JPS63255917A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば集積回路の製造に使用される露光装置
のような所定像の結像を行なう投影光学装置に関するも
のであり、特に、その焦点位置の変化に対する補正制御
の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種装置のうち、例えば大気圧の変化を測定し
、焦点位置変動を補正する装置が特開昭６１−１８３９
２８号公報に開示されている。

このものは、 マスクのパターンを投影光学系を介して被投影基板に投
影する装置において、前記投影光学系と被投影基板との
間隔を検出して、該間隔が所定の設定値であるときに前
記投影光学系の結像面と被投影基板とが一致したと判断
し得るような検出信号を出力する焦点検出手段と、大気
の屈折率を検出して、前記投影光学系の大気の屈折率変
動により生じる結像面の変動量を検出する変動検出手段
と、前記焦点検出手段の検出すべき前記設定値が、前記
検出された変動量だけ補正される如く前記焦点検出手段
を制御する補正制御手段とを備え、該補正された焦点検
出手段からの検出信号に基づいて前記間隔を調整してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来の装置においては、焦点位置変動を演算する
ために用いるパラメータを決定するデータは、露光面の
中心の焦点位置データであった。

つまり、露光面の中心値で、露光面の全体を代表させて
いた。一方、大気圧変動、もしくは他の要因が投影光学
系に及ぼす影響により、像面湾曲が大きくなり、前記パ
ラメータで露光面の中心の焦点位置に補正した場合、露
光面の周辺部では焦点位置がずれるという問題点があっ
た。また、レンズの高ＮＡ化にともない、焦点深度が浅
くなり、前記焦点位置ずれを無視することができなくな
った。そこで本発明は、像面湾曲を考慮した焦点位置補
正をすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的の為に本発明では、従来の露光面中心の焦点位
置に補正するのではなく、像面湾曲の変動の種々の要因
を測定し、あらかじめ求めて記憶していた　これらの要
因と像面湾曲の関係より、像面湾曲を演算により求め、
露光面の平均的焦点位置に、もしくは露光面の一部しか
使用しない場合は、その部分の平均的焦点位置に、焦点
位置をン甫正することとした。

〔作用〕

上記の構成によれば、像面湾曲による焦点ずれか、平均
的焦点位置からのずれとなるため、露光面の中心位置か
らのずれに比べ、小さくなるので〜従来、像面湾曲のた
め不良となっていたものも、良品となる可能性が大きく
なる。

〔実施例〕

第１図は、本発明を縮小投影露光装置に用いた実施例を
示す図、第２図は、第１図と共に用いられる補正制御部
の模式的な回路を示すブロック線図である。

まず、第１図において、回路パターンなどが描かれたパ
ターン基板としてのマスク（以下レチクル）というＲは
、レチクルステージ１に載置される。不図示の照明系か
ら射出した照明光は、上方から下方に向かってレチクル
Ｒを照射し、レチクルＲを通過した光は、投影レンズ２
を通過し、レチクルＲ上の回路パターンをウェハＷ上で
結像する。ウェハＷは、ウェハチャック３に真空吸着さ
れる。ウェハチャック３は、不図示のウェハステージ上
にあり、ウェハステージにより、光軸に垂直な２次元方
向（Ｘ、Ｙ軸方向）と光軸方向（Ｚ軸方向）に移動する
ことができる。モータ２３は、Ｚ軸方向にステージを動
かすために設けられている。レチクルブラインド４は、
照明光がレチクルの任意の部分にのみ入射するのを選択
する、　　ためのものである。レチクルブラインド４の
開閉により選択したレチクルＲ上の任意の部分のみがウ
ェハＷ上に結像する。レチクルブラインド位置検出装置
２２は、レチクルブラインド４の開閉の位置をモニター
するもので、位置検出用のリニアエンコーダ等により構
成され、レチクルブラインド位置信号ＲＢＳを出力する
。また、圧力センサ２１は、大気圧に応した絶対圧信号
ＰＲ３を出力する。

