JP3295860B2 - 投影露光方法とそのための装置 - Google Patents

投影露光方法とそのための装置

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JP3295860B2 JP06027393A JP6027393A JP3295860B2 JP 3295860 B2 JP3295860 B2 JP 3295860B2 JP 06027393 A JP06027393 A JP 06027393A JP 6027393 A JP6027393 A JP 6027393A JP 3295860 B2 JP3295860 B2 JP 3295860B2
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
【0001】本発明は、半導体集積回路装置等の製造工
程におけるフォトリソグラフィー技術で用いる投影露光
方法とその装置に関する。近年、半導体集積回路の高機
能化、高集積化、大型化されるに伴い、1つの回路を形
成する半導体基板領域が大面積化し、この大面積の半導
体基板領域全体の平坦性を維持することが困難になり、
この半導体基板領域を投影露光するする場合、被露光面
の平坦性のずれ等によって生じる光路差のために、被露
光面全体を鮮明に露光することが困難になっている。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置等の製造工程において
用いられる投影露光装置の光学系はレンズまたは反射鏡
のみで構成されており、光源から放出され、マスクを透
過して被露光面に至る光路差を小さくして焦点ぼけを低
減するためには、光源から被露光面にいたる光学系に高
精度に加工された光学部品を用いて組み立てるか、また
は、この光学系の屈折率に影響を与える気圧、湿度等の
動作環境を精細に制御することによって対処していた。
そして、半導体基板の被露光面の光軸に対する傾斜を自
動的に制御するチップレベリングや、回路パターンを半
導体基板の被露光面に自動的に焦点合わせして投影する
オートフォーカスが提案されている。
【0003】図4は、従来の投影露光装置のチップレベ
リング装置の説明図である。この図において、11はレ
ベリングステージ、111 は固定点、112 ,113
駆動点、12はウェーハ、121 はレベリング検出面、
13は測定用光源、14はコリメートレンズ、15は集
光レンズ、16は位置検出器である。
【0004】この図は、投影露光装置の回路パターンを
投影露光しようとするレベリング検出面121 の傾斜を
補正する装置を示しており、ウェーハ12の上に位置し
ている投影露光系は省略されている。
【0005】この従来の投影露光装置のチップレベリン
グ装置においては、固定点111 と駆動点112 ,11
3 によって支持されたレベリングステージ11の上にセ
ットされた表面に感光性レジスト膜を有するウェーハ
2の、投影露光系によって回路パターンを露光しようと
するレベリング検出面121 に、測定用光源13から放
出され、コリメートレンズ14によって平行光にされた
検査光を入射し、レベリング検出面121 によって反射
された検査光を集光レンズ15によって集光し、位置検
出器16によって受光して、レベリング検出面121
傾斜角を検査し、この検査信号によってレベリングステ
ージ11の駆動点112 ,113 の支持装置を駆動する
ことによって、レベリング検出面121 を水平にする。
【0006】図5は、従来の投影露光装置のオートフォ
ーカス装置の説明図である。この図において、21はX
Yステージ、22はウェーハ、23は検査用光源、24
1 はコンデンサレンズ、242 は投影レンズ、243
受光レンズ、251は投影スリット、252 は受光スリ
ット、26は振動子、27はディテクタ、28は縮小投
影レンズ系である。
【0007】この従来の投影露光装置のオートフォーカ
ス装置においては、XYステージ21にセットされた表
面に感光性レジスト膜を有するウェーハ22の縮小投影
レンズ系28によって投影露光しようとする面に、検査
用光源23から放出され、コンデンサレンズ241 によ
