JPH0430411A - 投影露光装置 - 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） 本発明は投影露光装置に関し、特にＩＣ。

ＬＳＩ等の半導体素子を製造する際にレチクル面上の電
子回路パターンをウニ八面上に投影光学系により投影す
るときの歪曲誤差や投影倍率誤差等の光学性能を良好に
補正し、高精度な投影パターン像が得られる投影露光装
置に関するものである。

（従来の技術） 従来よりＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の焼付装置
（アライナ−）においては非常に高い組立精度と光学性
能が要求されている。

このうち電子回路パターンが形成されているレチクルと
ウェハとを重ね合わせる際のマツチング精度は特に重要
になっている。このマツチング精度に最も影響を与える
一要素に投影光学系の投影倍率誤差と歪曲誤差がある。

投影倍率誤差や歪曲誤差は所望の格子点と投影パターン
の格子点との差として現われる。本出願人は特開昭６２
−３５６２０号公報において光学手段を用いて像歪誤差
を減少させて投影倍率を補正した手段を有するアライナ
−を提案している。

ところで最近のアライナ−に用いられるパターン寸法は
年々微細化されており、それに伴いマツチング結反もよ
り高精度なものが要求されてきている。この為投影光学
系の投影倍率誤差と歪曲誤差を更に僅少にすることが要
望されている。

現在の投影光学系の投影倍率誤差と歪曲誤差は投影光学
系の製造工程上の調整及び装置の設置時の調整により補
正されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら投影光学系の投影倍率誤差や歪曲誤差等は
組立誤差や周囲の環境、特に気圧や温度によって変化す
る。又投影光学系はウニへの露光時に露光エネルギーを
吸収し、光学要素（例えば屈折率、形状）が変化し、こ
れによっても投影倍率誤差や歪曲誤差等が変化してくる
。

これらの光学性能の双方を良好に補正するのは難しく、
従来の投影露光装置では例えば気圧や温度変化、光吸収
等による歪曲誤差が残留していたり、投影倍率誤差を補
正する際に歪曲誤差が発生したりして投影倍率誤差と歪
曲誤差の双方を完全に補正することが大変難しかった。

本発明はレチクル面上のパターンを投影光学系によりウ
ニ八面上に投影する際、投影倍率誤差と歪曲誤差の双方
を良好に補正し、高い光学性能が容易に得られる投影露
光装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の投影露光装置は、照明系からの光束で照明され
た第１物体面上のパターンを投影光学系を介して第２物
体面上に投影する際、該投影光学系の少なくとも１つの
レンズ系を光軸方向に移動させるか又は／及び該投影光
学系と該第１物体とを相対的に光軸方向に移動させるよ
うにした駆動手段と、該照明系からの光束の発振波長を
変化させる波長可変手段とを利用して、該第１物体面上
のパターンを投影光学系により第２物体面上に投影する
際の光学性能を調整したことを特徴としている。

特に本発明では、光学性能として投影倍率誤差と歪曲誤
差を良好に補正していることを特長としている。

（実施例） 第１図は本発明の投影露光装置の一実施例を示す概略図
である。

第１図において１は回路パターンが描かれた第１物体と
してのレチクル、２はレチクル１を吸着保持するレチク
ルチャック、３はレチクルチャック２に取り付けたレチ
クル駆動装置、４はレチクル駆動装置３を支持するレチ
クルステージ、５は縮少型の投影レンズ系、６Ａ、６Ｂ
は各々投影レンズ系５を構成する部分レンズ系のフィー
ルドレンズである（以下「フィールドレンズ６Ａ、フィ
ールドレンズ６ＢＪと称す。）。

７はレンズ系であり、投影レンズ系５の一部を構成して
いる。８Ａ、８Ｂは各々レンズ駆動装置であり、フィー
ルドレンズ６Ａ、６Ｂを投影レンズ系５の光軸ＡＸ方向
に移動させている。９はレジスト等の感材か塗布された
第２物体としてのウェハ、１０はウェハ９を吸着保持す
るウェハチャック、１１はウェハチャック１０に取付け
たウェハ駆動装置である。

