JPH04130711A - 投影光学装置、露光方法、および回路製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、半導体集積回路製造等に用いられる投影光学
系を備えた露光装置等において、マスクの特性に基く結
像特性の変化を補正して結像特性を向上させた投影光学
装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、半導体集積回路のパターンが微細化するに伴ない
、環境（大気圧、温度、湿度等）の変化や露光光吸収等
による投影光学系の結像特性の変化を補正する必要が生
じてきた。

従来の投影光学装置における結像特性の補正手段として
は、環境変化等をモニターするセンサの出力に基づいて
光学系自体の変動量を７寅算し、それに基づいて結像特
性を補正するものがある。

例えは「特開昭６０−７８４５４号」では、上記演算値
に応して投影レンズの結像特性の変化を補正するため、
投影レンズ内の一部のレンズ間隔を密閉し、その空気圧
力を変動させて、倍率、焦点位置等の結像特性を補正す
る方法が開示されている。また、投影レンズを構成する
レンズ・エレメントの一枚または複数のレンズエレメン
トを３次元的（水平面に対する２次元傾斜も含む）に駆
動することにより、倍率、像面歪曲、焦壱位置等の結像
特性を補正する方法か提案されている。

方、大気圧の変化による投影光学系自体の転像特性、特
に焦、壱変動を補正する方法としては、例えば「特開昭
６１−１８３９２８号公報」に示されるように、投影光
学系の最良結像面とウニへ表面とのずれを検出する斜入
射光方式の焦点検出系に対し、上記変化による投影光学
系の結像面の変動量を演算にて求めてオフセットを与え
るもので、ｌショット毎に焦点検出系を用いて結像面と
ウニ八表面とを一致させながらパターン露光を行ってい
る。

［発明か解決しようとする課題］ 上記の従来の技術では、結像特性を変動させる要因とし
ては、主に投影レンズに影響を及ぼすもののみが考慮さ
れ、その原因として大気圧、チャンバー温度変化、投影
レンズの露光光線の吸収等が考えられていた。

しかし、近年、集積回路のパターンが微細化するにした
がい、マスク自体の影響によるものか問題となってきた
。ここで、マスクとは回路パターンか形成されたガラス
基板と、この基板面への異物の付着を防止するためのペ
リクル（もしくはカバーカラス）とを指しており、以下
の説明においては、ガラス基板（以下レチクルと呼ぶ）
とペリクルとを分けて考えることにする。

上記の影響の一例としては、ますレチクル自体の微小な
変形や、レチクルの厚みと材質（屈折率）等が考えられ
、これらか結像特性に与える影響か問題となっている。

方、近年露光エリアの面積か拡大しており、こねに伴な
ってレチクルのサイズ（パターンか形成されている領域
）も大きくなっている。このためレチクルの自重による
たわみか無視てきなくなっており、レチクル（ガラス基
板）の厚み、あるいは剛性率の相違等が結像特性の変動
を発生させる場合もある。

さらに、レチクルのパターンの微細化に伴ないレチクル
上の微細なゴミを無視できなくなり、ペリクル（異物付
着防止膜）を具備したレチクルを使用する場合がある。

このようなチレクルを使用して投影露光する場合、ペリ
クル自体の屈折率が空気と異なるため、ペリクルの有無
、もしくは種類、製造誤差等により、倍率、焦点位置、
像面歪曲等の結像特性に変動が生しる要因となる場合が
ある。

これを第３図を用いて説明する。第３図（八）はべりタ
ルか装着されていない状態のレチクルの場合であり、レ
チクル側か非テレセントリックな光学系の場合を示す。

レチクル５１の下面にはパターン５２が形成されており
、主光線５４．５５により投影レンズ５ｏを介してその
像か投影される。

第３図（８）はペリクル５７がペリクル取付枠５６を介
して装着されたレチクルの場合である。ここで、通常ペ
リクルはレチクルの上下に取り付けられるが、この例で
は下側のみを示している。この図に誇張して示す様にペ
リクル５７の屈折率が空気中と異なるため、主光線５４
．５５は点線５４’、５５“で示した光路となり、ペリ
クル無しの場合の光路とは異なる光路を主光線か進むた
め、光学系の結像特性に変化か生ずる。

