンズホルダーの温度に依存する変形、ならびに材料
の膨張による屈折面積、ならびに空気の組成である。

対物レンズの結像特性に対する許容できない大きさの影
響を有する全ての環境パラメーターは、本発明によれば
、対物レンズの結像特性を高度に正確に不変に保持する
ような程度に保証することができる。この場合、全ての
補正は、計算に基づいた屈折率の比ｎ　Ｍ　：　ｎ　Ｌ
が不変に保持されるような程度に実施される。

実施例 第１図には、ウェハースチップ弐投影露光装置が暗示さ
ている。レーザー媒体（１）、例えば希ガスハロゲン混
合物は、２つの射出窓（２ａ、２ｂ）によって制限され
ている。窓（２ａ）の１つから射出する光は、モノクロ
メータ−（２４）中に達し、このモノクロメータ−は、
この特殊な場合には、３つの拡散プリズム（４ａ、４ｂ
、４ｃ）および反射格子（５）からなる。反射格子（５
）の傾斜は、調整ねじ（８）によって変えることができ
、それによって反射したスペクトル線の波長は、望まし
い波長間隔内で連続的に制御できるように変化させるこ
とができる。調整ねじ（８）のサーボモーター（９）は
、遠隔条件を可能ならしめる。別の射出窓（２ｂ）を通
じて出るレーザー光（７）は、絞り（３ａ）および吸収
ミラー（６）を通して屈折光学素子（１０，１１，およ
び１２）の領域内に達する。

そこで、レーザー光（７）は、拡散光学素子（１０）お
よび視野レンズ（ｌ　Ｉ）を通して物体担体（１２）上
に結像され、この物体担体は、結像すべきオリジナルを
有する。物体担体（１２）上のオリジナルの像は、この
場合に光学素子ケーシング（１４）およびレンズホルダ
ー（１５）中のレンズ（Ｉ６）のブロックとして暗示さ
れている結像光学素子（１３）を通してウェハ支持体（
１８）上のウェハ（１７）に結像される。ウェハ支持体
（１８）は、公知のウェハ位置決め装置（１９）によっ
てｘ−ｙ方向に調整可能である。

測定装置（２０）が空間的融通性を理由に制御出力計算
機（２２）とともにケーシング中に取付けられていない
場合には、環境パラメーター、例えば空気圧を変えるこ
とにより、測定装置　（２０）で環境パラメーターに対
し１つの信号が発生し、この信号は、接続ケーブル（２
１）を介して制御出力計算Ｉｊ！！（２２）に供給され
る。

制御出力計算機（２２）は、測定装置（２０）のデータ
から調整ねじ（８）のサーボモーター（９）の目標位置
を計算し、このデータは、接続ケーブル（２３）を介し
て伝達される。モノクロメータ−（２４）の前方の転向
ミラー（３７）は、専らレーザーの構成長さを減少させ
るために使用される。

モノクロメータ−（２４）の調整ねじ（８）は、計算機
（（２２）から発生した信号により、レーザー（１）の
波長λのそれによって惹起された変化によって対物レン
ズ（１３）の結像品質に対する装置（２０）によって測
定された環境パラメーターの不利な影響が補正されるま
で、操作される。それによって、制御力を係り合わせる
必要なしにウェハ（１７）への物体担体（１２）上のオ
リジナルの申し分のない結像が保証される。

記載したモノクロメータ−（２４）以外に、勿論十分な
大きさの解像力を有する全ての別のモノクロメータ−を
使用することもできる。また、この場合にはレーザー光
直径の特殊な大きさを配慮しなければならない。

環境パラメーターの変化により生じる制御出力は、前述
したように前接された較正過程により予め定めることが
できかつ計算の原理としての計算機に必要な手段を供給
することができ、この場合には、ハードウェアの解決な
らびにソフトウェアの解決は満足な結果を生じる。

