JPS5940532A - 投影露光方法および装置 - 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】 本発明はマスクのパターン全ウェーハ＆ＣμＷ　ｊｔ　
Ｔる際に用いて有効な投影露光方法および装置に関し、
特に投影解像度の向上および露光処勇Ｉ効帛の同上を図
った投影露光方法および装Ｎ、に関するものである。

所定のパターンを形成したマスクを牛祷体ウェーハ表面
に等倍で投影露光するＴ９’ｒ謂１：１投影露光装置と
して従来から種々の構成のものが提案されているが、い
ずれのものも照明光学系を用いて光源ランプのスリット
光像全形成し、このスリット光１家全マスクに照射芒せ
ると同時に結像光ｑ゛系’ｋＪｉＪいてマスクのパター
ンｔウェーハ表面に結像し、しかる上でスリット光像に
対してマスクとつ工−ハとｔ相対的に走査（スキャン）
することによりウェーハ全面への露光を行なう点でに共
通している。

ところで、従来のこの棟の投影露′ｊｔ、装置に１、ウ
ェーハへの露光全１回の走査で完了はせるように構Ｋｔ
、たものが殆んどである。したがって、前記したスリッ
ト光像に１回の走をでホトマスクの全面上照射できるよ
うな太き芒が要求ちれることになり、通常でｎ　３０　
ｖｍ　Ｎの長さの光源ランプを約５倍に拡大してスリッ
ト光像ゲ得、こｎによシ１２５調の露つ゛Ｃ範囲を満た
丁ようにしＣいる。しかしながら、このように光源ラン
プ分照明ｙＣ学系にて拡大した得られたスリット光像で
に、拡大に伴なってその照度（露光強度）が低下さハる
ため、所要の露光に；を得るためには露光時間が長くな
るという不具合がある。即ち、ウェーハにおける解像度
全維持するためにはスリット光像の幅寸床上１關程度に
限定する必要があシ、スリット光像の拡大倍率を大きく
丁ればそれだけ光源ランプから射出された光の有効、＋
ｕ用率か低減さ！［るからである。

一方、前述のようにウエーノ・全面’に１回の走査で露
ｙ０する場合には光学系に対する画角が大きくな９、し
たがって光学系の開口Ｆｉ（ＮＡ）ｋ大きくするために
はこれに対応して光学系全大型化しなけｎばならない。

しかじなが１〕、現実にはその大型化に限度があってＮ
Ａも０．１６稈度が一件であり、このＩこめ、解像の向
上に限界が生じている。

１’ｃ％　ＮＡと焦点深度とｔｒｉ密接な関係があるが
、ウェーハをｔ回の走査で露光するためにはその焦点深
度を大きくする必要があシ、この要求からもＮＡの増大
に制限を受けている。即ち、ウェーハｔｒｉ　Ｌ’＋面
にうねりや凹凸（前玉８１での処理が原因とされるもの
もある）が存在しておシ、これらのうねりや凹凸？全て
焦点深度に入れるためには少なくとも±８μｍの深度が
必要と烙れる。焦点深度にＮＡの２乗に反比例している
ため、前記した深度全確保するためには必然的にＮＡｉ
小ちくしなければならない。

更に、露光画角が犬きくなｆ′Ｌは、七ノ１だけ光学歪
も大きくなるのが通常であり、ウェーハ上におけるパタ
ーンの形状誤差が大きくなるという問題もある。

し友がって本発明の目的は、露光強度の向上と開口数の
増大？図って露光処理時間の短縮化および解像度の同上
ケ可能とし、これによシ微細パターンの半導体集積（ロ
）路等の電子部品を高能率で製造することができる投影
露光方法およびその装置？提供することにある。

このような目的を達成するために本発明の投影露光方法
は、１回の露光走査でウェーハの一部に露光７行ない、
ウェーハｔステップ移動させながらこれ’ｋＷ数回走査
してウエーノ・全面の露光勿完了芒せるようにしている
。

また、本発明の投影露光装置は、光御ランプのスリット
光像を形成する照明光学系の倍率を等倍とし、スリット
光像を光源ランプと同一寸法状態にしてウェーハへの露
光走査全行ない得るようにしたものである。

以下、本発明を図示の実施列により説明する。

第１図は本発明の投影露光装置の一実施例の正面構成図
でめシ、図においてｌは光源ランプ、２にマスクでｓｂ
本実施的でにホトマスクである。

３は前記光源ランプ１のスリット光像を形成してホトマ
スク２を照射する照明光学系、４１ユホトマスク２のパ
ターンケウエーハ５の表面に投影露光する投影光学系で
ある。そして、前記照明、投影の各光学系３．４は光源
ランプ１と共に固定ハウジング６内に設備さｎる一方、
ホトマスク２やつエーハ５は夫々メｐ査テーブル７．８
上ＪＣ１ｌＶｌ々芒している。

