JPS62291920A - 投影光学装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の技術分野〕 本発明は集積回路（ＩＣ）等のパターンを光学的に転写
する投影露光装置において、マスクの像面を転写対象と
なる感光性基板（ウェハ）の表面に一致させろ装置に関
するものである。

〔発明の背景〕

大ｔＪＪ、模集積回路（ＬＳＩ）パターンの微細化（よ
年々進行しているが、微細化に対する要求を満たし、且
つ生産性の高い回路パターン焼付は装置として縮小投影
型露光装置が訝及してきている。従来より用いられてき
たこれらの装置において（よ、シリコンウェハに焼付け
されるべきパターンの何倍か（例えば５倍）のレチクル
パターンが投影レンズによって縮小投影され、１回の露
光で焼付けされるのはウニへ上て対角長２１關の正方形
よりも小さい程度の領域である。従って直径１５０ｍ＋
ａ位のウェハ全面にパターンを焼付けるには、ウェハを
ステージに載せて一定距離移動させては露光を繰り返す
、いわゆるステップアントリピー１・方式を採用してい
る。

ところで、ウェハ上に転写されるパターンの幅は増々小
さくなり、この為に焦点深度は小さくなっていく傾向に
ある。一方、生産性を上げろ為にウェハのサイズは直径
１５０ｍから大きくなり、直径２００ｍあるいは２５０
關のサイズも使用されようとしている。一般にウェハの
表面と裏面のテーバ及び平行性は、一定の管理範囲にお
かれているが、この管理値を厳しい値にすればウェハ製
造のコストの増嵩を招く。また厳しい値に管理されたウ
ェハを用いても、ウェハ裏面にレジスト破片やゴミが介
在したり、ウェハ表面の加工層におけろ張力の作用など
で、ウェハ表面が局部的に平面度が損なわれろことがあ
る。これらの問題に対処するために、従来からウニへの
レベリングが行われている。ウェハ全体のテーパの矯正
は、従来ヨリクローバルレベリングによ呻、ウェハを露
光装置に設定した後、ウェハ全体を傾けろことにより、
また局部的なレベリングはステップアンドリピートの各
ショットの前にウェハを傾けて行われている。

ところが、ウニへの大口軽化及び焦点深度の低下につれ
て次のような問題が生じてきた。即ち、浅い焦点深度に
対応するためには、各ショット毎にレベリングを行なう
いわゆるイーチショットレペリングが必要になるが、大
口径のウェハ、例えば直径２５０ｍのウニへの場合、２
１ｍｍの露光領域の端でウェハ表面の傾きが１μｍあっ
たとしても、ウニへの径の両端では最大 だけ傾けなければならない。大口径ウニ２、及ヒウェハ
ホルダをこれだけの量傾けるには、時間がかかつてレベ
リングによりスループットが低下するだけでなく、レベ
リングを行うための構造物も大きく重くなってステップ
アンドリピートするステージの速度も低下することにな
る。また、ウェハ上の場所毎にレベリングの角度が異な
れば、レベリングの動作によってフォーカスもずれろこ
とになり、フォーカスの追随時間も長くなってさらにス
ルーブツトが低下したり、短時間でフォーカスきわせを
しようとするとフォーカスの合わせ精度が悪くなったり
する欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明（よこれらの欠点を解決し、短時間のうちに精度
よく像面とウェハ感光面とを一致させ１りる投影光学装
置を得ろことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、投影光学系の中で傾斜によるディストーショ
ンや解像性能に影響の小さいような光学要素の一部を選
び、この部分を傾けろことにより、像面をウェハ感光面
に一致させろことを技術的要点としている。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す模式図で、口中（１）
は高圧水銀ランプや他の紫外域の光源、（２）はシャッ
ター装置、（３１はコンデンサレンズ、Ｒは下面（Ｒ１
）に被転写パターンを有するレクチルである。又投影レ
ンズＬは保持部（４）により保持されたレンズＧｌ、Ｇ
２．・・Ｇｉ等の光学要素より構成されている。レンズ
Ｇｉは傾けた場合、投影像の解像特性やディストーショ
ン等は変化しないが、像面の傾きのみが変化するような
レンズであり、リング（５）に保持されている。リング
（５）は弾性板（Ｓ、Ｉ）、（３，２）等を介し保持部
（４）に装着され、傾き駆動部（Ｄ□）、（Ｄ、２）に
より所定量だけ傾けられろようになっている。（８）は
オートフォーカスセンサ及びレベリングセンサ用の投光
部、（９）はその受光部であって、ウェハＷ表面に斜入
射した光束のソフトにより、ウェハＷの表面位置を検出
する機能を有し、本出願人による特開昭５８−１１３７
０６（又（まＵＳＰ４５５８９４９）　　に開示されて
いるものである。ウェハＷはホルダ叫に真空吸着され、
平面度を矯正されるが、表裏の平行性が悪い場合や表面
層による張力の発生、あるいはレジストの破片等の異物
が裏面に介在する場合などは、ウェハＷの表面に凹凸が
発生する。