第２図には、暗示したウェハーステップ式投影露光装置
に関連して別の補正方法が示されている。この場合も、
測定装置（２０）のデータは、制御出力計算機（２２）
中で処理されるが、この場合にはパルスモータ（２７）
により物体担体（１２）の高さを変え、かつ圧電性結晶
レバー（２５）によりウェハ支持体（１８）の高さを変
え、したがって結像尺度および結像品質はそのまま保持
される。制御データは、示した実施例の場合に接続ケー
ブル（２６，４５）により伝送される。また、測定され
た環境パラメーターによって制御された前記の補正は、
長時間に亘るウェハーステップ式投影露光装置の自動的
使用を可能ならしめる。

第３図の実施例の場合、結像品質に対する環境の変化の
作用は、圧電性結晶レバー（３０）を用いてホルダー（
３８）中のレンズ（１６）の高さを調整することによっ
て補正され、この場合側方のレンズ案内（３１）を通じ
ての運動は、狭い公差内で維持される。高さを調整する
ための信号は、接続ケーブル（２９）を介して制御出力
計算機（２２）から圧電性結晶レバー（３０）へ伝送さ
れる。一般に、結像光学素子（１３）の最後のレンズ（
１６）は、高さを変える必要はなく；最善に望ましい補
正を生ぜしめるレンズまたはレンズ群が選択される。第
１図、第２図および第３図の実施例において、環境パラ
メーターの影響を補正するための手段を制御して調整さ
れ、また制御は、本発明方法によって構成させることも
できる。

第４図には、１つの実施例が示されている。

測定装置（２０）は、環境パラメーターを測定するため
に使用され、かつ相応する信号をケーブル（２１）を介
して制御出力計算機（２２）に供給する。レーザー光の
一部は、吸収ミラー（６）によりビームスプリッタ−（
７ａ）を用いて分光計（３３）に結像される。そのため
に、分光計（３３）の前方で分割されたレーザー光（７
ａ）は、レンズ（３２）を通じて入射スリット（４３）
上に焦点合わせされる。レンズ・（４０）により平行光
線が発生した後に、光は、プリズム（４１ａ、４１ｂ）
を通じて分解され、かつミラー（２８）およびレンズ（
４２）を介してダイオード列（３４）上にかつ像され、
このダイオード列は、波長を直接に信号として接続ケー
ブル（３５）を介して制御出力計算機（２２）にさらに
与える。目標値が偏倚することにより、制御出力計算機
（２２）は、補正信号を計算する。この補正信号は、接
続ケーブル（２３）を介してサーボモータ（９）で調整
ねじ（９）へ伝達される。勿論、物体面および像面の調
整または対物レンズ（１３）の１つまたは多数のレンズ
の高さの調整は、補正手段として第２図および第３図の
範囲内で実施することもできる。

使用すべき分光計（３３）は、延長された解像力に依存
し、かつこの場合に示した分光計（３３）に限定される
ものではない。ビームスプリッタ−（３６）は、最大の
光の強さを減少させないようにするために、所与に応じ
て連続的に光路内に留めることができるか、または照射
の際に光路により一致させるかまたは移動させることが
できる。

第４図に示した分光計は、プリズム分光計（３３）とし
て構成され、このプリズム分光計のプリズムは、対物レ
ンズ（１３，１６）のレンズの場合と同様の材料からな
る。この場合、レーザー（１）の波長は、光が常にダイ
オード列の同じ位置に衝突するように後制御すべきであ
る。