次に、焦点位置検出装置の説明を行なう。発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）５から発生したフォトレジストを感光させ
ない波長の光は、コンデンサレンズ６によって集光され
、細長い矩形スリット７を照明する。スリット７を通過
した光は、ミラー８で反射された後、縮小レンズ９で収
束され、ウェハＷの光軸近傍表面２４にスリット７の像
として結像する。ウェハＷからの反射光は、拡大レンズ
１０、平行平板ガラス（プレーンパラレル）１１、振動
ミラー１２を介し、スリット板１３に導かれる。このス
リット板１３上には、ウェハＷの表面２４での反射像が
形成され、スリン）１３ａを透過した光は、光電検出器
１４に受光される。振動ミラー１２は、駆動装置１５に
よって、ウェハＷの表面２４での反射像がスリット板１
３上をスリット１３ａと平行に、かつその長手方向と直
交する方向に華振動するように駆動される。光電険出器
１４からの光信号は、アンプ１６で増幅された後、同期
整流（同期検波）回路（以下ＰＳＤ）１７に入力する。

ＰＳＤ１７は、振動ミラー１２の振動周波数を決定する
発振器（以下０３Ｃ）１８からの基準周波数信号を入力
し、その信号で光電信号を同期整流することによって焦
点信号ＦＰＳ（第３図の信号Ａとして示す。ＺはＺ軸方
向での位置であり、Ｚ−０が惧点位置である）を出力す
る。

さて、プレーンパラレル１１は拡大レンズ１０の後の集
光系の内に設けられ、駆動装置１９によっである角度範
囲内で回転可能に溝底されている。このプレーンパラレ
ル１１の回転（傾き）によって、スリット板１３上に形
成されるウェハ面２４のスリット像の拡大像の振動中心
がスリ７）１３ａの長手方向と直交する方向（第１図で
は紙面内左右方向）にシフトする。その振動中心のスリ
ット１３ａに対するシフトは、焦点信号ＦＳＰが合焦（
第３図の信号Ａとして示されるＳカーブ波形上の零点、
すなわちＺ＝Ｏ）と刹断されるときのウェハＷの位置を
、Ｚ方向にシフトしたものと等価である。本実施例では
このプレーンパラレル１１と駆動装置１９とによって焦
点変動の補正を行なう。

第２図に於いて、演算処理やシーケンス等はマイクロコ
ンピュータ等を有するオートフォーカスコントローラ（
以下ＡＦＣと呼ぶ）３０によって統括制御される。メモ
リ３Ｓには、補正演算に必要な各種パラメータ、定数等
の他に演算式のプログラム、シーケンス制御のためのプ
ログラム等が記憶されており、ＡＦＣ３０は、それらの
プログラムに従って一連の動作を行い、必要に応じて各
種パラメータ、定数を読み込む。第１図に示した圧力セ
ンサ２１から、大気圧の絶対値を表す信号ＰＲ３をアナ
ログデジタル変換器（以下ＡＤＣ）３３に出力する。Ａ
ＤＣ３３は信号ＰＲ３に応じたデジタル値をＡＦＣ３０
に出力する。また、第１図に示したプレーンパラレル１
１の回転位置検出用のロータリエンコーダ２０からの信
号ＥＮＳは、カウンタ３４に入力され、ここでデジタル
数値に直されてＡＦＣ３０に出力される。同様に、第１
図に示したレチクルブラインド位置検出装置２２からの
信号ＲＢＳは、カウンタ３２に入力され、デジタル値に
変換され、ＡＦＣ３０に出力される。デジタルアナログ
変換器（以下ＤＡＣとする）３５は、焦点変動量に基づ
いてＡＦＣ３０によって演算された補正値を入力し、そ
のアナログ信号をオフセット信号○ＦＳとして駆動装置
１９に出力する。また本来の自動合焦動作を行なうため
に、焦点信号ＦＰＳを入力するＡＤＣ３Ｇと、その焦点
信号ＦＰＳが合焦を表すまでステージをＺ軸方向へ上昇
又は降下させるのに必要な駆動量の情報を入力するＤＡ
Ｓ３７と、焦点信号ＦＰＳとＤＡＳ３７の出力信号とを
択一的に選択するスイッチ３８と、スイッチ３８で選ば
れた信号に基づいてステージの上下動を行なうモータ２
３に駆動信号ＤＲ３を出力してサーボ制御するサーボ回
路４０とが設けられている。尚、スイッチ３８は、２次
元移動ステージの移動中であっても、ウェハＷの表面を
常に結像面と一敗させるように追従させる場合は、サー
ボ回路４０が焦点信号ＦＰＳを入力するようにＡＦＣ３
０によって切り替えられる。