また、ペリクルとレチクルとの間の空間か密封されてい
るため、周囲の大気圧の変動に応してペリクルか変形し
たり、密封されている空間の圧力変化に暴く屈折率の変
化により、結像特性に影響を及ぼす場合かある。

これを第３図（ｃ）に示す。この図では、ペリクル取り
付は時の大気圧より現在の大気圧が低くなった例を誇張
して示しており、この影響でペリクル膜５７°は下側へ
脹らんでいる。このため主光線５４．５５は、点線５４
”、５５°°て示した光路になり第３図（Ａ）の光路か
らずれ、結像特性に大きな影響を与えることとなる。こ
れらは、特にレチクル側が非テレセンドリンク系な光学
系を使用する投影光学装置に大きな影響を与える。

前記の従来技術ではこれらの点が考慮されてないため、
マスクの特性、即ちレチクルの種類（材質）・厚さ・剛
性率（たわみ）、ペリクルの有無、或は変形等による結
像特性の変動を補正できないという問題、占、かあった
。

このため上記のように、同一の投影光学系を用いた露光
装置でも、使用するマスクの諸特性により結像特性に変
化をきたし、さらに、同一マスクを使用しても露光装置
（投影光学系）の機種により結像特性への影響が異なる
ため、マスク、露光装置の機種を厳密に選はなければ良
好な重ね合せ精度か得られない。

本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものて、マス
クの諸特性にかかわらず一定の結像特性が得られる投影
光学装置の供給を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記問題点の解決の為に本発明では、所定のパターンが
形成されたマスクを照明し、該パターンの像を投影光学
系を介して、被投影基板上に所定の結像状態で結像させ
る投影光学装置において、前記投影光学系の結像特性に
影響を与える前記マスクの特性データを予め記録してお
く記録手段と、前記記録手段に記録された前記特性デー
タに基づき前記投影光学系の結像特性の補正量を演算す
る演算手段と、前記補正量に基つき朋記投軒先字系の結
像特性を補正する結像特性補正手段とを具備させている
。

［作用］ 本発明は上記のように構成されているため、マスクか投
影光学系の結像特性に影響を与える諸特性のデータを予
め記録しておき、その記録をもとに結像特性の変動を計
算によって求めて補正量を算出し、補正手段によって変
動分を補正する。

ここで、マスクの特性データとしては、マスクを構成す
るレチクルの厚み、剛性率もしくはガラス基板の種類等
の少なくとも一つ以上か考えられる。

さらに、マスクの特性データには、使用するレチクルに
おけるペリクルの有無、並びにペリクル付ぎの場合には
、そのペリクルの厚み、屈折率、張力、ペリクル取付は
時の大気圧等の少なくともつ以上が考えられる。

この場合、マスクの特性データとして、上記の個々のデ
ータの代りにレチクル若しくはペリクルの種類として記
録させることもてき、露光波長に応して記録させておく
ことか望ましい。

このように本発明においては、マスクの特性に基つく結
像特性の変動分を結像特性補正手段でフィードバック・
コントロールしているため、マスクの特性による結像特
性変動をキャンセルすることができるので、富に良好な
結像状態を維持することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

［実施例コ 第１図は、本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の
構成を示したものである。

この装置では、露光光源１からでた光線ＩＬカ）シャッ
ターを備えた光強度−様化照明部２を通過し、コンデン
サレンズ３を介してミラー４で折りまげられ、レチクル
ステージ５に支持されたレチクルＲを照射する。

所定の回路パターンＰＡが描かれたレチクルＲを通過し
た照明光ＩＬは片側（ウニ凸側）テレセントリックな、
投影レンズ６を介してウェハＷ上にレチクルＲ（回路パ
ターンＰＡ）の像を結像する。

ウェハＷは、ウェハチャック７に真空吸着されており、
ウェハチャック７はモータ１ｏにょっＺ方向（光軸方向
）へ移動可能な２ステージ８上にある。

さらに、２ステ〜シ８はモータ１３により２次元移動可
能なｘＹステージ９上に載置され、その位置はレーサ干
渉計１１によって、例えば０，０１μｍの分解能で常時
検出される。

また、２ステージ８の端部には干渉計１１からのレーザ
ビームを反射する移動鏡９か固定されている。

次に結像特性の補正機構の一例を説明する。

本実施例では、結像特性として、投影レンズ６の倍率、
焦点位置を考えている。基本的な補正機構は、「特開昭
６０−７８４５４号ノ、「特開昭６１−１８３９２８号
」と全く同根なものであるので、以下簡単な説明を行な
う。

