JPH01309323A - 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、例えば集積回路製造に用いられる露光袋πで
、特に近年開発されている狭帯化エキシマレーザのよう
に狭帯化レーザを光源とする投影型光学装置の結像特性
の向上に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の装置で使われる狭帯化レーザ光源として、エタ
ロン等の波長選択素子を用いて発振スペクトルの狭帯化
を行なうとともに、発振スペクトルの波長をモニターし
て温度変化による共振器長の変化などによる波長ずれを
波長選択素子にフィードバックして常にその狭帯化波長
を一定に保つような構成のものを採用することが考えら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点］ 上記のように短波長域のレーザを用いた投影光学装置は
、投影光学系の色収差補正が困難であるため、レーザ波
長を狭帯化して用いる方法を採る訳であるが、狭帯化波
長を常に一定に制御するのは困難で、露光中に波長がず
れてしまうという問題点があった。この主な原因は、エ
タロン等の波長選択素子がレーザ光の一部を吸収して膨
張し、狭帯化の中心波長がシフトし、その波長シフトに
制御系がうまく追従できないことである。前記のように
投影光学系は色収差が補正されていないため波長ずれに
より、結像特性が変化する。本発明はこの様な問題点に
鑑みてなされたもので、波長ずれによる結像特性の変化
を補正し得る投影光学装置を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記問題点の解決のため本発明では、波長ずれによる結
像特性の変化をあらかじめシミュレーションもしくは実
験により確認し、波長制御用の波長モニタの測定結果に
基き、結像特性（倍率変化、焦点ずれ等）を補正するこ
とにした。結像特性の補正機構は、この種の高精度な露
光装置においては大気圧変動等の補正用としてあらかじ
め用意されている場合があり、その場合はこれを利用す
る方法とした。

〔作　　用〕

本発明においては、波長ずれによる結像特性の変動分を
結像特性補正機構（圧力調節器、オートフォーカス制御
系）にフィードバックして補正を行うため、波長ずれに
よる感光基板上での結像特性の悪化を防ぐことができる
。

ここでこの種の狭帯化エキシマレーザ光源から発振され
るレーザ光（パルス光）の波長安定化について、第２図
、第３図を参照して簡単に説明する。

第２図は狭帯化レーザ光を発振するエキシマレーザ光源
の一例を示す図である。

第２図において、例えばＫｒＦレーザ光の発振チューブ
１ａをはさんだ両側には共振器を構成するためのミラー
１ｂ、ＩＣが配置され、ミラーＩＣからエキシマレーザ
光が射出する。

射出したエキシマレーザ光Ｌ　Ｂの一部は、ビームスプ
リンタ２により分割され、モニター光ＬＢｍとして波長
測定用の分光器１７ａに入射し、分光されたモニター光
ＬＢｍのスペクトルをフォトダイオードアレイ１７ｂで
光電検出する。

波長変化検出部１６ａは、フォトダイオードアレイ１７
ｂからの光電信号に基づいて、モニター光Ｌ　Ｂ　ｍの
スペクトル位置が所定の目標波長値に対してどれくらい
ずれているかを演算により求め補正量決定部１６ａは、
算出された波長変化量に基づいてレーザ共振器内に配置
された石英のエタロン（２枚のほぼ平行な透明板）１８
ａの補正すべき傾き変化量を求め、その傾き変化量を傾
斜駆動部１８ｂに出力する。駆動部１８ｂは傾き変化量
に応じてエタロン１８ａのレーザビームに対する入射角
を変化させるように、エタロン１８ａの傾きをサーボ制
御により補正する。尚、第２回ではエタロン１８ａがミ
ラー１ｂとチューブ１ａの間に配置されるが、ミラーＩ
Ｃとチューブ１ａの間に配置されていても同様である。

第３図は、この種のエキシマレーザ光を露光用照明光と
する投影型露光装置（ステツパー）における露光シーケ
ンスを模式的に表わしたチャート図である。

第３図（Ｂ）は１枚目のウェハの各ショット領域に対す
るステンプアンドリピート方式の露光後、２枚目のウェ
ハへの交換とアライメントを行ない、２枚目のウェハに
対するステンブアンドリピート露光を行なう様子を示す
。１つのショツ）？ｉＵ域に対する露光は通常数十パル
ス〜１００パルス程度で行なわれ、各パルス光（エキシ
マレーザ）の発振は、発振チューブ１ａヘトリガ信号を
印加することによって行なわれる。