次に、本実施例の動作の説明を、第７図のフロチャート
と共に行なう。

ｉ）まずＡＦＣ３０は、圧力センサ２０から、その時の
大気圧を絶対値で表す信号ＰＲ３をＡＤＣ３３を介して
読み込み、一時的に記憶する（ステップ７０）。

ｉｉ　）次にＡＦＣ３０は、大気圧変化に起因した露光
面中心位置（第１図の２４付近）の、基準大気圧の焦点
位置Ｚ。に対する焦点位置移動量Δｚｒ＋を算出する（
ステップ７１）。すなわち、ウェハＷを示した第４図に
おいて、レチクルブラインド４全開時のウェハＷの露光
面５０の中心位置をＰ。

とすれば、−Ｓに、大気圧の変化量と中心位置Ｐ１の焦
点位置変動量とは、比例関係にある。実際には、種々の
大気圧のときの中心位置Ｐ１の焦点位置を実測により求
めて、比例定数をあらかじめ算出し、メモリ３９に記憶
しておく。従って、ＡＦＣ３０は、信号ＰＲ５から対応
する比例定数をメモリ３９から読み出し、焦点位置移動
量△ＺＰＩを求′　めることができる。

１１１）次にＡＦＣ３０は、大気圧の変化量に起因した
像面湾曲の算出を行なう（ステップ７２）。このプロセ
スを以下に説明する。まず算出に必要な計算式及びパラ
メータは、次のようにして求める。

第４図に於いて、レチクルブラインド４全開時のウェハ
Ｗ上の露光面５０内に設定した複数の位置、例えばＰ　
ｔ　＝　Ｐ　ｑにおいて、中心位置Ｐ１の焦点位置から
の焦点ずれの測定を行なう、すなわち、大気圧の変化に
応じて上記の測定を行い、露光面中心位Ｗ　ｐ　＋が焦
点位置にあるときに各位置Ｐ２〜Ｐ、の焦点ずれの測定
を行い、（ウェハをＺ軸方向のステップ移動し、各ステ
ップでウェハの試し焼きをすることで、焼き付は後のウ
ェハで合焦位置を調べることにより、各位置の焦点ずれ
の測定を行なうことができる。）大気圧の変動と各位Ｚ
ｐｚ〜Ｐ、の中心位置Ｐ、に対する焦点ずれの関係を表
現することのできる関数で近領し、その関数をメモリ３
９に記憶させておく。これにより、大気圧変動に応じた
各位置Ｐ２〜Ｐ、の中心位’ｌ　ｐ　ｌの焦点位置から
のずれがわかり、各位置間を補間することにより像面湾
曲が求まる。第５図に位置Ｐ１〜Ｐ、で算出した結果を
、８つの平面で補間した例を示す。平面５１は、ある大
気圧のときに、各位置Ｐ２〜Ｐ、における位置Ｐ１に対
する焦点ずれ量δ２〜δ７（δ２．δ３．δ６は不図示
）により形成され、露光面中心位置Ｐ１に対する焦点ず
れ面を示している。大気圧変動に依存した像面湾曲の算
出法は、上記で説明した以外も考えられ、湾曲の変動が
重線な場合、例えば湾曲が光軸に関して対称な場合、ま
たは、像面が簡単な曲面で表せ、かつ変動が曲面の弐の
パラメータを変更するだけで表せる場合は、像面湾曲を
表す式が１つでよく、補間の必要もなく簡単に計算でき
る。