えば圧電素子等から成り、レチクル駆動装置３によりレ
チクルチャック２を投影レンズ系５の光軸ＡＸ方向に変
位せしめてレチクル１を光軸ＡＸ方向に移動させ、ウェ
ハ駆動装置１１によりウェハチャック１０を投影レンズ
系５の光軸ＡＸ方向に変位せしめてウェハ９を光軸ＡＸ
方向に移動させる。１２はウェハ駆動装置１１を支持し
、投影レンズ系５の光軸ＡＸに直交する面内で移動可能
なウェハステージを示す。

一方、レンズ駆動装置８Ａ、８Ｂは空気圧や圧電素子等
を利用してフィールドレンズ６Ａ、６Ｂを投影レンズ系
５の光軸ＡＸ方向に移動させるものである。レンズ駆動
装置８Ａ、８Ｂの具体的な構造は本件出願人による特開
昭６２−３２６１３号公報に開示されているので、ここ
では説明を省略する。

レチクル駆動装置３によるレチクルチャック２の駆動は
レチクル駆動制御系１３からの信号に基づいて行なわれ
、この時レチクル１の光軸ＡＸ方向の位置がレチクル位
置検出器１５により検出される。又、同様にレンズ駆動
装置８Ａ、８Ｂによるフィールドレンズ６Ａ、６Ｂの駆
動はレンズ駆動制御系１６Ａ、１６Ｂから信号に基づい
て行なわれ、この時フィールドレンズ６Ａ、６Ｂの光軸
ＡＸ方向に位置がレンズ位置検出器１７Ａ。

１７Ｂにより検出される。レチクル位置検出器１５とレ
ンズ位置検出器１７Ａ、１７Ｂは光学式エンコーダ等の
各種の位置検出器で構成することができる。

又、ウェハ駆動装置１１によるウェハチャック１０の駆
動はウェハ駆動制御系１４からの信号に基づいて行なわ
れ、この時ウェハ９（の表面）の光軸ＡＸ方向の位置は
フォーカス検出器１８により検出される。フォーカス検
出器１８は、この種の投影露光装置で従来から使用され
てきた例えばエアーセンサーや光学式センサーで構成さ
れている。レチクル位置検出器１５、レンズ位置検出器
１７Ａ、１７Ｂ及びフォーカス位置検出器Ｉ８からの各
信号はマイクロプロセッサ−２３へ入力される。一方、
投影レンズ系５の周囲の気圧、気温５温度の変化を検出
するために気圧センサー１９、温度センサー２０、湿度
センサー２１が設けられ、投影レンズ系５の光吸収によ
る温度変化を検出するためにレンズ温度センサー２２が
設けられてあり、これら各種センサー１９，２０゜２１
．２２からの信号もマイクロプロセッサ−２３へ人力さ
れる。

又、レチクル駆動制御系１３、レンズ駆動制御系１６Ａ
、１６Ｂ及びウェハ駆動制御系１４はマイクロプロセッ
サ−２３により制御される。

以上のうち各要素１３，１４，１５，１６Ａ。

１６Ｂ、１７Ａ、１７Ｂは駆動手段の一部を構成してい
る。

２４はレチクル１の回路パターンを均一な照度で照明す
る照明系を示し、照明系２４は波長λ＝２４８．４ｎｍ
のレーザー光を放射するＫｖＦエキシマレーザ−を、露
光用の光源として具備している。照明系２４からのレー
ザー光はレチクル１と投影レンズ系５を介してウェハ９
上に向けられ、ウェハ９上にレチクルｌの回路パターン
像が投影されることになる。

本実施例では遠紫外域の波長を有するレーザー光で投影
露光を行なうために投影レンズ系５を構成する各レンズ
を波長λ＝２４８．４ｎｍの光に対して高い透過率を備
えた合成石英（ＳｉＯ２）で製造している。

次に本実施例における照明系２４の各要素について説明
すると２７はレーザー光源であり、後述する波長選択素
子駆動制御系３２により発振波長が制御された光束を放
射している。２５はコンデンサーレンズであり、レーザ
ー光源２７からの光束をミラー２６で反射させてレチク
ル１面上を均一照明している。

レーザー光源２７はレーザー共振器２８と波長選択素子
２９を有している。３０は波長選択素子駆動装置、３１
は波長選択素子角度検出器、３２は波長選択素子駆動制
御系である。

第２図は第１図のレーザー光源２７の要部概略図である
。波長選択素子２９はプリズム、グレーティング、エタ
ロンなどを使用することにより波長帯域の狭帯域化を可
能としている。同時にプリズム後の反射鏡、グレーティ
ング、エタロンの角度を変えることによってレーザー共
振器の本来の波長帯域範囲内で波長を変えることが可能
である。

