JPH0712019B2 - 投影露光方法及び投影露光装置 - Google Patents

投影露光方法及び投影露光装置

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JPH0712019B2
JPH0712019B2 JP4054756A JP5475692A JPH0712019B2 JP H0712019 B2 JPH0712019 B2 JP H0712019B2 JP 4054756 A JP4054756 A JP 4054756A JP 5475692 A JP5475692 A JP 5475692A JP H0712019 B2 JPH0712019 B2 JP H0712019B2
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reduction
substrate
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projection exposure
reduction lens
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喜雄 河村
明紘 高梨
伸治 国吉
利栄 黒崎
恒男 寺澤
純男 保坂
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の製造工程
で使用される縮小投影露光方法の改良に係り、特に、こ
の種の装置において寸法精度が厳しく要求される高精度
な半導体素子作成時に生じる縮小倍率誤差を自動的に補
正して縮小露光する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の縮小投影露光装置は、図3に原理
構成を示したような光学系を基本として、原画42のパ
ターンを縮小レンズ43を用いて、基板44の上に投影
している。縮小レンズ43と基板44との距離をa、縮
小レンズ43と原画42との距離をbとすると光学系内
の屈折率分布が一定である限り縮小倍率mはm=a/
b、焦点距離fは1/f=1/a+1/bで表わされ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の縮小投影露光装
置においては上述距離aとbとが固定されているため、
原画42から基板44に至るまでの光学系の光路内の媒
体物の条件が変わったりなどして屈折率の分布が変化す
ると、光学系上の上述距離a,bが屈折率の関数とな
り、変化して縮小倍率mが変わってしまい、基板44上
に投影されるパターンの寸法精度が劣化する欠点があっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の目
的は、縮小投影光学系内の媒体物の屈折率分布等の変化
により縮小倍率誤差を生じて原画から基板上に縮小投影
されるパターンの絶対寸法精度が劣化することを防ぎ、
常に、高精度な絶対寸法の半導体素子を自動的に作るこ
とを可能ならしめる縮小投影露光方法を提供することに
ある。
【0005】
【作用】上記目的を達成するために本発明では、基板上
のマークを縮小投影レンズとレティクルとを通して計測
し、縮小倍率誤差を演算して、縮小投影レンズを光軸方
向に微動させることによって自動的に縮小倍率誤差を補
正するように縮小投影露光方法を用いたことを特徴とし
ている。
【0006】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図2により説明す
る。
【0007】原画であるレティクル22上のパターンを
光源(図示していない)からの照明光をコンデンサレン
ズ21で集光して照明し、縮小レンズ23を通して基板
24上に縮小投影させる。図2内で斜線を付した部分
は、固定されて不動状態の基準部材である。
【0008】基板24は光軸方向に可動なZ移動台30
と光軸と直角な平面内で可動なXY移動台31とで構成
される移動台上に設置され、縮小レンズ23により結像
される焦点位置に基板24面が常に保持されるように、
特公昭55−18043号で示したような、自動焦点機
構が具備されている。基板24の相対位置は、移動台の
位置をレーザ測長計39で測長し、演算回路35で求め
ることができる。
【0009】縮小レンズ23は、光軸方向のみに可動な
ように基準部材に対して案内部材32で支持され、駆動
モータ33によって光軸方向に微動でき、その微動量
は、例えば、差動コイル34によって測長され、レンズ
上下制御回路38に帰還される。
【0010】ここで、縮小倍率の測定方法について、図
1(a),(b),(c)を用いて述べる。
【0011】この縮小投影露光装置はコンデンサレンズ
1、レティクル2、縮小投影レンズ3、基板4、および
第1のパターン検出器5、第2のパターン検出器6から
構成されている。原画であるレティクル2上には所定の
間隔L(図1(b)参照)を隔てた位置に正方形の光透
過性の窓7,8が設けられている。図1(b)は上述の
窓7,8の拡大図を示したものである。基板4上のマー
ク9を縮小レンズ3およびレティクル2の窓7を通して
見るとマーク9′のようになり、また、基板4を所定距
離lだけ移動して窓8から見るとマーク9″のようにな
る(図1(b)参照)。
【0012】パターン検出器5はレティクル2の窓7内
におけるマーク9′の位置を、またパターン検出器6は
レティクル2の窓8内におけるマーク9″の位置を各々
測長することができ、2つのマーク9′と9″との相対