ｉｖ）次にＡＦＣ３０は、レチクルブラインド４の位置
信号ＲＢＳをＣＮＴ３２を介して読み込み、中心位置Ｐ
ｌの焦点位置に対するレチクルブラインド４による実際
の露光面（領域）の平均的焦点位置（第６図の５２）の
差へＺを算出する（ステップ７３）。計算法は、レチク
ルブラインド４による露光面Ｄ（面積Ｓ）、露光面上の
任意の座標（Ｘ、Ｙ）の焦点位置と中心位置ｐ、の焦点
位置との差を：Ｆ（Ｘ、Ｙ）とすれば、以下の弐で、露
光中心位Ｗ　ｐ　＋の焦点位置と、レチクルブラインド
４尚、平均的露光面は、上記の方向だけでなく、’Ｍｌ
えば最大ずれ量を考慮した次式の方法も罵えら上記の場
合、ｆ１＋に対し、計算がより簡単で、場合によっては
補間を行なう必要がなく　、（１１式の分子を（ｍａｘ
Ｐ４　＋ｍ１ｎＰ４（ｉ＝　１〜９）〕とすることもで
きる。

尚、第６図は、第５図のＰ３　　’ｉ’＋　　Ｐｓ断面
で、直線５２は、第５図における平均的焦点面の位置を
示している。

Ｖ）次にＡＦＣ３０は、基準大気圧の焦点位ＺＺ。。

露光面中心の大気圧変動量△Ｚｐｌより、補正されｌ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　／る
目標位置Ｚを次式により求め、目標位置Ｚを記憶する（
ステップ７４）。

ｚ’＝ｚ、＋ΔＺｐｌ＋△τ−−−−（２＋ｖｉ）次に
ＡＦＣ３０は、プレーンパラレル１１の現在の回転角を
カウンタ３４の値で読み込み、読み取ったプレーンパラ
レル１１の位置で焦点位置となる露光面（ウェハ面）の
高さ位置Ｚを求める。

ＦＰＳ信号による焦点位置Ｚと演算により求めた目標値
ＷＺが一致しない場合、ＦＰＳ信号による焦点位置Ｚと
して目標位置Ｚが得られるように、プレーンパラレル１
１を回転させるためのデータをＤＡＣ３５に出力する。

これによって、目標値置Ｚと現在の焦点位ＺＺの差分に
応じたオフセット信号ＯＥＳがモーター９に印加され、
プレーンパラレル１１は回転を始める。このとき、プレ
ーンパラレル１１の位置信号をＣＮＴ３４よりＡＦＣ３
０が取り込み、プレーンパラレル１１を目標位置まで回
転させ停止させる（ステップ７５）。

ｖｉ）上記補正が終了すると、ＡＦＣ３０は、第ｂ図中
のＡＤＣ３６、ＤＡＣ３７、サーボ回路４０等によって
モータ１９を駆動して、ウェハＷが露光領域の平均的焦
点位置に一敗するようにウェハ面の高さを調整する（ス
テップ７６）。

上記実施例においては、大気圧の変化による焦点位置、
及び像面湾曲の変化について補正する場合を示したが、
特開昭６１−１８３９２８号公報の実施例にも示されて
いるように、照明光の入射エネルギーに対する補正も考
えられる。入射エネルギーに対する影響も考慮に入れた
補正法を簡単に説明する。入射エネルギーに対する焦点
変動特性は、入射エネルギーの履歴によると考えられる
から、入射エネルギーを熱センサーもしくは光電検出器
等でモニターし、あらかしめ実験等で求め、記憶してい
た変動特性に関する数式等により、露光フィールド中心
位置Ｐ１の焦点位置の変動量ΔＺｐ。

を算出する。一方、像面湾曲に及ぼす入射エネルギーの
影響の特性も、前記の大気圧補正の場合と同様に求めて
おき、入射エネルギーＨ歴より像面、湾曲を計算によっ
て求める。この場合の露光面の平均的焦点位置の露光面
中心位置Ｐ、との差を△７を求める式（２）は以下のよ
うになる。

