JP3446287B2 - 縮小投影露光装置と光軸ずれ補正方法 - Google Patents

縮小投影露光装置と光軸ずれ補正方法

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JP3446287B2 JP04356694A JP4356694A JP3446287B2 JP 3446287 B2 JP3446287 B2 JP 3446287B2 JP 04356694 A JP04356694 A JP 04356694A JP 4356694 A JP4356694 A JP 4356694A JP 3446287 B2 JP3446287 B2 JP 3446287B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems
    • G03F7/70091Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
    • G03F7/701Off-axis setting using an aperture

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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、縮小投影露光装置の光
軸ずれ補正方法の改良に関するものである。近年の半導
体装置に対しては高集積化が求められているので、半導
体装置の回路パターンを微細化することが必要である。
【0002】従って回路パターンの露光に用いる縮小投
影露光装置に対しても高精度が求められており、高精度
を維持するために縮小投影露光装置の精度管理を行うこ
とが重要である。
【0003】以上のような状況から、精度管理を高精度
で行うことが可能な縮小投影露光装置が要望されてい
る。
【0004】
【従来の技術】従来の縮小投影露光装置及び光軸ずれ補
正方法について図4〜図5により詳細に説明する。
【0005】図4は従来の露光装置を示す図、図5は従
来の露光装置の光軸ずれを補正する方法を説明する図で
ある。従来の縮小投影露光装置は、図4に示すような水
銀ランプなどの光源1a、光を平行光線にするインプット
レンズ1b、光の分布を均一化するフライアイレンズ1c及
び絞り1dからなる有効光源1から出た光線を集光レンズ
2により集光し、この集光レンズ2と投影レンズ3との
間に挿入したレチクル6の光透過部を透過した光線を、
投影レンズ3を通過させてXYZステージ4の上に搭載
した半導体基板7の表面に照射する縮小投影露光装置で
ある。
【0006】このような縮小投影露光装置の照明系の精
度を測定するには、まず縮小投影露光装置の集光レンズ
2と投影レンズ3との間に挿入したレチクル6上に形成
した主尺パターンを透過した光を被露光物である半導体
基板7の表面のレジスト膜に照射して主尺パターン領域
を露光し、つぎに焦点深度内で焦点を一定量(ΔZ)だ
けずらしてレチクル6上に形成した副尺パターンを透過
した光を被露光物である半導体基板7の表面のレジスト
膜に照射して副尺パターン領域を露光する。
【0007】そしてこのレジスト膜を現像すると、図5
(a) に示すようなレチクルの主尺パターンを透過した光
により露光されて現像によりレジスト膜に主尺パターン
8bが形成され、レチクル6の副尺パターンを透過した光
により露光されて現像によりレジスト膜に副尺パターン
8cが形成される。
【0008】ここで図5(b) に示すように主尺パターン
8bと副尺パターン8cが形成されており、主尺パターン8b
の外形X1,2、副尺パターン8cの内形X3,4をライン
センサーにより検出すれば、X1とX2の平均値が主尺パ
ターン8bの中心を表し、X3とX4 の平均値が副尺パタ
ーン8cの中心を表しており、同様に主尺パターン8bの外
形Y1,2 、副尺パターン8cの内形Y3,4 をラインセ
ンサーにより検出すれば、Y1とY2の平均値が主尺パタ
ーン8bの中心を表し、Y3とY4の平均値が副尺パターン
8cの中心を表しているので、これらの平均値を比較する
ことにより、位置ずれを計測し、パターンが焦点ずれ
(Z軸方向のずれ)によってXY方向にどのように位置
ずれが生じているかを測定している。
【0009】この場合、Z軸方向のずれ量をΔZ、主尺
パターン8bの中心と副尺パターン8cの中心とのX軸方向
の位置ずれをΔX、主尺パターン8bの中心と副尺パター
ン8cの中心とのY軸方向の位置ずれをΔYとし、ΔX/
ΔZ例えば0.12μm /4μm及びΔY/ΔZをテレセン
トリシティと称して規格化している。
【0010】このようにして測定した位置ずれ量に応じ
て人手により有効光源1を光軸と直交する方向に移動し
ている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の縮
小投影露光装置の光軸ずれを補正するためには半導体基
板上のレジスト膜に露光した後現像処理を行わねばなら
ず、ラインセンサーによる位置ずれ検査工程が必要であ
るため、有効光源の光源形状を変更した場合にはその都
度このような検査を行わねばならないが、これらの工程
を行うのは非常に多くの工数を要し、生産ラインに縮小
投影露光装置を使用にしている場合には、生産ラインへ
の影響が大きい。
【0012】また、検査を行った結果位置ずれ量が許容
値を超えて不合格になった場合には光源の位置を人手に
より補正し、再び上記のようなテレセントリシティの検
査を繰り返し行わねばならないので、極めて膨大な工数
が必要になるという問題点があった。