オー）・フォーカス及びレベリングセンサ（９）は、ウ
ェハＷの表面の傾き及び投影レンズＬからの距離を検出
し、フォーカスレベリング信号ＦＬＤをＣＰＵＱ［ｉｌ
に送る。ホルダａαは上下動機構００の上に設けられ、
２次元の水平運動をするステージ側により水平に移動す
る。ステージ側の位置はミラーＭをレーザ干渉計的で検
出することにより測定されろ。レーザ干渉計側は直交す
る２方向に対してそれぞれ設けられている。ステージ（
転）は駆動部（１４＋により駆動されろ。駆動部αａは
直交する２方向に２組夫々独立して配置されている。（
へ）はレンズの空気室の少なくとも一部の内圧を制御ず
ろ圧力コン１、ローラであり、投影倍率等の結像特性を
制御する乙とが可能である。圧力コントローラ叫はＣＰ
Ｕ叫の指令により動作する。

第２図はレンズＧｉの傾は機構の平面図である。

レンズＧ！はリング（５）に保持され、間接的に弾性板
（ｓ、ｌ）　、　　（ｓ、ｚ）　、　　（Ｓｙ＋）　、
及び（Ｓｒ１）を介し固定部Ｑυ、ａ、　（２３及び（
２）に係着されている。

リング（５）上の点（Ｐ−＋）　、（Ｐ−２）　、（Ｐ
ｙ＋）及び（Ｐ□）は、弾性板（５，＋１．（Ｓ、□）
、（Ｓ２．）及び（Ｓア、）の中心線上で、レンズＧｉ
の中心からほぼ等距離の点にあり、レンズＧ１の中心に
対して９０°ずつ離れている。点（Ｐ、ｌ）　。

（ｐ−ｚ）、（Ｐア、）及び（ｐｙ２）に対しては、そ
れぞれ傾き駆動部が配置されている。傾き駆動部は位置
検出装置と駆動装置とよりなり、ＣＰＵ（１１の指令に
より必要量だけ鉛直方向（光軸方向）にリング（５）を
動かすように構成されている。位置検出装置としては、
静電容量型ギャップセンサー、エママイクロメータ、光
学式斜入射系によるギャップセンサー、レーザ干渉計、
差動トラ：／ユ等、Ｃ利用可能であり、駆動装置として
は、モータの回転をカムやレバー又はネジで直接連動に
変えたり、磁力の制御あるい；よ空気圧制御によって直
接リング（５）を駆動したりする装置が考えられる。

さて、ウェハＷの表面が平面（イ）に示すように局部的
に傾いていることが、オートフォーカス及びレベリング
センサー（９）により検出されてＣＰＵＱ６）に入力さ
れたとする。この時平面図の傾きはＸ方向及びＸ方向の
傾き角度成分（ｃｘ、　εＶ）として検出される。レン
ズＧｉを予め角度ａだけ傾けた場合の結像面の傾き角β
は、投影レンズＬの光学計算又は実測により、求めろこ
とができるが、その傾きが微小の場合はａとβは比例し
ており、ａ＝にβ　　　　　　　　（Ａ） ただしｋは定数 の関係が成立する。この定数にはＣＰＵＱＧＩの一部ま
たは外部に記憶され、斜入射レベリング検出器によって
検出されろ基準平面に対するウェハＷの傾き成分（１，
、εｙ）が検出された場合は、ＣＰＵＱＧはレンズＧｉ
の傾きを（ｋｃｗｐ　ｋεｙ）とするように傾き駆動部
ＣＤ、ｌ）　、　　（Ｄ、２）及び不図示の（ｏｙ＋）
−（Ｄｙ２）に指令を出す。点（ｐ−＋）−（Ｐ、２）
　、　　（Ｐｙ＋）及び（Ｐｙ２）のレンズＧｉの中心
からの距離をｒとすると、Ｘ方向に傾きにε８を与える
には、点　（ｐ−＋）を「にε６たけ下げ、点（ｐ−ｉ
）をｒｋｔ、だけ上げろように制御すればよい。Ｘ方向
の傾きにε、の制御も同様である。

