JP2653356B2 - 投影露光方法 - Google Patents

投影露光方法

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JP2653356B2
JP2653356B2 JP8012513A JP1251396A JP2653356B2 JP 2653356 B2 JP2653356 B2 JP 2653356B2 JP 8012513 A JP8012513 A JP 8012513A JP 1251396 A JP1251396 A JP 1251396A JP 2653356 B2 JP2653356 B2 JP 2653356B2
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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】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】
【課題を解決するための手段】上記目的は、所定の倍率
に設定され、テレセントリックな光学系を有する縮小投
影露光装置のそれぞれの位置に半導体素子作成用の基板
と原画を装着して、前記原画をステップアンドリピート
で前記基板上に露光して半導体素子を作成するための投
影露光方法において、上記基板と原画を装着した後、
記基板のマークを上記縮小投影露光装置の縮小レンズを
通して検出し縮小投影倍率誤差を補正する工程を含む
ことを特徴とする投影露光方法、又は、所定の倍率に設
定され、テレセントリックな光学系を有する縮小投影露
光装置のそれぞれの位置に半導体素子作成用の基板と原
画を装着して、前記原画をステップアンドリピートで前
記基板上に露光して半導体素子を作成するための投影露
光方法において、上記基板と原画を装着した後、上記基
板のマークと上記原画のマークとの合わせ誤差を測定し
て縮小投影倍率誤差を補正する工程を含むことを特徴と
する投影露光方法、又は、所定の倍率に設定され、テレ
セントリックな光学系を有する縮小投影露光装置のそれ
ぞれの位置に半導体素子作成用の基板と原画を装着し
て、前記原画をステップアンドリピートで前記基板上に
露光して半導体素子を作成するための投影露光方法にお
いて、上記基板と原画を装着した後、縮小投影倍率誤差
を検出し、該所定の倍率を維持するように該誤差を補正
する工程を含むことを特徴とする投影露光方法により達
成される。
【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
される移動台上に配置され、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号で示したようなステップアン
ドリピート・カメラに、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レテイクル2上の
パターンをステップアンドリピートで基板4上に露光す
るものであり、コンデンサレンズ1、縮小投影レンズ
、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。原画であるレテイクル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およびレテイクル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56−130707(JP,A) 特公 昭49−22587(JP,B1) ”THE BELL SYSTEM Technical Journal" 49[9](1970−11)p.2117〜2128

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の倍率に設定され、テレセントリック
    な光学系を有する縮小投影露光装置のそれぞれの位置に
    半導体素子作成用の基板と原画を装着して、前記原画を
    ステップアンドリピートで前記基板上に露光して半導体
    素子を作成するための投影露光方法において、上記基板と原画を装着した後、 上記基板のマークを上記
    縮小投影露光装置の縮小レンズを通して検出し縮小投
    影倍率誤差を補正する工程を含むことを特徴とする投影
    露光方法。
  2. 【請求項2】所定の倍率に設定され、テレセントリック
    な光学系を有する縮小投影露光装置のそれぞれの位置に
    半導体素子作成用の基板と原画を装着して、前記原画を
    ステップアンドリピートで前記基板上に露光して半導体
    素子を作成するための投影露光方法において、上記基板と原画を装着した後、 上記基板のマークと上記
    原画のマークとの合わせ誤差を測定して縮小投影倍率誤
    差を補正する工程を含むことを特徴とする投影露光方
    法。
  3. 【請求項3】所定の倍率に設定され、テレセントリック
    な光学系を有する縮小投影露光装置のそれぞれの位置に
    半導体素子作成用の基板と原画を装着して、前記原画を
    ステップアンドリピートで前記基板上に露光して半導体
    素子を作成するための投影露光方法において、上記基板と原画を装着した後、 縮小投影倍率誤差を検出
    し、該所定の倍率を維持するように該誤差を補正する工
    程を含むことを特徴とする投影露光方法。
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"THE BELL SYSTEM Technical Journal"49[9](1970−11)p.2117〜2128

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