距離がレティクル2の窓7と8との間隔Lに比べてずれ
ている量ΔLを演算することができる。
【0013】今、縮小投影光学系の縮小倍率をm(m<
1)とすると、l=mLとなるように、基板4のマーク
9を移動したにもかかわらずΔLだけ大きくずれたとす
ると、l=(m+Δm)(L+ΔL)なる関係を満す。
Δmだけ縮小倍率誤差となり、光学系によって縮小しす
ぎていることになる。
【0014】一方、図1(c)に示したように、縮小投
影光学系において、レティクル2と縮小レンズ3との間
隔bがΔbだけ大きくなっている時には、上述のように
マーク9をlだけ移動させた時に、ΔL/Δb=L/b
なる関係を満すΔLだけ、マーク9′と9″とがずれる
ことになる。
【0015】従って、第1,第2のパターン検出器5,
6で検出されたマーク9の位置ずれ量ΔLからΔb=Δ
L・b/Lなる関係を満す量だけ縮小レンズ3とレティ
クル2との相対距離を狭くすれば縮小倍率誤差Δmが零
になる。ΔLが負の値の時はΔbだけ縮小レンズ3とレ
ティクル2との間隔を大きくすれば良い。
【0016】実施例としては、1/10縮小投影露光装
置の場合として、m=0.1,f=49.2mm,a=5
4.127mm,b=541.27mm,l=10mmなる値と
なる。この時,Δm=0.000001(10〜4%)だ
け大きい縮小倍率誤差があると、L0=100mmのパタ
ーンは、L0(m+Δm)から(10mm−0.1μm)の
寸法となり0.1μmだけ小さな寸法誤差を生じてしま
う。このような状態を第1,第2のパターン検出器5,
6で測定すると、長さl=10mmはL+ΔL=l/(m
+Δm),L=100mmに対してΔL=1μm大きく検
出される。
【0017】この際、Δb=5.4μmだけ縮小レンズ
3とレティクル2との間隔を狭くすれば、縮小倍率誤差
は消えることになる。
【0018】以上述べたことから判るように、所定間隔
L離れたレティクル2上から縮小レンズ3を通して所定
量lだけ移動した基板4上のマーク9の位置ずれ量ΔL
を測定するだけで、縮小倍率誤差が求まり、Δb=ΔL
・b/Lなる関係を満すように縮小レンズ3とレティク
ル2との間隔を微調することにより、縮小倍率誤差が補
正できる。
【0019】ところで、従来の縮小投影露光装置では、
一度正確にレティクル2と縮小レンズ3との距離bを固
定すれば、縮小倍率は変化することはなかった。
【0020】しかし、近年、半導体素子の高精度化に伴
って原画、つまりレティクル2面に塵埃が付着すること
を防ぐため、レティクル2をカバーガラスでおおった
り、縮小レンズ3と基板4との間に空気以外の媒体物を
介在させて作動させる縮小投影露光装置が開発されてい
る。このように、縮小投影光学系に空気以外の媒体物を
介在させる場合、その媒体物の屈折率やその媒体物の厚
さが一定値を保つ限りにおいては、一度、屈折率の異な
ることによって生じる縮小倍率誤差を修正すれば良いの
であるが、通常は、媒体物の屈折率や厚さを一定に保持
することは極めて困難であり、そのために縮小倍率誤差
を生じてしまうことになる。
【0021】そこで、本発明では、上述したような、縮
小露光光学系の間に任意の屈折率や厚さの媒体物が存在
しても、常に上述したようなパターン検出器5,6を用
いて縮小倍率誤差を検出し、補正することを可能とする
点に特徴がある。
【0022】ここで、図2の実施例にもどって本発明を
さらに詳細に説明する。パターン検出器25はレティク
ル22、縮小レンズ23を通して、基板24上のマーク
29の位置を検出し、検出信号は検出回路37、演算回
路36に送られ、レンズ上下制御回路38によって、モ
ータ33等の駆動系により、縮小レンズ23が光軸方向
に微動されることになる。
【0023】任意の屈折率や厚さの媒体物は、図示して
いないが、レティクル22と縮小レンズ23および基板
24との間のどこに存在していても、本発明の機能が生
かされる。
【0024】なお、本発明の実施例では、基板4(2
4)上の1つのマーク9(29)を所定距離lだけ移動
させ、レティクル2(22)のLだけ離れた窓7,8に
対する位置を計測しているが、基板4(24)上のマー
ク9は、所定距離lだけ離れた2つのマークを、同時に
パターン検出することも可能である。また、同時にパタ
ーン検出し、そのレティクル2(22)の窓7,8に対
するずれ量ΔLを測長せず、所定の2つの窓7,8の決
められた位置に基板4(24)上のマーク9が合うよう
に、縮小レンズ3(23)を上下動させて制御すること
も応用例として考えられる。さらに、レティクル2(2
2)上の2ヶ所の窓7,8の位置は、所定の距離Lさえ
判れば、任意の場所で良く、2つのパターン検出器5,
6の原点の精度が良ければ、基板4(24)上のマーク
9をレティクル2(22)上の窓7,8に対して検出せ
ず、パターン検出器5,6の原点に対して検出しても良
い。
【0025】また、パターン検出器5,6は独立に2台
設けなくても、1台のパターン検出器を所定距離Lだけ
移動させ、あるいは、そのような機能や検出範囲を1台
のパターン検出器にもたせることも可能である。
【0026】本発明の実施例では、縮小レンズ3(2
3)とレティクル2(22)との相対間隔調整を縮小レ
ンズ3(23)を上下させることで達しているが、両者
の相対距離を調整すれば良いのであるから、縮小レンズ
3(23)と同様に、光軸方向のみに可動な公知の案内
駆動手段でレティクル2(22)を上下することで目的
を達することも可能である。
【0027】なお、縮小倍率の調整によって、結像面の