【0013】本発明は以上のような状況から、簡単且つ
容易に縮小投影露光装置の光軸ずれを自動的に補正する
ことが可能となる縮小投影露光装置と光軸ずれ補正方法
の提供を目的としたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の縮小投影露光装
置は、光源、インプットレンズ、フライアイレンズ及び
絞りから構成される有効光源から出た光線を、集光レン
ズ、投影レンズを経てXYZステージに載置した半導体
基板に照射する縮小投影露光装置において、このXYZ
ステージ上に載置され、この有効光源と投影レンズの間
に配設したレチクルを透過した光線を検出する光検出器
と、この有効光源をXY方向に移動させる自動補正機構
を有し、この光検出器は、焦点深度内の少なくとも二つ
のZ軸位置においてこの光線を検出してそれぞれの位置
におけるXY方向の光軸ずれを検出するものであり、こ
の自動補正機構は、このXY方向の光軸ずれに基づいて
この有効光源の位置の微調整を行う位置決めバネを備え
補正するものであるように構成する。
【0015】
【作用】即ち本発明においては、縮小投影露光装置の有
効光源から出され、集光レンズと投影レンズの間に挿入
したレチクルの光透過部を透過した光線を検出すること
が可能な光検出器をXYZステージに備えており、この
光透過部を透過した光線を焦点深度内の複数の異なるZ
軸位置においてこの光検出器により検出することによ
り、この光透過部を透過した光線の、複数の異なるZ軸
位置におけるXY方向の平面的な位置ずれを検出し、こ
の位置ずれに基づいてこの有効光源の位置を移動機構に
より補正させる自動補正機構を具備しているので、焦点
深度内の少なくとも二つのZ軸位置におけるXY方向の
平面的な位置ずれを、この自動補正機構の中央制御装置
に設定した目標値内に収斂するまで自動的に有効光源の
位置を補正することが可能となる。
【0016】
【実施例】以下図1〜図3により本発明による一実施例
の縮小投影露光装置と光軸ずれ補正方法について詳細に
説明する。
【0017】図1は本発明による一実施例の光軸ずれ自
動補正機構付露光装置を示す図、図2は本発明による一
実施例の光軸ずれ補正方法を示す図、図3は本発明によ
る一実施例の光軸ずれ自動補正機構を示す図である。
【0018】本発明による一実施例の光軸ずれ自動補正
機構付露光装置は、図1に示すように従来の技術で説明
したのと同じ有効光源1から出た光線を集光レンズ2に
より集光し、この集光レンズ2と投影レンズ3との間に
挿入したレチクル6の光透過部を透過した光線を、投影
レンズ3を通過させてXYZステージ4の上に搭載した
半導体基板7の表面に照射する縮小投影露光装置であ
り、XYZステージ4には光検出器5が設けられてお
り、有効光源1のXY方向の位置の微調整を行うことが
可能な移動機構9と位置決めばね10を備えている。
【0019】このような縮小投影露光装置の照明系の精
度を維持するように光軸ずれを補正するには、図2(a)
に示すようなレチクル6上に形成した光透過部6aを透過
した光線をまずベストフォーカスで駆動部4aにより駆動
されるXYZステージ4に設けた図2(b) に示すような
ピンホール5a或いはスリット5bが設けられており、光電
変換素子5cを備えた光検出器5で検出すると、図2(a)
に示すような光透過部6aに対応して図2(c) に示すよう
な光強度を検出することができる。
【0020】このような光強度をベストフォーカスと異
なるZ軸方向にずれた焦点深度内の位置で測定し、この
測定位置のXY方向のずれを調べることによりこの縮小
投影露光装置の光軸ずれを容易に測定することが可能で
ある。
【0021】このようにして測定したずれ量に応じて有
効光源1を光軸と直交する方向に移動するには、図3に
示すようなXY方向の光軸ずれに基づき光軸ずれ自動補
正機構を用いて有効光源1の位置を移動機構9と位置決
めばね10を用いて補正する。
【0022】本発明による一実施例の光軸ずれ自動補正
機構について図3により詳細に説明する。有効光源1か
ら出た光線を集光レンズ2により集光し、この集光レン
ズ2と投影レンズ3との間に挿入したレチクル6の光透
過部6aを透過した光線を、投影レンズ3を通過させ、ベ
ストフォーカスの位置と、ベストフォーカスとは異なる
Z軸方向にずれた焦点深度内の位置で、XYZステージ
4の上に搭載した図2(b)に示すような光検出器5でレ
チクル6の光透過部6aを透過し、ピンホール5a或いはス
リット5bから入射した光を検出し、この検出した光を光
検出器5内の光電変換素子5cにより変換した光信号をオ
ート・ゲイン・コントローラ12(以下、AGC12と略称
する)で増幅した信号と、レーザを用いる干渉計11によ
り測定したXYZステージ4の移動量とをA/D変換器
13に送り、A/D変換器13でディジタル信号に変換した
後、記憶装置14にこの光信号をAGC12で増幅した信号
と、レーザを用いる干渉計11により測定したXYZステ
ージ4の移動量の数値を記憶させる。
【0023】この記憶させた数値を用いてマイクロプロ
セッサ16(μ−プロセッサ16)により演算を行い、ベス
トフォーカスの位置と、ベストフォーカスとは異なるZ
軸方向にずれた焦点深度内の位置におけるレチクル6の
光透過部6aを透過して光検出器5に到達した光の位置ず
れを計算し、位置決めばね10との間に有効光源1を保持
している移動機構9を、この位置ずれ量だけ駆動して有
効光源1の光軸ずれを補正する。この際必要があれば、
数値計算は高速プロセッサ15で行うのもよい。
【0024】光軸ずれを補正した後、同様にして再び位