投影レンズ６の倍率補正機構としては、投影レンズ６中
の空気室１４の圧力を調整する方法かある。空気室１４
は、倍率補正に適した２枚もしくは、それ以上のレンズ
間隔を密封したもので、空気室１４内部の圧力はへロー
ズポンプ、弁等で構成された圧力制御部１５により調整
され、主制御系２０から指示に従い最適な圧力に変更さ
れて保たれる。

次に焦点位置補正機構としては、投影レンズ６とウェハ
Ｗとの距離を一定に保つ機構にオフセットを持たせる方
法による。

投影レンズ６とウェハＷとの距離を一定に保つ機構を以
下に説明する。ＬＥＤ等の光源、焦光レンズ等からなる
投光器１６からウエノＸＷ上で結像するように光を照明
し、ＳＰＤ等の受光素子、集光レンズ等からなる受光器
１７により、ウエノ＼Ｗからの反射光を受ける。

ウェハＷが所定位置からずれている場合、反射光がシフ
トし、ずれ量を検出することができる。

ずれ量の信号は主制御系２０に送られ、主制御系２０は
ウェハＷか所定位置に来るまで、２ステージ８を光軸方
向へ駆動するモーター】０に信号を送り、常に投影レン
ズ６とウェハＷとの間隔を定に保つ。

ここて、角、声、検出系１６．１７にオフセットを持た
せる場合には、反射光の光路を光学素子（フレーンパラ
レル等）によりシフトさせるか、すれ愈の信号にオフセ
ットを持たせる等の方法で行なう。

また、主制御系２０はセンサ１９からの環境（大気圧等
）に関する情報とともに、記憶部１８に格納されている
レチクル及びペリクルの特性データを入力して投影レン
ズ６の結像特性の変動量を算出し、この演算値に応じて
圧力制御部１５、焦点検出系１６．１７に所定の指令を
与える他、装置全体を統括制御する。

次に本実施例の動作の説明を行なう。

第２図は、ペリクル２１をペリクル支持枠２２を介して
レチクルＲの両面に装着したマスクの例である。

このようなペリクル２１か装着されたレチクルＲを使用
する場合、ペリクル２１の材質、厚さ、屈折率、張り具
合、ペリクル２１を装着した時の大気圧、縮小投影露光
装置内で使用する時の縮小投影露光装置内の圧力等と、
これらか倍率、焦点位置等の結像特性にもたらす変動量
との関係を実験もしくはシュミレーション等て求めてお
いて、主制御系２０の内部の記憶部１８等にテーブルも
しくは数式の形で持たせておくとよい。上記のペリクル
２１の情報をすべて使用あるいは記憶する必要はなく、
精度上最小限必要なものたけてよい。

そして、ペリクル２１のついたレチクルＲを使用する時
に、事前にレチクルＲ及びペリクル２１の材質等の特性
データを記憶部１８から読み出すとともに、縮小投影露
光装置内の大気圧等をセンサ１９により検出して主制御
系２０に入力し、環境変化、露光光吸収等による投影レ
ンズ５の結像特性の変動量と、レチクル及びペリクルの
特性に応した結像特性の変動量とをそれぞれ算出して、
これらを合わせた倍率・焦点変動量を求める。

尚、予めレチクル毎にペリクルの有無、さらにはその特
性データに基ついて結像特性の変動量を算出して記ｆｉ
！部１８に登録しておぎ、該当するレチクルを使用する
ときに記憶部１８から呼び出す方法も考えられる。この
場合にはレチクルにバーコードを付しておき、そのバー
コードを読み取ることにより対応する変動量を記憶部１
８から読み出すようにすれば良い。また、１ノチクル及
びペリクルの特性データ（あるいは結像特性変動量）を
バーコードとしてレチクルに書き込んでおいても構わな
い。

さて、倍率変化に対しては、空気室１４の内部圧力と外
気の圧力との差圧と倍率か比例することにより、倍率変
化を打ち消すような差圧を空気室１４に与えてやればよ
、い。この比例定数も、あらかじめ求めておいて記憶部
１８データとして持ち、主制御系２ｏは空気室１４の目
標圧力を算出し、圧力制御部１５に出力する。そして圧
力制御部１５は、空気室１４が常に目標圧となるように
制御する。