第２図に合わせて示すように、前ｉピ照明光学系３は、
前段部４ンと後段部１０とで構成しておシ、前段部９は
円弧状に曲成芒れた前記光源ランプ１の等倍像奮同−円
弧状に形成したスリンｌ−１１位置に結像し、後段部１
０はスリン）　１．１　？ｆ−通過したスリット光を前
記ホトマスク２上に円弧状スリット光像としてｈ″を像
することができる。そして、前記前段部９μ一対の平面
９１２．１３と、曲率中心一致させた凹面鏡１４および
凸面鏡１５とで構成し、色収差にもとよシ非点収差等の
極めて少ないｔ：Ｂ等）倍藁の結像光♀糸紮形成してい
る。これによシ、光源ランプｌの光６反射＠１２゜凹面
鏡１４．凸面ｆｉ　１．５　、凹面伽【４、平面鐘１３
の順に反射されてＭ像される。同碌［後段部ｌＯも一対
の平面疎１６．１７と、曲率中心ケ一致芒せた凹面鏡１
８および凸面鏡１９とで構成して込る。ここで、不同に
おいてに前記光ｉｔランプｌに長手方向の寸法が３０＋
ｍ＋の従来と同一のものｒ使用し、かつスリットもこの
光源ランプ１と同一寸法でかつスリット幅が１間のもの
？使用１している。

史に前記投影光学系４も、一対の平面〜１ン２０．２１
と、曲率中心金一致させた凹面鏡２２および凸面鏡２３
とで構成し、前記スリット光塚ＶＣで照射場れたホトマ
スク２のパターン像紮等倍率（ｌ：１）で前記ウェーハ
５表面に結像する。この場合にも、この光学系でに反射
型結像系のため収差に殆んど生ぜず、形状、寸法誤差の
ないパターン像ケ得ることができる。

一方、前記ホトマスク２は、これン支持する路コ字型の
走査テーブル７がベース２４上會ｘ方向に往復移動逼れ
ることにより、これと一体にＸ方向に移動でき、この結
果前記スリット光源かＸ方向に相対的に走査される。前
配水トマスク２に、第３図に示すようにＸ方向に細長す
方Ｊヒ状に形成しており、形成でれたマスクパターン２
ａの縦横寸法に、長手方向（Ｘ方向）の長嘆はつ？　−
／・５の直径以上で、短い方向（Ｙ方向）の長石は１ｉ
ＩＪ記スリット光１ＭｃＣ，同図に符号ＬＡで示す）の
長さに等しいか若干小さくなっている。したがって、例
えは直径１２５頗のウェーハ全使用するときには、同一
のようにマスクパターン２ａ’ｉＹ方向に５個並設アれ
ばウェーハ５の全面をカバーすることができる。

ｆ１ハ万、前記ウェーハ５？ｌ−載置した走査テーブル
８は、前記走査テーブル７若しくは装置固定ベース上２
ｙ方向に移動するＹテーブル２５と、このＹテーブル２
５上でＸ方向に移動できるＸテーブル２６とからなるＸ
Ｙテーブル２７上に悟載芒れ、自材ニウエーハ５ヶ上下
移動し得る２テーブルとして構成し、かつ内部にはウエ
ーノ・５のθ方向位置會鯛整するθ機構２８全設けてい
るっまた、前記走育テーブル８の上面Ｋに、内部に光検
出素子２９を内装しかつ上部ＶＣ微小スリット３０ケ有
する光センサ３１をウェーハ５の隣接位置に設ける一方
、七の測面にはレーザ反射ｆｉ＃、３２ｉ取宥している
。前記元センサ３１は微小スリット３０【ウェーハ５表
面と同一高さに設け、その移動位置の変化に応じて前ロ
己スリット光１７１　Ａ　ｋ検出し得ると共に後述する
位置設定器３３の光量検出できる。

前記レーザ反射値３２は公知のレーザ銅長４８３４と協
働して走査テーブル８、即ちウェーハ５のＸ、Ｙ方向の
位置音検出することができる。

更に、前記ホトマスク２を支持している走査テーブル７
の一部には位置設定器３３ケ設けている。

この位置設定器３３は、３個のレンズ３５．３６．３７
、ハーフミラ−３８、光源３９およびリニアイメージセ
ンサたとえばＱＣ！Ｄ４０がらな夛、光源３９の元金レ
ンズ３５葡通してハーフミラ−３８で反射した後、レン
ズ３６にて前記光センサ（詳細に見れば微小スリット３
０位置、換言丁れはウェーハ表面）３１に結像できる。