っ集光され、投影スリット251 によって絞られた検査
光を、投影レンズ242 によって集光して照射し、この
ウェーハ22によって反射された光を受光レンズ243
によって集光し、反射鏡である振動子26によって反射
し、受光スリット252 を通してディテクタ27によっ
て検出し、振動子26の回転角とディテクタ27の検出
信号によって、ウェーハ22の投影露光しようとする表
面の設計値からのずれを検出し、XYステージ21を上
下に駆動して所定の位置に移動し、結果的に焦点を合わ
せる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】この従来の投影露光装
置のチップレベリング装置においては、ウェーハの投影
露光しようとする領域の反りや歪み等による傾斜を検出
し、その領域が水平になるように制御することができ、
従来の投影露光装置のチップレベリング装置において
は、ウェーハの投影露光しようとする領域の反りや歪み
等による設計値からのずれを補正することができるが、
共に、ウェーハの投影露光しようとする領域の平均値を
対象にして傾斜や焦点を補正することができるだけで、
ウェーハの投影露光しようとする領域内の各点の傾斜や
焦点を補正することはできない。
【0009】本発明は、投影露光装置の光学系に被露光
面の平坦性のずれに起因する光路差を補正する機能をも
たせることによって、投影露光領域内の回路パターンの
焦点ぼけを無くして、投影露光面積の大型化を実現する
手段を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に依る投影露光方
法及び投影露光装置に於いては、方法の発明として、 (1) 光源から放射された露光光をマスクに入射し、
該マスクを透過した露光光を反射鏡に入射し、該反射鏡
による反射光を被露光面に投影する投影露光方法であっ
て、該反射鏡の反射面の形状を被露光面の平坦性のずれ
等によって生じる光路差を補償するように制御すること
を特徴とするか、或いは、 (2) 前記(1)に於いて、被露光面の平坦性のずれ
等によって生じる光路差をレーザー干渉計によって測定
し、その測定結果によって反射鏡の反射面の形状を制御
することを特徴とし、物の発明として、 (3) 光源と、光源から放射された露光光を透過する
マスクと、該マスクを透過した露光光を反射して被露光
面の平坦性のずれ等によって生じる光路差を補償する制
御装置を具えることを特徴とするか、或いは、 (4) 前記(3)に於いて、被露光面の平坦性のずれ
等によって生じる光路差を測定するレーザー干渉計と、
その測定結果によって反射鏡の反射面の形状を変化する
制御装置を具えることを特徴とする。
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【作用】光が伝播する媒質の不均一性に起因する位相歪
みを実時間で測定して閉ループで補償する適応光学系
(Adaptive Optics)が、宇宙観測やレ
ーザ通信等の技術分野において開発されている。この適
応光学系には、波面の位相の乱れを検出する位相検出部
と、波面の位相の乱れを補償する波面補償部と、位相検
出部と波面補償部をつなぐ演算処理部とから成り立って
いる(野田健一監修「応用光エレクトロニクスハンドブ
ック」1989年4月10日昭晃堂発行第781〜98
8頁、雑誌「日経サイエンス」1992年1月号第10
0頁参照)。本発明は、この適応光学系を投影露光装置
に適用するものである。
【0017】図1は、本発明の投影露光方法の原理説明
図である。この図において、1はレーザ干渉計、21
半透明平面鏡、22 は平面鏡、3はアクチュエータ、3
1 ,32 ,33 はアクチュエータ素子、4は光路差補正
用可変形鏡、5は投影露光用光学系、6は露光対象、7
は制御装置、8は投影露光用光源、9はマスクである。
この説明図によって本発明の原理を説明する。
【0018】本発明の投影露光方法においては、レーザ
干渉計1から放出される可干渉光を半透明平面鏡21
よって反射し、半透明平面鏡21 によって反射された可
干渉光を平面鏡22 によって反射し、平面鏡22 によっ
て反射された可干渉光を光路差補正用可変形鏡4によっ
て反射し、光路差補正用可変形鏡4によって反射された