第３図（Ａ）は、第２図に示したような波長補正の方法
により補正を行なったときのレーザ発振波長λの変化の
様子を模式的に示したものである。

目標波長に対して、許容できる波長ずれの範囲±Δλは
、結像特性に対する形影を考慮して第３図（Ａ）のよう
に定められているものとする。時刻ｔ１で１つのショッ
ト領域に対する露光が始まると、フォトダイオードアレ
イ１７ｂより信号が得られ、波長制御のサーボ系が働く
。このため通常は、波長は第３図（Ａ）のように許容波
長範囲±Δλに保たれる。時刻Ｌ２で露光が終了すると
波長制御は行なわれな（なり、かつエタロン１８ａが冷
却（吸収した熱的エネルギーの発散）されるため、サー
ボ系を働かさずに発振させたときの波長は、次のショッ
１４Ｊ域への露光開始時刻む３まで点線で示すように徐
々に変化していく。そして通常、この変化は微小で許容
範囲内になるように定められるが、時刻も、で許容範囲
外になる場合も起こり得る。この場合、第３図（Ａ）に
示すように、露光が開始後、波長制御が働き再び許容範
囲内に追い込まれる時刻ｔ４までは波長ずれ、すなわち
解像不良等が生じていることになる。またサーボ制御系
が最適に設計されていないと、波長は時刻ｔ４以降、オ
ーバシュート、もしくはハンチングを伴って変化し、時
刻’５、ｔ６の間では再び範囲外になって波長ずれを起
してしまう。

この現象は、制御系の応答（追従性）を速くしようとす
れば、ある程度さけられないものである。

さて、１枚のウェハの露光が終了して、ウェハ交換、ア
ライメントを行なうと、前記のステッピング時のように
露光が中断されるが、その中断される時間はステッピン
グ時間より長くなり、波長は時刻り、までの間に大きく
変動してしまう。このため新たなウェハへの露光開始前
には、第３図（Ｂ）のようにレーザ光をダミー発振（照
明系内のシャンク−は閉じた状態）させて、波長が許容
範囲内まで追い込まれてから、再び露光を開始するよう
にする。この場合も、波長ずれが大きい場合、もしくは
制御系の設計がうまくないときは、波長を許容範囲内と
するには時間がかかることになる。

このため本発明では、波長変化に対応した波長選択素子
（エタロン等）のサーボ特性に起因して、目標波長への
追い込み誤差が生じた時、あるいはサーボロックがはず
れた時、又は波長選択素子による波長安定化のサーボ系
を一時的に停止した状態で露光動作が行なわれる場合等
は、投影すべき原版としてのマスク（レチクル）、投影
光学系、及び感光基板の三者の配置関係、もしくは投影
光学系自体の光学特性を、目標波長からのずれ量に対応
して調整（補正）することによって、マスクから感光基
板までの総合的な結像特性を常に所望の状態に維持する
ようにした。

また、上記の補正を行うために、波長が換算に許容範囲
内に入っていなくても露光が開始できるため、第３図（
Ｂ）で示したダミー発振の時間を短くする方法もとれる
。

〔実　施　例〕

第１図は、本発明の１実施例を示し、レーザを光源とし
た集積回路製造用の縮小投影露光装置の実施例の構成を
示したものである。以下第１図を参照しながら装置構成
の説明を行なう。露光用光源として内部に波長狭帯化素
子】８（第２図中の１８ａと１８ｂに対応）を持っレー
ザ光源１（１ａ、Ｉｂ、ｌｃ）を用いる。レーザ光源１
からでた光線は、ハーフミラ−２を通過し、シャッタ３
を通過して光強度−様化照明部４へ入射する。ここで−
様化された光線はミラー５、コンデンサレンズ６を介し
てレチクルＲを照明する。レチクルＲは回路パターン等
が描かれたマスクで、回路パターンは投影レンズ７を介
してウェハＷ上に結像される。ウェハＷは、投影レンズ
７に対する焦点合わせのために上下動するＺステージ８
ａに真空吸着でホールドされ、このＺステージ８ａは水
平方向に２次元移動するＸＹステージＢｂ上に設けられ
、ウェハＷは水平方向と上下方向に移動が可能である。

ＸＹステージ８ｂは通常、干渉計付ステージコントロー
ラ１４によって次々にステンピングされ、レチクルＲの
パターンウェハＷ上の複数のシヨ・ント領域に次々と露
光される。