また、その反射光はレンズ３６ケ逆進してハーフミラ−
３８ケ透過した後、レンズ３７にて０ＯＤ４０上に結像
され、（１！０Ｄ４０において光量検出きれる。通常、
この０ＯＤ４０により所狛パターン検出が可能とされる
。

なお、前記元センサ３１．レーザ測長磯３４、走査テー
ブル７．８とＸＹテーブル２７の各駆動機構部に図外の
コンピュータ制御回路に接続して、総合的に制御できる
ようにしている。１だ、図示は省略するが、ＡＩ記投影
光学系４の一部には焦点位置検出部？ｒ（・Ｊ設してお
シ、２テーブルとしての走査テーブル１（と協働しでホ
トマスクパターン像の焦点合ぜｋ　ｉ’１１（ｉｌｉに
している。

次に、以上のｇｉｌｔの投影露光装置ｔｋこよる露光方
法葡説明する。なお、本例においては、前記照明光学系
３や投影光学系４に凹、凸面鐘の曲率や径寸法を適宜に
足めることにｘＤ、開口数（ＮＡ）？０．３に設定して
いるものとする。

先ず、走査テーブル７上に支扮したホトマスク２と、ウ
ェーハ５との位置合せ、　ｒ９’を謂アライメント紮行
なう。ＸＹテーブル２７１Ｃよシ走介テーブル８を移動
させ位置設定器３３の光を光センサ３１のスリン）・上
に照射し、スリット像１ｏＣＤ面上に結像し、光電変換
することによシ位随設定器３３の光１１１と元センサー
３１のスリットの相対位置？検出する。このときの走査
テーブル８位置ぜレーザ測長機３４にて検出する。次に
、走査デープル８を図示右方へ移動させながら、投影光
学系４によシ結像さ７″したマスクパターンの投影１象
２光センサ３１で光像の強弱を電気信号に変換すると同
時にセンサー３１の位置欠測長機３４１Ｃ−Ｃ検出する
ことにより、マスクパターン投影像の位１６ケ検出する
。これにより、投影光学系４ＶＣより結像１扛たマスク
パターン位置と位置設定器３３の光軸間距離が求められ
る。このとき、光センサ３１ｉ利用してホトマスク位置
、投影１Ｍ！−Ｍ、焦点ケ算出しておく。しかる上で、
再び走査テーブル８を移動して今度はウェーＩ５ｉ位置
設定器３３下に位置はぜ、ウェーハ５上の各点のパター
ンやマーク等ｆ００Ｄ４０のパターン認識作用によって
検出し、ウェーハ位置とレジストレーション全測定する
。

そして、これらのホトマスク位置、投影像歪、ウェーハ
位置、ウェーハパターンレジストレーションのデータに
基づいて走査テーブルＯｉ移動修正し、こｔ′Ｌによシ
ウエーハ５の露光ｒイＩなう部分のＸ、　　Ｙ、　　θ
方向？ホトマスク２［ｆ対するように設定することがで
きる。

次いで、ウェーハ５表面にホトマスクパターンを投影露
光する。

先ず、光源ランプｔＶ点灯【−１照明光学系３によりホ
トマスク２上にスリット光像ＩＡ７．（結像芒せる。し
かる上で走査テーブル７ｉＸ方向１ｃ移動丁ｊば、本例
ではこれと同時に走査テーブル８も一体的に移動さｎ、
これによシホトマスク２とウェーハ５はスリット元１家
ＩＡ＆て対してＹ方向に相対移ｖＪ芒れて所謂走査が行
なわｎる。（〜たがって、ホトマスク２の全長にわたっ
て走査を行なえば、第４図に示すウェーハ５のＡの部分
の露光が完了芒れる。なお、上記露光中は前述の方法で
測定し友マスクパターンの投影像歪とウェハパターンの
レジストレーションのデータに基ついて、ＸＹステージ
２７ｉ移移動上止ながら走査テーブル７？走査して、ヨ
ーイング、ピッチ等の補正盆行なう。

次に、走査テーブル８のみ２ｙ方向ＶＣ移動させ、ｉｉ
Ｊ述と同様にして今度はウェーハ５のＢの部分の焦点合
せ、Ｘ、Ｙ、　　θ方向の位置合せｔ行ない、しかる上
で前述と同様にして走査テーブル７に移動させながら投
影露光ヶ行なう。前記したＹ方向の移動量はホトマスク
２のＹ方向の長さに等しい。