置ずれを計算し、この位置ずれ量だけ移動機構9を駆動
して有効光源1の光軸ずれを補正する。このような有効
光源1の光軸ずれを反復して補正しながら、位置ずれ量
と中央制御装置17に設定した目標値とを比較し、測定値
が目標値に収斂するまで自動的に有効光源の位置を補正
する。
【0025】また、被露光物の表面におけるフォーカス
深度の許容範囲を増大させるように絞りの形状を変化さ
せる変形照明露光法を適用した場合に、光線の形状を変
化させる度に上記の光軸ずれの補正を行わせるようにし
ておけば、縮小投影露光装置の光軸ずれを自動的に補正
することが可能となる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば縮小投影露光装置の構造の改良により、光軸ずれ
を自動的に補正することが可能となる利点があり、著し
い経済的及び、信頼性向上の効果が期待できる縮小投影
露光装置と光軸ずれ補正方法の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による一実施例の光軸ずれ自動補正機
構付露光装置を示す図
【図2】 本発明による一実施例の光軸ずれ補正方法を
説明する図
【図3】 本発明による一実施例の光軸ずれ自動補正機
構を示す図
【図4】 従来の露光装置を示す図
【図5】 従来の露光装置の光軸ずれを補正する方法を
説明する図
【符号の説明】
1 有効光源 1a 光源 1b インプットレンズ 1c フライアイレンズ 1d 絞り 2 集光レンズ 3 投影レンズ 4 XYZステージ 4a 駆動部 5 光検出器 5a ピンホール 5b スリット 5c 光電変換素子 6 レチクル 6a 光透過部 7 半導体基板 8b 主尺パターン 8c 副尺パターン 9 移動機構 10 位置決めばね 11 干渉計 12 AGC 13 A/D変換器 14 記憶装置 15 高速プロセッサ 16 マイクロプロセッサ 17 中央制御装置
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−94032(JP,A) 特開 平6−29182(JP,A) 特開 平6−29179(JP,A) 特開 平6−20915(JP,A) 特開 平5−217853(JP,A) 特開 平3−65623(JP,A) 特開 平2−306612(JP,A) 実開 平1−115236(JP,U) (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(1a)、インプットレンズ(1b)、フラ
    イアイレンズ(1c)及び絞り(1d)から構成される有効光源
    (1) から出た光線を、集光レンズ(2) 、投影レンズ(3)
    を経てXYZステージ(4) に載置した半導体基板(7) に
    照射する縮小投影露光装置において、 前記XYZステージ(4)上に載置され、前記有効光源(1)
    と前記投影レンズ(3)の間に配設したレチクル(6) を透
    過した光線を検出する光検出器(5) と、 前記有効光源(1) をXY方向に移動させる位置決めバネ
    (10)を備えた自動補正機構を有し、 前記光検出器(5) は、焦点深度内の少なくとも二つのZ
    軸位置において前記光線を検出してそれぞれの位置にお
    けるXY方向の光軸ずれを検出するものであり、 前記自動補正機構は、前記XY方向の光軸ずれに基づい
    て前記有効光源の位置を補正するものであることを特徴
    とする縮小投影露光装置。
  2. 【請求項2】 前記自動補正機構は、前記XYZステー
    ジ(4) の位置を検出する干渉計(11)と、前記光検出器
    (5) の出力を制御するAGC(12)と、該AGC(12)の出
    力を変換するA/D変換器(13)と、該A/D変換器(13)
    の出力を記憶する記憶装置(14)と、該記憶装置(14)の記
    憶した数値を演算するマイクロプロセッサ(16)と、該マ
    イクロプロセッサ(16)を制御する中央制御装置(17)とか
    らなる光軸ずれ自動検出機構(100) と、該光軸ずれ自動
    検出機構(100) により検出した光軸ずれ量に基づき前記
    有効光源(1) をXY方向に移動する移動機構(9) とから
    構成されていることを特徴とする請求項1記載の縮小投
    影露光装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の縮小投影露光装置におい
    て前記有効光源(1)の形状を変形させる変形照明露光法
    を適用した場合に、前記有効光源(1) の形状を変形させ
    る度に、前記縮小投影露光装置の光軸ずれを自動的に補
    正することを特徴とする請求項1記載の縮小投影露光装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の縮小投影露光装置を用い
    る光軸ずれ自動補正方法であって、 少なくとも二つの前記Z軸位置において、前記光検出器
    (5) により検出した前記光透過部(6a)を透過した光線
    の、少なくとも二つの前記Z軸位置のずれ量とXY方向
    の平面的な位置ずれ量との比に基づき、前記自動補正機
    構を用いて前記有効光源(1) の位置を前記移動機構(9)
    により自動的に補正することを特徴とする縮小投影露光
    装置の光軸ずれ補正方法。
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