次に、レーザ光源１の狭帯化の方法及び波長制御につい
て説明を行なう。レーザ光源１は第２図ムこも示したよ
うに共振器内部に狭帯化素子１８（１８ａ、１８ｂ）を
持っている。これは波長の選択を行うもので、例えばエ
タロン（微小な空気間隔を持つ２枚の平行平板ガラス）
、プリズム、グレーディング等である。レーザ光源１か
らの光の波長は、波長モニタ１７（第２図中の１７ａと
１７ｂ）によって、ハーフミラ−２で反射された光線の
波長を測定することにより求められる。波長モニタ１７
は、例えばグレーディング等の分光器１７ａに光線を入
射してフォトダイオードアレイ１’７ｂ等で波長をモニ
タする。波長コントローラ１６（第２図中の１６ａ、１
６ｂ）は、目標波長と、実際の発振波長を比較し、ずれ
分（制御誤差）が常に０となるように狭帯化素子１８を
制御する。従来は、ウェハ交換後の新たなウェハへの露
光に先立ち、シャッタ３を閉じてレーザを発光し、目標
波長と実際の発振波長が一致した後シャッタ３を開けて
露光を行なっていた。

次に結像特性の補正機構の説明を行なう。以下の方法は
特開昭６０−７８４５４号公報、又は特開昭６１−１８
３９２８号公報等で開示されている公知の技術である。

このため簡単に説明を行なう。本実施例では補正を行な
う結像特性を倍率と焦点位置として説明する。まず倍率
については投影レンズ７中の密封されたレンズ間隔（以
下空気室とする）１１の空気圧力を投影レンズ７が所定
の倍率を保つように変更することにより行なう。

焦点位置については、投影レンズ７とウェハＷの間隔を
一定に保つ機構に焦点位置変化分だけオフセットを持た
せることにより補正を行なう。空気室１１の内部空気圧
力は常に圧力センサ１６によりモニタされておりベロー
ズ、ポンプ１０ａ等で構成された圧力調節器１０により
所定の圧力に保たれている。投影レンズ７とウェハＷの
距離は、投光器１３によりウェハＷ上の感光剤を感光さ
せない波長の光をウェハＷに斜めに投光し、ＳＰＤ等か
らなる受光器１２でその反射光を受けることにより測定
される。ウェハＷの上下方向の位置変化は、反射光のシ
フトになり位置を測定できる。

ウェハＷの位置信号（フォーカス信号）ＡＦＳは主コン
トローラ９に送られ、主コントローラ９はウェハＷが所
定の位置に来るまで、Ｚステージ８ａを上下方向へ移動
させるモータに信号を送り、常に投影レンズ７とウェハ
Ｗの間隔を一定に保つ。

この間隔にオフセントを持たせるには反射光の光路を光
学素子（平行平板ガラスの傾斜）によりシフトさせるか
、又は位置信号ＡＦＳに電気的にオフセントを持たせれ
ばよい。このオフセットを与える信号は、主コントロー
ラ９からオフセット信号ＯＦＳとして焦点検出系（投光
器１３と受光器１２）へ出力される。

次に本発明の動作例である、レーザ光の波長ずれを補正
する１つの方法について説明する。まず、あらかじめ波
長ずれが結像特性に及ぼす影響を求めておく。これはシ
ミュレーション計算で求めるか、実際にレーザ光の波長
をずらして実験的に求める。この波長すれと、倍率及び
、焦点位置の関係は数式もしくは定数の形でコントロー
ラ９内のメモリに持っておく。露光を行なう場合、波長
コントローラ１６内の波長変化検出部１６ａは波長モニ
タ１７で検出される現在波長の目標波長からのずれをコ
ントローラ９に出力する。一方波長コントローラ１６は
波長を目標波長に一致させるように狭帯化素子１８をフ
ィードバック制御により調整する。コントローラ９内に
は波長変化量検出部１６ａからの波長ずれの信号を常時
入力して、その変化量に対応した倍率及び焦点位置の変
化量を前記の数式等で選択計算する演算部９ａと、算出
された倍率、焦点位置の変化を打ち消すのに必要な空気
室１１の空気圧力の指令値ＢＣ３を計算して圧力調節器
１０に出力する補正指令部９ｂとが設けられている。

圧力調節器１０は、指令値ＢＣ３と空気室１１の圧力を
モニターする圧力センサー１９の信号ＬＰＳとに基づい
て空気室１１の内部の圧力を変更し、所定の倍率を保つ
。また、補正指令部９ｂは、演算部９ａからの焦点位置
の変化に対応した信号に基づいて、波長ずれによる焦点
位置すれと、空気室１１の内部圧力の変更にともなう焦
点位置変化分に対して、追従するようにＺステージ８ａ
を上下動させるのに必要なオフセント信号ＯＦＳを受光
器１２に出力する。以上の方法により、狭帯化素子１８
によって制御しきれなかったわずかなレーザ波長ずれに
対しても十分な補正がかかり、結像特性を一定に保つこ
とができる。このため、波長コントローラ１６はあまり
厳密に制御する必要がなくなり、ハンチングを起こさな
いように余裕を持ったサーボ系にすることができる。ウ
ェハ露光に先立つダミー発振においても、レーザ波長が
許容範囲内に入るか、圧力が目標圧力に追従するか、ど
ちらかの条件が満たされれば露光が可能であるため、圧
力応答が十分に速ければ、ダミー発振を短くすることが
できる。また、波長コントローラ１６と補正機構のコン
トローラの２ケ所で結像特性のコントロールを行なって
いるため、−方で高周波成分（より精密な補正）のコン
トロールをし、もう一方で低周波成分（比較的ラフな補
正）のコントロールを行なうといったことも可能である
。