最適焦点位置までの距離aが変わり、それに伴って縮小
倍率も若干変わるが、通常、縮小レンズ3(23)は、
テレセントリックな結像光学レンズを用いるため距離a
の変化による縮小倍率誤差や焦点ボケはわずかである。
従って、先ず、媒体物が変化した際には、基板4(2
4)上のマーク9(29)への焦点合わせを行なった後
に、上述の方法で、縮小倍率誤差の補正を行ない、さら
に、高精度な補正を必要とする場合には、再度、焦点合
わせを行った後、縮小倍率の補正を繰返せば良いこと
は、容易に考えられる。
【0028】また、本発明の応用例としては、基板の位
置にパターン検出器を設置して、原画であるレティクル
の所定間隔のマークを計測して、縮小倍率を調整するこ
とも、既述の縮小倍率誤差を補正する方法を縮小投影レ
ンズを介して逆さに考えれば、容易に類推できる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、投影露光光学系の距離
の変動や、任意の屈折率や厚さの媒体物が介在すること
等により生じる、基板上に縮小投影される原画パターン
の縮小倍率誤差を検出して、自動的に焦点位置を補正し
縮小倍率を補正することができるので、従来よりさらに
解像度を劣化されることなく、またパターンの高精度な
重ね合わせ精度を達成することにより高精度な半導体素
子を本発明の縮小投影露光方法により製造できることに
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための説明図。
【図2】本発明による縮小投影露光装置の実施例の概略
構成図である。
【図3】縮小投影光学系の原理説明図である。
【符号の説明】
1,21…コンデンサレンズ、2,22,42…レティ
クル、3,23,43…縮小レンズ、4,24,44…
基板、5,6,25…パターン検出器、7,8…窓、
9,9′,9″,29…パターン、30…Z移動台、3
1…XY移動台、32…案内部材、33…駆動モータ、
34…差動コイル、35,36…演算回路、37…検出
回路、38…レンズ上下制御回路。
フロントページの続き (72)発明者 黒崎 利栄 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 寺澤 恒男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 保坂 純男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−132270(JP,A) 特開 昭54−59883(JP,A) 実開 昭53−84278(JP,U)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板を所定の位置に装着する工程と、光源
    と縮小レンズとの間で所定の縮小倍率となる位置に原画
    を配置する工程と、上記原画と上記基板との間の媒体の
    変化に応じ自動的に上記所定の縮小倍率からの誤差をな
    くすように上記原画と上記縮小レンズの結像特性を補正
    する工程と、上記基板に上記原画を結像投影する工程と
    を含むことを特徴とする投影露光方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の投影露光方法において、上
    記媒体の屈折率の変化に応じて上記結像特性を正する
    ことを特徴とする投影露光方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の投影露光方法において、上
    正工程として少なくとも焦点位置ないし倍率を
    する上記正工程であることを特徴とする投影露光方
    法。
  4. 【請求項4】請求項3記載の投影露光方法において、上
    正工程として上記焦点位置を正後、上記倍率を
    正する上記正工程であることを特徴とする投影露光方
    法。
  5. 【請求項5】基板を所定の位置に装着する工程と、光源
    と縮小レンズとの間で所定の縮小倍率となる位置に原画
    を配置する工程と、原画パターンを縮小レンズを介して
    基板上に結像をさせるために該基板を載せた移動台を該
    縮小レンズの軸方向に移動させて焦点合わせをする工程
    と、上記原画と上記基板との間の媒体の変化による上記
    所定の縮小倍率誤差を検出する工程と、上記原画と上記
    縮小レンズの結像特性を補正する工程と、上記基板に上
    記原画を結像投影する工程とを含むことを特徴とする投
    影露光方法。
  6. 【請求項6】光源と、原画を固定する台と、原画パター
    ンを基板上に所定の縮小倍率で縮小投影する縮小レンズ
    と、上記原画を固定する台と縮小レンズとの間の媒体の
    変化に応じ原画を固定する台の原画に接する面と縮小レ
    ンズとの光学的距離を自動的に所定の縮小倍率に補正す
    る手段と、上記基板を載置し少なくとも上下方向に移動
    できる移動台を備えたことを特徴とする投影露光装置。
  7. 【請求項7】上記移動台は、焦点位置検出手段と自動焦
    点機構とを有すること特徴とする請求項6記載の投影露
    光装置。
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JPH0574680A JPH0574680A (ja) 1993-03-26
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