可干渉光を投影露光用光学系5によって集光して露光対
象6の表面に入射するようになっている。
【0019】また、上記のように露光対象6の表面に入
射し、その表面で反射された可干渉光は、前記の光路を
逆行してレーザ干渉計1に帰還され、レーザ干渉計1に
よってその径路の光路長が測定される。そして、このレ
ーザ干渉計1から放出される可干渉光は、マスク上の座
標の原点(0,0)から最終的(m,n)までの各点
(i,j)(0≦i≦m,0≦j≦n)を走査し、この
各点を通る光路の光路長d00,dij,dmnを順次測定
し、測定結果は制御装置7に入力されて、ここで、露光
対象6の平坦性のずれ等によって生じる光路差Δdij
演算される。
【0020】そして、さらに、制御装置7によって、こ
の光路差を補償するための光路差補正用可変形鏡4の各
点での最適位置が演算され、その値に対応する距離だけ
アクチュエータ3の圧電素子からなるアクチュエータ素
子31 ,32 ,33 を伸長または縮小し、光路差補正用
可変形鏡4の各点の位置を調整して露光対象6の平坦性
のずれによって生じた光路差を補償する。
【0021】上記のレーザ干渉計1が適応光学系の「波
面の位相の乱れを検出する位相検出部」に相当し、アク
チュエータ3が「波面の位相の乱れを補償する波面補償
部」に相当し、制御装置7が「位相検出部と波面補償部
をつなぐ演算処理部」に相当する。
【0022】この図に模式的に示した光路差補正用可変
形鏡4とアクチュエータ素子31 ,32 ,33 を有する
アクチュエータ3においては、マスク上の座標の(i,
j)における光路長が基本光路長より短かったため、そ
の点に対応する光路差補正用可変形鏡4のアクチュエー
タ素子32 を短縮して、光路差補正用可変形鏡4の反射
面のその部分を凹上にして光路差を補償している。
【0023】このように、光路差補正用可変形鏡4の各
点の位置を調整してマスクの仮想位置と露光対象の間の
光路差を補償した後に、マスク9を光軸上に移動し、投
影露光用光源8から露光光を放射させて、マスク9に形
成された回路パターンを露光対象6の全表面に鮮明に露
光する。
【0024】光路長を測定するマスク上の座標の(i,
j)点と光路差補正用可変形鏡4のアクチュエータ素子
1 ,32 ,33 ・・・の可動端の位置を一致させる
と、アクチュエータ素子31 ,32 ,33 ・・・によっ
て移動する光路差補正用可変形鏡4の座標(ij)の補
正量は光路差Δdijに対応することになる。なお、この
光路差Δdijは点(ij)における、レンズの屈折率、
雰囲気の屈折率、露光対象であるウェーハの反り等によ
って発生する。
【0025】
【実施例】以下、本発明の投影露光方法および投影露光
装置の実施例を説明する。図2、図3は、一実施例の投
影露光方法とその装置の説明図である。この図におい
て、1はレーザ干渉計、21 は半透明平面鏡、22 は平
面鏡、3はアクチュエータ、4は光路差補正用可変形
鏡、5は投影露光用光学系、6は露光対象、7は制御装
置、8は投影露光用光源、9はマスクである。
【0026】この図2と図3を用いて本発明の投影露光
装置およびこの投影露光装置を用いて投影露光する方法
を説明する。第1段階(図2参照)〔この段階では、被
露光面に回路パターンを投影するに先立って、この投影
露光装置の光学系の露光領域内の各点の光路長を測定し
て光路差を補償する。〕すなわち、Arイオンレーザ
(発振波長364nm)を用いたレーザ干渉計1から放
射される可干渉光を半透明平面鏡21 によって反射さ
せ、半透明平面鏡21 によって反射された可干渉光を平
面鏡22 によって反射させ、平面鏡22 によって反射さ
れた可干渉光を200mm角内に10mmピッチで21
×21点に配置されたピエゾ素子からなるアクチュエー
タ3によって反射面の形状を変化することができ、合成
石英の表面にi線の反射率が100%になるように誘電
体多層膜が形成された光路差補正用可変形鏡4によって
反射させ、光路差補正用可変形鏡4によって反射された
可干渉光を投影露光用光学系5を透過させ、感光性レジ
スト膜を有する半導体ウェーハ等の露光対象6の表面に
入射させる。そして、露光対象6の表面によって反射さ