波長選択素子駆動装置３０はステップモータあるいは圧
電素子等から成り、波長選択素子駆動制御系３２からの
信号に基づいて駆動する。この時波長選択素子２９の角
度が波長選択素子角度検出器３１により検出される。波
長選択素子角度検出器３１は例えば光学式エンコーダな
どの各種角度検出器で構成できる。波長選択素子角度検
出器３！からの信号はマイクロプロセッサ−２３へ人力
される。又波長選択素子駆動制御系３２はマイクロプロ
セッサ−２３により制御される。

本実施例では以上のような構成により投影レンズ系５と
は独立に、後述するようにしてレーザー光源２７からの
発振波長を変化させるようにして装置全体の簡素化を図
っている。

第３図は第１図の投影レンズ系５の具体的なしンズ構成
のレンズ断面図である。同図においてはレチクル１とウ
ェハ９の間に、符号Ｇ、〜ＧＩ２で示される１２枚のレ
ンズが光軸ＡＸに沿って配列されて投影レンズ系５が構
成されている。

第３図に示す投影レンズ系のレンズデータな表−１に示
す。表−１中、Ｒ，（ｉ＝１〜２４）はレチクル１側か
ら順に数えて第ｉ番目の面の曲率半径（ｍｍ）を、Ｄ、
はレチクル１側から順に数えて第ｉ番目と第ｉ＋１番目
の面間の軸上肉厚又は軸上空気間隔（ｍｍ）を、Ｎ１　
（ｉ＝１〜１２）はレンズＧｌ　（ｉ＝１〜１２）の屈
折率を示す。又、Ｓｌはレチクル１の回路パターン面と
レンズＧ、のレチクル１側のレンズ面との間の軸上空気
間隔を、Ｓ２はレンズＧ１２のウェハ９側のレンズ面と
ウェハ９表面との間の軸上空気間隔を示す。

表 １＠１００．０００００ 表−２は表−１に示した投影レンズ系においてレチクル
１とレンズ０１間の軸上間隔Ｓ１、レンズＧ１２とウェ
ハ９間の軸上空気間隔５２及び互いに隣接するレンズＧ
１とＧＨ，、（ｉ＝１〜１１）間の軸上空気間隔Ｄ２．
（ｉ＝１〜１１）を各々個別に１ｍｍ変化させた時、更
に露光用光源の波長λをｌｎｍ変化させたときの投影レ
ンズ系の像面の像高１０ｍｍの位置における像点の対称
歪曲収差の変化に伴なうシフト量ΔＳＤ（以下、「対称
歪曲変化量ΔＳＤＪと称す。）と投影倍率の変化に伴な
うシフト量Δβ（以下、「投影倍率変化量Δβ」と称す
。）及び両者の比１ΔＳＤ／Δβ１を示す。尚、投影レ
ンズ系の光軸から離れる方向に像点かシフトしたものを
正とし、投影レンズ系の光軸に近づく方向に像点がシフ
トしたものを負の符号を付している。

表 本実施例は表−２に基づいて間隔Ｄ２、（ｉｘ１〜１１
）と波長λの２種類の変数のうち波長λと他の１つ又は
２つ以上の変数としての間隔の少なくとも１つの値を調
整して投影倍率と対称歪曲の双方を調整するようにした
ことを特長としている。

今、２つの変数なＸ、Ｙとし、それぞれの変化量をΔＸ
、ΔＹとする。更にそれぞれの変数の表−２に対応した
対称歪曲の変化量をΔＳＤｘ。

ΔＳＤＹ、投影倍率の変化量をΔβ８．Δβ、とすると
全系での対称歪曲の変化量ΔＳ　Ｄ　ＴＯＴと投影倍率
の変化量Δβ７゜７は各々次式で表わすことができる。

従ってΔＸ、ΔＹが次の式て与えられる。

但しに−（ΔＳＯ，−Δβ１−Δ５０Ｙ−Δβｘ）−１
（２）式からある歪曲誤差ΔＳ　Ｄ　ＴＯＴ及び投影倍
率誤差ΔβＴｏアが発生した場合、間隔Ｄ２ｔ（ｉ＝１
〜１真）と波長λのうち２つの変数Ｘ、Ｙを選択すると
（２）式からそれぞれの変化させるべき量ΔＸ、ΔＹが
求まり、歪曲誤差及び投影倍率誤差を同時に補正するこ
とが可能となる。