従って、例えばあるウェハを露光し始める前（又はウェ
ハ交換動作中）にシャッター３を閉した状態でレーザ光
を発振して波長ずれをモニターし、波長ずれがある許容
範囲内に入るように狭帯化素子１８（エタロン１８ａの
傾き）を調節した後、そのウェハへの露光が行なわれて
いる間は狭帯化素子１８を固定したまま、波長コントロ
ーラ１６の検出部１６ａからの波長ずれ信号に基づいて
主コントローラ９のみで結像特性の補正を行なってもよ
い。

また、第１図中に示すように、波長コントローラ１６か
ら波長安定化のサーボが良好に働いているか否かを表わ
す信号を入力する波長ロック表示部２０等が設けられて
いる場合、波長安定化のサーボロックがはずれた否かの
信号をコントローラ９で判断し、サーボロックがはずれ
た時点からコントローラ９、圧力調節器１０、焦点検出
系１２．１３で結像特性を補正し、再び、サーボロック
の状態になった時点からは空気室１１の圧力指令値ＢＣ
３、焦点検出系のオフセフ）信号ＯＦＳをその時の値に
固定して波長安定化で対応するという方法も考えられる
。

以上の実施例では、レーザ波長ずれのみを補正する方法
を示したが、この例のような倍率、焦点位置補正機構は
、木来大ス圧、温度等の環境変化、投影レンズの照明光
吸収等を補正するために設けられたものである。これは
、第１図中に示したように、ステンパー本体近傍に設け
た大気圧、温度等の測定器１５によりこれらの情報をコ
ントローラ９が得て波長すれと同様に補正を行なう。照
明光の吸収に関しては、投影レンズの照明光の吸収特性
をあらかじめ求め、シャンク−の開閉情報もしくは、レ
ーザパルス積算光量の情報等により吸収量を求め補正を
行なう。もちろん、レーザ波長ずれ補正のためだけに新
たに補正機構を加えてもよい。

また結像特性の補正機構としては、本実施例以外にも方
法が考えられ、例えば投影レンズ間隔を変える方法、レ
チクルと投影レンズの間隔を変える方法、投影レンズの
上方または下方に２枚の平行平板ガラスを置き内部の圧
力を変える方法等が考えられる。また、補正項目も本実
施例以外に像面湾曲、デイスト−ジョン等が考えられる
。この場合、投影レンズ７内のレチクルＲにもっとも近
く配置されたフィールドレンズを傾けたり、レチクルＲ
を傾けることで対応可能である。

また、本実施例では、光−ａ１自身に波長補正機構を持
ったレーザ光源としたが、本実施例のように補正機構を
持つ装置ではレーザが波長補正機構を持たない場合でも
波長のモニタができれば使用することができる。また、
光源がレーザでなくても、例えば水銀ランプでも同様に
用いることができる。

〔発明の効果］ 以上、本発明によれば露光光源の波長が所定の値からず
れた場合、それに起因して生ずる結像特性の変化を計算
し、それを打ち消すように結像特性補正機構により補正
を行うため、露光光源の波長ずれにかかわらず良好な結
像状態が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による投影露光装置の構成を示
す概略図、第２図はレーザ光源の構成の一例を示す図、
第３図は本発明を用いた場合の波長変化の補正の様子を
模式的に表わしたチャートである。 〔主要部分の符号の説明〕 Ｒ・・・レチクル、　　　　　Ｗ・・・ウェハ、１・・
・レーザ光源、　　　　７・・・投影レンズ、９・・・
コントローラ、　　１０・・・圧力調節器、１１・・・
空気室、 １２・・・受光器（ウェハ位置検出器）、１６・・・波
長コントローラ、 １７ａ、１７ｂ・・・波長モニタ、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　照明手段により所定のパターンが形成されたマスクを
   照明し、該パターンを投影光学系と介して、感光基板上
   に所定の結像状態で結像させる装置において、 前記照明手段からの照明光の波長を測定する波長測定手
   段と、前記波長測定手段の測定結果に基づいて、前記照
   明光の波長変化により生じる前記投影光学系の結像特性
   の変化を演算する演算手段と、前記演算結果に基づいて
   結像特性を補正する補正手段とを具備したことを特徴と
   する投影光学装置。