これにより、同図のウェーハ５のＢの部分の露光を完成
する。以下、これ會繰返丁ことにより、本例で１１２５
ｍのウェーハ５であることがら５回の露光（スリット光
像の長恣に３０団）で同し巨ｊ、Ｄ、Ｅ７）！光’！で
完了され、これにょルリエーハ全面の露光が完成される
のである。

以上のように、本例の投影露光方法でにウェーハ５の全
面ｙ！：Ａ〜Ｅに５分割して部分的に露光を行なうため
、次のような利点がある。即ち、第５図にウェーハの断
面形状奮示すように、通常つ工−ハにはうねシ等が生じ
ておシその表面は平坦でなｈことが多い。この場合ウェ
ーハ５の全面’に１回の走査で露光するためには同図ｄ
に示すような焦点深度が必要とされ、このため従来では
焦点深度（寸法ｄｌｋ±８μｍ程に設定して込る。した
がって、従来でにこの焦点深度が大きいことと、ウェー
ハ全面２を回で露光するために露光画面（ｔｈ角）が大
きくなることが相俟って開口数（ＮＡ）の増大には限度
があシ、またＮＡケ増太しようと丁れは光学系が大型化
するという問題が生じている。

ところが本例でにウエーノＳ’ｆ５分割しているため、
Ａ〜凡の各部の露光に際しては同図（ＩＡ〜ｄＥに示す
ような寸法でよく、ウエーノ・全体の）Ｊ）合に比較し
て１回の露光に必侠とされる焦点深度に／Ｊ−さくでき
る。因みＶＣ本不同は上２゜２μｆｒｌＣ’Ｅで低減１
＝ｉｌ能となり、結局開口斂（ＮＡ）の値′Ｊｔ（１，
３にした本例装置に幻適なものとなる。つ’ｉ５．ＮＡ
の増大が達成できる。これと同時に、本例では５分割露
光を行なうため、１回の露光における露光画面（画角、
ｇｖｃｔ方同）勿小さくでき、従来と同一規格の元学系
紮使用したとき［はＮＡ’ｉｊ尤分大きなものにできる
。セして、本例のようにＮＡ’ｃｏ、３ＶｃＬ、Ｌとき
には、光学系ケ従来のものよシも小さくしても充分でお
り、結局本クリでは光学系３．４〒小型のものにするこ
とかできる。勿崗、露光ＩＩ！１１面が小さくなること
にニジアライメントが容易になり、それだけ軸度が同上
する。

一方、本例の投影露光装置に、ホトマスク２を照明する
照明光学系３孕等倍率に構Ｊ祝し、でいるので、スリッ
ト光像は光淵ランプｌと同−倍省・りでホトマスク２を
照明する。このため、従来のように光源ランプケ拡大丁
てス＋）ット光像ｋ　ｆ＊−Ｃし）たものに比較して単
位面積当シの照度に大きいものｉｉｉられ、待にスリッ
トの幅かｌ　＋ｍｎに制限さｉｔ　ティても充分大きな
ものが得られる。したがって、照度分布のばらつきｔ小
石＜シて平均化７図り、カムつ露光時間（走査速度〕の
低減τ図ることができるので、なお、走査時間ｒ短縮す
ることにより、解像度の向上に効果もめる。

以上のように本例の投影露光装置によれば、開口数の増
大ケ図ることによυ解像度ケ向上でき１かつ一方では露
光時間の短縮？図ることができる。

因みに解像度に従来の１．５μｍから０．８μｍ　Ｔｉ
ｃ向上できた。

第６図は本発明の池の実施例ｒ示す。本１＋１１でにホ
トマスク勿支持した走査テーブル７を固定する一方、照
明、投影の各光学ホ３．４ｒ内装した固定ハウジング６
Ａｉ４査ノーウジングとしてｆ〜Ｊｉ’ｔ　Ｉ、、Ｘ方
向に移動できるようにしたものである。このような構成
とすることによ多走査ステージの小型化ができ装置の小
型化が可能となる。また、照明光学系３は、同図のよう
に一段型とし、スリット１１にランプ１の直下位置に設
置したものである。

即ち、照明光学系３は、一対の平面鏡＋２Ａ、１３Ａと
、曲車中心ｒ一致でせた凹面’Ｊ１４Ａおよび凸面鏡＋
５Ａからなり、光源ランフ１の光ｔスリット１１にてス
リット光とした上でホトマスク２上に結像し照明するよ
うにしたものである。なお、他の部分は前列と同一でろ
シ、同一９９号ｒ付して説明に省略する。