次に第１図に示す投影露光装置において具体的にレチク
ル１面上のパターンをウェハ９面上に投影する際の投影
倍率誤差と歪曲誤差の補正方法について説明する。

マイクロプロセッサ−２３はそのメモリ内に投影レンズ
系５の投影倍率変化量ΔβＴＯＴと歪曲変化量ΔＳ　Ｄ
　ＴＯＴを求めるための計算式がプログラムされており
、各々の計算式は気圧、気温、湿度、及び投影レンズ系
５の温度の予め決めた基準値からの変動量が変数となっ
ている。又このメモリには上述の計算式（２）もプログ
ラムされており、Δβア。アとΔ５ＤＴＯアの値を計算
式（２）に代入することにより、変数Ｘ及び変数Ｙの変
化させるべき量ΔＸ、ΔＹを求める。

尚、ΔβＴＯＴとΔＳ　Ｄ　ＴＯＴの値を気圧、気温、
湿度及び投影レンズ系５の温度変化に基づいて求める計
算式はシュミレーションによる計算や実験により導出す
ることができる。

一方、投影レンズ系５によるパターン像のフォーカス位
置は投影レンズ系５の周囲の気圧、気温、湿度及び投影
レンズ系５の温度に依存して変化し、これに加えて変数
Ｘ及び変数Ｙの設定状態にも依存して変化する。従って
本実施例ではこれらの変動要因に基づいて投影レンズ系
５のフォーカス位置変動量を求めるための計算式をマイ
クロプロセッサ−２３のメモリ内にプログラムし、この
計算式に基づいてフォーカス位置を正確に把握するよう
にしている。

マイクロプロセッサ−２３は気圧センサー１９、温度セ
ンサー２０、湿度センサー２１、レンズ温度センサー２
２からの気圧、気温、湿度、レンズ温度に対応する各信
号を受けて上述の所定の条件式に基づいて変数Ｘ及び変
数Ｙの変化させるべき量ΔＸ、ΔＹを求める。

一方、変数Ｘ及び変数Ｙの位置検出器（波長選板素子角
度検出器３１、レチクル位置検出器１５、レンズ位１置
検出器１７Ａ、１７Ｂ）からの変数Ｘ及び変数Ｙの位置
に対応した信号がマイクロプロセッサ−２３へ人力され
る。マイクロプロセッサ−２３は変数Ｘ及び変数Ｙの変
化させるべき量ΔＸ、ΔＹに対応する信号を変数Ｘ及び
変数Ｙの駆動制御系（波長選択素子駆動制御系３２、レ
チクル駆動制御系１３、レンズ駆動制御系１６Ａ、１６
Ｂ）へ入力する。そして変数Ｘ及び変数Ｙの各駆動制御
系が各駆動装置に所定の制御信号を与え、変数Ｘ及び変
数Ｙの変化させるべき量ΔＸ、ΔＹの駆動が行なわれる
。この変数ΔＸ、ΔＹの駆動により投影レンズ系５の周
囲の気圧、気温、湿度、及び投影レンズ系５の温度など
の変動に基づくパターン像の投影倍率誤差と歪曲誤差が
補正される。

又、マイクロプロセッサ−２３は変数Ｘ及び変数Ｙの位
置検出器、気圧せンサー１９、温度センサー２０、湿度
センサー２１、及びレンズ温度センサー２２からの信号
に基づいて投影レンズ系５によるパターン層のフォーカ
ス位置を検出しフォーカス位置検出器１８からのウェハ
９（の表面）の位置に応じた信号に基ついて、ウェハ９
がフォーカス位置に位置決めされるようにウェハ駆動制
御系１４を制御する。ウェハ駆動制御系１４は所定の制
御信号をウェハ駆動装置１１に与え、ウェハ駆動装置１
１によりウェハ９を光軸ＡＸ方向に移動させて、パター
ン像のフォーカス位置にウェハ９を位置付ける。

以上述べた動作で、パターン像の投影倍率を予め決めた
倍率に補正し、パターン像の歪曲を所定の許容範囲内に
抑えることにより、前工程でウェハ９上に形成されたパ
ターンとパターン像とを正確に重ね合わせることができ
る。又ウェハ９の位置とパターン像のフォーカス位置も
合致せしめられるのでウェハ９上に鮮明なパターン像を
投影することが可能になる。