方、焦点位置に関しては、主制御系２０は焦点変動にウ
ェハＷ面か追従するように、オフセ・ント信号を受光器
１７に出力する。

以上の方法によりペリクルを具備したレチクルによる倍
率、焦点変動を補正できる。

本実施例では、マスクの特性の内、レチクルＲ、ペリク
ル２１の特性から結像特性の計算を行なったか、レチク
ルＲのガラスの厚みと剛性によって自重によるレチクル
Ｒのたわみ量か異なるため、ペリクル２１の特性同様に
結像特性に影響を与える場合がある。このため、本実施
例と同様な方法によりレチクルＲのたわみ量に伴なう結
像特性の変化も補正を行なうことが望ましし）。

さらに、本実施例では補正機構として、倍率については
投影レンズ内の空気室１４の圧力調整により、また、焦
点位置については焦５壱検出系１６．１７に光学的また
は電気的にオフセットを持たせることによる方法を例と
してあげたか、他の方法で補正を加えるものでもよい。

例えは、投影レンズ６を構成するレンズ・エレメントの
一枚または複数のレンズエレメントもしくはレチクルを
３次元的に駆動する方法、レチクルと投影レンズの間隔
をかえる方法、投影レンズの上方または下方に２枚の平
行平板ガラスを置き内部の圧力を変える方法等が考えら
れる。

本実施例では、補正する結像特性として、倍率と焦点位
置とを考えたか、他にも像面湾曲、デイスト−ジョン等
を、倍率・篤１．壱位置と同時に補正することも考えら
れる。この場合、補正項目ことに独立して補正できる機
構か必要となる。

例えはデイスト−ジョンについては、レチクルを水平面
に対して傾斜させる。もしくは投影レンズの一部のレン
ズエレメントを傾斜または水平面内でシフトさせれば良
い。

また、本実施例では片側にテレセントリックな投影光学
系について述べたが、デイスト−ジョン補正のためにレ
チクルを傾斜させる場合には、両側テレセントリックな
投影光学系であっても、レチクル、ペリクルの特性に応
して結像特性か変動し得るので、上記実施例と同様の動
作（たたし、さらにレチクルの傾斜量を考慮する）で結
像特性を補正することが望ましい。

また、本実施例では露光時の投影光学系の結像特性にラ
イて述へたか、Ｔ　Ｔ　Ｒ（Ｔｈｒｏｏｇｈ　ＴｈｅＲ
ｅｔｉｃｌｅ）方式のアライメントセンサー（アライメ
ント波長は露光波長、非露光波長のいずれても良い）に
対しても本発明を通用することがてき、レチクルやペリ
クルの特性に応したアライメント誤差をほぼ；とするこ
とかできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれは、マスクの諸特性による結
像特性の変動を補正機構により補正するため、マスクの
諸特性による影響か結像特性に及ばないという効果があ
る。

このため、マスクの種類によらず常に良好な結像状態を
保ったまま投影が行える利点がある。

さらに、もともと補正機構を備えた装置については、大
きな改造をすることなく、低コストで簡単に実現できる
効果がある。

加えて、複数種のマスクを交換して使用する場合、ある
いは露光装置の種類が異なる場合においても良好な重ね
合せ精度が得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を縮小投影露光装置に応用し
た場合の装置の概略構成を示す説明図、第２図はべりタ
ルを具備したレチクルの一例を示す説明図５ 第３図（Ａ）〜（Ｃ）はペリクルが結像特性に影響を与
える様子を示した説明図である。 ［主要部分の符号の説明］ Ｒ・・・レチクル、Ｗ・・・ウェハ、１・・・光源、６
・・・投影光学系、１４・・・空気室、２ｏ・・・主制
御系、２１・・・ペリクル、 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定のパターンが形成されたマスクを照明し、該パター
   ンの像を投影光学系を介して、被投影基板上に所定の結
   像状態で結像させる投影光学装置において、 前記投影光学系の結像特性に影響を与える前記マスクの
   特性データを予め記録しておく記録手段と、 前記記録手段に記録された前記特性データに基づき前記
   投影光学系の結像特性の補正量を演算する演算手段と、 前記補正量に基づき前記投影光学系の結像特性を補正す
   る結像特性補正手段とを具備したことを特徴とする投影
   光学装置。