実施例の場合、それぞれ環境パラメーターを考慮に入れ
ることのみが示されている。また、同時に多数の環境パ
ラメーターを考慮に入れることができるようにするため
に、多数の補正系を設けることは可能である。更に、こ
の補正処は、有利に異なる調整素子を第１図ないし第３
図の範囲内で操作されるかまたは最も適当に制限される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、レーザー波長の後測定によって補正を行なう
第１の実施例を示す略図、 第２図は、物体面および像面の調整により補正を行なう
第２の実施例を示す略図、 第３図は、結像系中での素子を調整することによって補
正を行なうもう１つの実施例を示す略図、かつ 第４図は、レーザーの波長を制御することによって補正
を行なう実施例を示す略図である。 ■・・・レーザー、５・・・レーザー波長測定素子、７
・・・レーザー光、９・・・サーボモータ、１２・・・
オリジナル、１３・・・系、１７・・・工作物、２０・
・・測定装置、２２・・・制御出力計算機、２４・・・
モノクロメータ−１３３・・・分光計、３４・・・信号
発生器、３６・・・転向素子 手続補正書（的ン 昭和６３年１１月７乙口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、狭帯域の光を使用しながらオリジナルを像平面内に
   結像するために使用される、系の結像特性に対する環境
   パラメーターの影響を補正する方法において、差当たり
   結像特性に対する少なくとも１つの環境パラメーターの
   影響を測定しかつ蓄積し、系を利用する間に選択された
   環境パラメーターを連続的に測定し、蓄積された値によ
   り制御出力を換算し、この制御出力により系の一部を結
   像特性が高度に不変に保持されるような程度に調節する
   ことを特徴とする、光学系の結像特性に対する環境パラ
   メーターの影響を補正する方法。 ２、環境パラメーターの空気圧の影響を補正する、請求
   項１記載の方法。 ３、環境パラメーターの温度の影響を補正する、請求項
   １記載の方法。 ４、環境パラメーターの空気湿度の影響を補正する、請
   求項１記載の方法。 ５、少なくとも１つの選択された環境パラメーターを測
   定し、これから制御出力を測定し、制御出力により結像
   系中での光の波長をオリジナルが正確に像面内に結像す
   るように後測定する、請求項から４までのいずれか１項
   に記載の方法。 ６、結像特性に対する少なくとも１つの選択された環境
   パラメーターの影響を測定し、これから結像系中での光
   の波長に対する目標値を形成しかつ蓄積し、この波長お
   よび環境パラメーターを連続的に測定し、波長の測定値
   と、蓄積された目標値とを比較することにより、制御信
   号を形成させ、この制御信号により波長をオリジナルが
   正確に像平面内に結像されるような程度に後測定する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。 ７、少なくとも１つの選択された環境パラメーターを測
   定し、これから制御出力を形成させ、この制御出力によ
   りオリジナルと像平面との距離をオリジナルが正確に像
   平面内に結像されるような程度に変える、請求項１から
   ４までのいずれか１項に記載の方法。 ８、少なくとも１つの選択された環境パラメーターを測
   定し、これから制御出力を形成させ、この制御出力によ
   り結像に影響を及ぼす素子の位置をオリジナルが正確に
   像平面内に結像されるような程度に後調整する、請求項
   １から４までのいずれか１項に記載の方法。 ９、光源としてのレーザー（１）、レーザー光（７）に
   よって照射されるオリジナル（１２）およびこのオリジ
   ナルを工作物（１７）の表面上に結像するための系（１
   ３）を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記
   載の方法を実施するための装置において、レーザー（１
   ）の共鳴空間内に調節可能なモノクロメーター（２４）
   が配置され、少なくとも１つの環境パラメーターを測定
   するための測定装置が（２０）が備えられ、この測定装
   置の信号が制御出力計算機（２２）に供給され、モノク
   ロメーター（２４）のレーザー波長を測定する素子（５
   ）を調整運動するためのサーボモーター（９）がこの計
   算機（２２）の出力側と接続されていることを特徴とす
   る、光学系の結像特性に対する環境パラメーターの影響
   を補正する装置。 １０、分光計（３３）への予め定められた光量を転向さ
   せるための転向素子がレーザー（１）の光路（７）内に
   備えられ、この分光計がレーザー波長の実測値に比例す
   る信号を発生させるための信号発生器（３４）を包含し
   、この信号発生器が制御出力計算機（２２）の入力側に
   接続されている、請求項６記載の方法を実施するための
   請求項９記載の装置。 １１、同じ材料の素子からなる結像系の場合に、分光計
   がプリズム分光計として構成されており、この分光計が
   結像系（１３）と同じ材料からなるプリズム（４１ａ、
   ４１ｂ）を包含する、請求項１０記載の装置。