本実施例ではパターン像の投影倍率及び歪曲の気圧、気
温、湿度及びレンズ温度の変動に伴なう変化を検出する
ために気圧センサー１９、温度センサー２０、湿度セン
サー２１、レンズ温度センサー２２からの出力信号を利
用していたが、投影レンズ系５により投影された又は現
像不要の媒体に記録されたパターン像を撮像装置で撮像
し、パターン像の大きさ及び形状に基づいてパターン像
の投影倍率及び歪曲誤差の変化を検出するようにしても
良い。この時現像装置をウェハステージ１２に付設して
おけば、所望の時期にパターン像の投影倍率や歪曲の変
化を検出することができ、投影露光装置の構成も複雑に
ならない。

又、本実施例においてはレチクル１又は投影レンズ系５
のうち少なくとも１つのレンズ系を光軸上移動させれば
良く、必ずしもレチクル１やフィールドレンズ６Ａ、６
Ｂ、レンズ系７等の全てを光軸上移動させる必要はない
。

尚、本実施例では投影倍率誤差及び歪曲誤差を補正する
為に変数を２つ用いた場合を示したが３つ以上の変数を
用いて行っても良い。３つ以上の変数を用いる方法は変
数の駆動量に限界がある場合に特に有効である。この時
コマ収差、像面弯曲等、他収差の変動量が小さいパラメ
ータを選択したり、特定の収差を相殺するような組合せ
を選択すると全系の収差が良好に保たれる。

第１図に示すフィールドレンズ６Ａ、６Ｂは１枚に限ら
ず複数個のレンズより構成しても良い。

（発明の効果） 本発明によれば投影光学系の少なくとも−・部のレンズ
系を光軸上移動させるか又は／及び第１物体と投影光学
系とを相対的に光軸上移動させると共に照明系からの光
束の発振波長を変化させることにより、第１物体に描か
れたパターンの投影光学系によるパターン像の投影倍率
と歪曲を正確に調整することができる。従って投影光学
系の周囲の気圧変動や温度変動等によりパターン像の投
影倍率や歪曲が変化して誤差が生じても、パターン像の
投影倍率誤差や歪曲誤差の双方を良好に補正することが
できる投影露光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投影露光装置の一実施例を示す概略図
、第２図は第１図のレーザー光源の説明図、第３図は第
１図の投影レンズ系の具体的なレンズ構成を示すレンズ
断面図である。 図中、１はレチクル、２はレチクルチャック、３はレチ
クル駆動装置、４はレチクルステージ、５は投影レンズ
系、６Ａ、６Ｂはフィールドレンズ、７はレンズ系、８
Ａ、８Ｂはレンズ駆動装置、９はウェハ、１０はウェハ
チャック、１１はウェハ駆動装置、１２はウェハステー
ジ、１３はレチクル駆動制御系、１４はウェハ駆動制御
系、１５はレチクル位置検出器、１６はレンズ駆動制御
系、１７Ａ、１７Ｂはレンズ位置検出器Ａ。 Ｂ、１８はフォーカス位置検出器、１９は気圧せンサー
、２０は温度せンサー　２１は湿度せンサー　２２はレ
ンズ温度せンサー、２３はマイクロプロセッサ、２４は
照明系、２５はコンデンサーレンズ、２６はミラー、２
７はレーザー光源、２８はレーザー共振器、２９は波長
選択素子、 ３０は波長選択素子駆動装置、 １は波長選 択素子角度検出器、 ２は波長選択素子駆動制御 系である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）照明系からの光束で照明された第１物体面上のパ
   ターンを投影光学系を介して第２物体面上に投影する際
   、該投影光学系の少なくとも１つのレンズ系を光軸方向
   に移動させるか又は／及び該投影光学系と該第１物体と
   を相対的に光軸方向に移動させるようにした駆動手段と
   、該照明系からの光束の発振波長を変化させる波長可変
   手段とを利用して、該第１物体面上のパターンを投影光
   学系により第２物体面上に投影する際の光学性能を調整
   したことを特徴とする投影露光装置。
2. （２）前記光学性能は投影倍率と歪曲であることを特徴
   とする請求項１記載の投影露光装置。