レンズＧ、ｉｅｍける時の回転中心は、レンズＧ】が傾
いても像の中心が横移動したり、縦移動即ちフォーカス
が変化したり、あるいは結像倍率が変わったりしないよ
うな点を光学設計計算により見つけて、この点と一致さ
せるのが望ましい。しかしこのような条件を完全に満た
すことのできない場合は、傾き量の変更の度に補正をす
ればよい。

例えば像面の横シフ１−が生ずる場合は、投影レンズＬ
とレチクルＲＪ：！！経て位置ずれを検出するいわゆる
ＴＴＬアライメン）・検出により補正できろし、フォー
カス変化が生じる場合は、オートフォーカス及びレベリ
ング検出器（９）の出力に、ずれた分だけオフセットを
加えたフォーカス検出信号を用いて、ウェハＷを上下方
向に移動させてやればよい。

また、結像倍率に変化が生じることがある場合（よ予め
、傾き変化量に対する倍率変化量の関係を求めておき、
圧力コントローラ（へ）により倍率を制帥すればよい。

その他スルーザレンズ方式のレベリング検出器でもよい
。すなわち投影視野の周辺部の３点の各々で、レチクル
（又は顕微鏡内の基準チャート）のパターンとウェハ表
面との共役からのずれを検出し、投影レンズの結像面と
ウェハ面との傾きを直接計測（基準平面は結像面となる
）しながら、レンズＧ１を傾けろようにすれば、所謂ク
ローズ制紳が可能である。この場合レチクルが傾いてセ
ラ！−されたような場合でも、常にし・チクルの投影結
像面が基準となるので、より確実である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、投影像の歪みや解像力の
劣化を生じろことなく、ウェハＷの表面の感光層が傾い
ていてもそれに像面を一致させろことができ、最良の解
像力が投影領域全面にわたって得られるので有用である
。また本発明によるとウェハサイズが大きくなった場合
でも迅速にレベリングすることが可能であり、またステ
ージ上にレベリング駆動機構を配置する必要がないので
、ステージの慣性が小さくなり、高速高精度な位置決め
が可能となる。

本発明はシリコンウェハを対象とする焼付けに限らず、
ＧａＡｓ等の表面の平面度の悪い半導体ウェハや兼価な
平面度の良くないガラス基板等上にパターンを投影する
場合にも有用である。

〔図面の説明〕

第１図は本発明の実施例を示す正面図、第２図はレンズ
Ｇ１の傾斜機構の平面図である。

図中

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原板上に形成されたパターンを投影光学系を介し
   て所定の結像面に形成し、該結像面とほぼ一致するよう
   に配置された被投影基板に前記パターンの像を投影する
   装置において、 該装置上で予め定められた基準平面と前記被投影基板の
   所定領域内の表面との相対的な傾きを検出する傾き検出
   手段と； 該検出された傾きに応じて前記投影光学系の少なくとも
   一部の光学要素を傾けることにより、前記投影光学系の
   所定結像面を前記被投影基板の所定領域表面と略平行に
   調整する像面傾斜制御手段と； を備えたことを特徴とする投影光学装置。
2. （２）前記装置は、さらに 前記原板と被投影基板との相対的なアライメントを行う
   アライメント手段と； 前記パターン投影像の前記被投影基板上での大きさを微
   小修正する倍率調整手段と； 前記パターン投影像を前記被投影基板上に合焦させるた
   めの焦点調整手段と； を有し、前記像面傾斜制御手段は前記光学要素の傾斜動
   作に応答して、前記アライメント手段、倍率調整手段及
   び焦点調整手段のうち少なくとも１つの手段を駆動させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の投影光
   学装置。