−・・−・−（３１ 式（２）により、前記大気圧変動の場合と全く同様に焦
点位置補正が行える。この他に、焦点位置、像面湾曲に
及ぼす要因として、気温等が考えられ、これらを上記の
例のように組み合わせて補正することも可能であり、影
響の小さい要因に対しては、例えば焦点位置補正には用
いるが、像面湾曲については計算に入れないととうこと
も可能である。

また、要因の変化する時間の程度により、補正間隔を要
因別に設定することもできる。通常、大気圧、気温につ
いては、１０〜３０分毎程度入射エネルギーについては
、数秒毎に補正を行なう必要がある。

また、前記の実施例では、像面湾曲に対し、Ｚ軸方向へ
の補正法を示したが、ステージがステージ面を光軸方向
（Ｚ軸方向）に対して傾斜させることができる機能を持
つ場合、露光面に対し、像−面湾曲の影響が最小となる
平面を、例えば最小二乗法によって像面を平面フィッテ
ィングすることにより計算し、ウェハ面をこの平面に一
致させることも可能である。

また、レチクルブラインド４の影響を無視でき、典型的
露光面の平均的焦点位置の変動が簡単な数式で表せる場
合、従来の補正機構で、平均的焦点位置へいきなり補正
することも可能である。

また、以上のような補正を行っても、像面湾曲が非常に
大きく許容範囲内に入らない場合には、警報を出す、露
光をしない、もしくはレチクルブラインド４により同一
露光面を何回かに分けて焦点補正をし、露光するなどの
対策が考えられる。

なお、以上の説明では焦点信号ＦＰＳを変化させること
で焦点変動の補正を行っていたが、駆動信号ＤＲ３を焦
点変動の補正を加味した信号としても良い。

〔発明の効果〕

以上の本発明によれば、焦点変動の補正が種々の要因に
よる投影光学系の像面湾曲を考慮を入れて行われ、常に
露光面全体にわたり適正な焦点合わせが達成されるので
、露光される線幅コントロールがより精密になり、その
再現性が向上するという効果が得られる。又、本実施例
に示す方法で、像面湾曲を得た場合、平均的な露光面に
焦点を合わせる以外の解決法、例えば感光基板面を像面
湾曲に合わせて湾曲させる等にも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を縮小投影露光装置に用いた実施例を示
す図、第２図は第１図と共に用いられる補正制御部の模
式的な回路を示すブロック線図、第３図は同期整流され
た焦点信号ＦＰＳの出力特性図、第４図は露光面と焦点
データ収得点を示す図、第５図は像面湾曲を８個の平面
で近傍する場合を示す説明図、第６図は平均的焦点面を
示す第５図の断面図、第７図は第２図のオートフォーカ
スコントローラ（ＡＦＣ）の動作を説明するフローチャ
ートである。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ・・・−−−−−−・−レチクル、Ｗ−−−−−−ウ
ェハ２−一一一一一一投影レンズ、Ｓ　−−一発光ダイ
オード７−−１８．スリ・７ト、１２−・−−一−−−
振動ミラー１３−一−−スリット板、１４−−−−−一
光電検出器２１−−−−圧カセンサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パターン基板のパターンを投影光学形を介して被投影基
   板に投影する装置に於いて、 前記投影光学系と被投影基板との間隔を検出して焦点信
   号を出力する焦点検出手段と； 前記焦点検出手段の焦点信号に基づいて、前記パターン
   が前記被投影基板に合焦するように前記被投影基板を移
   動する駆動手段と； 前記投影光学系の像面湾曲を経時的に変化させる要素を
   測定し、測定信号を出力する測定手段と；前記測定手段
   の測定信号から、前記投影光学系の像面湾曲による合焦
   位置のずれに応じた補正値を求め、前記焦点検出手段と
   前記駆動手段とのいずれか一方に補正信号を出力する補
   正信号出力手段と； を有し、像面湾曲の経時的な変化の影響を減少させて合
   焦することを特徴とする投影光学装置。