一本列によれば、９エーノ・５のアライメントの完了後
に走査Ｉ・ウジングＢＡ　ｉＸＸ四回移動子れは、照明
、投影の両光学系３．４がホトマスク２、ウェーハ５に
対して移動され、スリット光を走査して露光を完了する
。この場合、照明光学系３ｔａ−膜構成でるることから
ランプｌから照射された光がスリットｔ１［１ｉ過する
ためｉＣに、ランプの発光１隔がスリット巾よシ十分広
い必要があるが、ランプ１とスリットｔｔｈ近ずけるこ
とにまり、実用上それ椙問題にならない。

本例によっても前列と同様の効果が助侍でき、かつ走査
テーブル系と光学系の簡略化に図ることができるという
効果がある。

ここで、前記各実施例は本発明の一１３ｉ１？ｃ小丁も
のであり、種々の変形が可能である。的２ｔばＩｔ（（
明、投影の各光年系の配置構造ｒ適宜変架すること、ま
たホトマスクを従来と同様にウエーノ１と同一寸法に形
成して、ホトマスクもＹ方間に１１１１４　？’に移動
させなから露光を行ない得るように構成すること、ウェ
ーハ寸法に応じて露光分割数會適亘に果するごと等があ
る。

以上のように本発明によれば照明光学系の倍高ｒ等倍率
に設定しているので、ウェーハ表面における準位面積当
りの露光強度を太きｌものにできると共に照度分布の均
−化會図ることができ、こｎによシ露光走査速度ｋｍ大
して露光時間の短縮全実現でき、しかも尚梢度の露光７
行なうことができる。

１だ、本発明にウェーハｒ部分分割露光しているので、
焦点深度の低減および開口数の増大を司能にして解像度
の向上會実現できると共に、露光範囲が小石くなるため
光学歪等の誤差が小びくなシ形状精度の回」二ヶ図るこ
とができるという効果會奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の正面構成図、 第２図は光学系の斜視構成図、 第３図にホトマスクの平面図、 第４図はウェーハの複数回露光を示す平面図、第５図に
ウェーハの断面図、 第６図は池の実施列の構成図でるる。 ｌ・・・光源ランプ、２・・・ホトマスク、３・・・照
明光学系、４・・・投影光学系、５・・・ウェーハ、７
．８・・・走査テーブル、１１・・・スリット、２７・
・・ＸＹテーブル、３１・・・元センサ、３３・・・位
置検出器、３４・・・レーザ測長機。 代理人　弁理士　薄　１）利　辛 第　　１　　図 に 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 Δ 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　ウェー八表面にマスクパターンを投影露光するに
   際し、１回の露光走査でウエーノ・の一部に露光全行な
   い、かつウエーノＳ’を走査方向と直角にステップ移動
   させながら前記走査ヲ複数回ａ返してウェーハ全面に露
   光？完成すること全特徴とする投影露光方法。 ２、マスクパターン幅會光源ランプと等倍高のスリット
   光像幅に一致させ、１回の露光幅ｔとのマスクパターン
   幅に設定した特許請求の範囲第１項記載の投影露光方法
   。 ３、　マスクパターンをウェーハと同一寸法とし、光源
   ランプと等倍高のスリット光像幅で露光走査を行なう％
   ｒｆ蛸求の範囲第１項記載の投影露光方法。 ４、　マスクパターンを照明する照明光学系と、マスラ
   バターン全ウェーハ我面に結像露光する投影光学系とを
   備え、少なくともウェー・・と前記投影光学系とを相対
   移動させることによυウェーハにマスクパターン？露光
   走査し得るようＶＣした投影露光装置において、前記照
   明光学系はその倍率を等倍に設定し、形成するスリット
   元像幅ｒ光線うンプ幅と同一にしたこと全特徴とする投
   影露光装置。 ５、光源ランプ幅ｔウェーハ径寸法よシも小石くしてな
   る特許請求の範囲第４項記載の投影露光装置。 ６、照明光学系寂よび投影光学系は夫々曲車中心ｒ一致
   させた凹面鏡と凸面鈴音Ｍするミラー光学系からなる特
   許請求の範囲第４項又は第５項記載の投影露光装置。 ７、　ウェーハは投影光学系に対して前記露光走査方間
   と直角な方向に相対的にステップ移動できるように構成
   してなる特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれか
   に記載の投影露光装置。