れた可干渉光は上記の経路を逆に辿ってレーザ干渉計1
に帰還して、その光路長が測定される。
【0027】この際、上記のレーザ干渉計1から放射さ
れる可干渉光を露光領域内で走査することによって、露
光領域内の各点の光路長を測定することができる。露光
領域の各点の光路長の測定結果は制御装置7に入力さ
れ、ここで露光領域内における各点の光軸からの距離
と、その点における光路長から、露光対象6の平坦性の
ずれや光学系中の雰囲気等の環境によって生じる光路差
を演算し、その光路差に相当する信号を反射面の形状を
変化するアクチュエータ3に印加することによって、光
路差補正用可変形鏡4の反射面の形状を変化して光路差
を最小化する。
【0028】第2段階(図3参照) 〔この段階では、第1段階によって光路差を補償した光
路差補正用可変形鏡4を用いてマスクの回路パターンを
被露光面を露光する。〕すなわち、平面鏡22 と半透明
平面鏡21 の間にレチクル等のマスク9を挿入し、この
マスク9にその光軸上に配置されている水銀のi線を用
いた投影露光用光源8の露光光を半透明平面鏡21 を通
して入射し、マスク9を透過した露光光を、平面鏡
2 、光路差補正用可変形鏡4によって反射し、投影露
光用光学系5を通して露光対象6に縮小投影して、露光
対象の表面に形成されている感光性レジスト膜を露光す
る。
【0029】この実施例の投影露光装置を用いると、適
応光学系を使用しない従来の投影露光装置を用いた場合
に比べて、従来と同程度の鮮明なパターンが得られる面
積を約20%拡大することができ、回路チップを大型化
することかできる。
【0030】
【0031】
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による投影
露光方法あるいは投影露光装置によると、被露光面に平
坦性のずれに起因する光路差による焦点ぼけを最小限度
に抑えることができ、そのため、鮮明なパターンを得る
ことができる投影露光面積を拡大することができ、大型
の半導体集積回路装置等の製造技術分野において寄与す
るところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投影露光方法とその装置の原理説明図
である。
【図2】一実施例の投影露光方法とその装置の説明図
(1)である。
【図3】一実施例の投影露光方法とその装置の説明図
(2)である。
【図4】従来の投影露光装置のチップレベリング装置の
説明図である。
【図5】従来の投影露光装置のオートフォーカス装置の
説明図である。
【符号の説明】
1 レーザ干渉計 21 半透明平面鏡 22 平面鏡 3 アクチュエータ 31 ,32 ,33 アクチュエータ素子 4 光路差補正用可変形鏡 5 投影露光用光学系 6 露光対象 7 制御装置 8 投影露光用光源 9 マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から放射された露光光をマスクに入
    射し、該マスクを透過した露光光を反射鏡に入射し、該
    反射鏡による反射光を被露光面に投影する投影露光方法
    であって、該反射鏡の反射面の形状を被露光面の平坦性
    のずれ等によって生じる光路差を補償するように制御す
    ることを特徴とする投影露光方法。
  2. 【請求項2】 被露光面の平坦性のずれ等によって生じ
    る光路差をレーザー干渉計によって測定し、その測定結
    果によって反射鏡の反射面の形状を制御することを特徴
    とする請求項1記載の投影露光方法。
  3. 【請求項3】 光源と、光源から放射された露光光を透
    過するマスクと、該マスクを透過した露光光を反射して
    被露光面の平坦性のずれ等によって生じる光路差を補償
    する制御装置を具えることを特徴とする投影露光装置。
  4. 【請求項4】 被露光面の平坦性のずれ等によって生じ
    る光路差を測定するレーザー干渉計と、その測定結果に
    よって反射鏡の反射面の形状を変化する制御装置を具え
    ることを特徴とする請求項3記載の投影露光装置。
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