JPH0388317A

JPH0388317A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0388317A
Application number: JP1226204A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Ota; 太田　正克; Akiyoshi Suzuki; 章義鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1991-04-12
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JP2840314B2

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】〔技術分野〕本発明は投影露光装置に関するものであり、特にＩＣ，
ＬＳＩ等の半導体装置を製造する際に使用される、レチ
クルの回路パターン像をウエノ＼上に投影する投影露光
装置に関するものである。

〔従来技術〕

Ｉｓ、　ＬＳＩ等の半導体装置製造用の投影露光装置で
は、前工程でウェハ上に形成されたパターンと投影光学
系によりウェハ上に投影されるパターン像との重ね合せ
精度を向上させることが重要な課題である。この重ね合
せ精度に影響を与える要因として、本件出願人が特開昭
６２−３５６２０号で示しているようにパターン像の投
影倍率誤差と歪曲誤差があるが、従来、投影倍率誤差と
歪曲誤差の双方を良好に補正できる投影露光装置はなか
った。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、パターン像の投影倍率誤差と歪曲誤差
の双方を良好に補正できる投影露光装置を提供すること
にある。

この目的を達成するために、本投影露光装置は、物体側
及び像側の双方がテレセントリックな投影光学系を有し
、物体側に配置した第１物体のパターン像を像側に配置
した第２物体上に投影露光する投影露光装置において、
前記投影光学系の前記第１物体に近いレンズを前記投影
光学系の光軸方向に移動せしめて前記パターン像の投影
倍率を調整し、前記第１物体を前記投影光学系の光軸方
向に移動せしめて前記パターン像の歪曲を調整する調整
手段を有している。。

本投影露光装置は、第１物体と、投影光学系の第１物体
に近いレンズとを投影光学系の光軸方向に移動せしめる
調整手段を有しているので、パターン像の投影倍率誤差
と歪曲誤差を良好に補正することが可能になる。

通常の投影露光装置で問題となる歪曲誤差は、主として
投影光学系の対称歪曲収差によるものであるから、この
対称歪曲収差が補正されるように第１物体を投影光学系
の光軸方向へ所定量移動せしめることにより、パターン
像の歪曲誤差が補正できる。

本投影露光装置の幾つかの特徴と具体的構成は以下に示
す実施例に詳しく記載されている。

〔実施例〕第１図は、本発明の投影露光装置の一実施例を示す概略
図である。

第１図において、ｌは回路パターンが描かれたレチクル
、２はレチクルｌを吸着保持するレチクルチャック、３
はレチクルチャック２に取付けたレチクル駆動装置、４
はレチクル駆動装置４を支持するレチクルステージ、５
は物体側及び像側の双方がテレセントリックな縮小投影
レンズ系、６は投影レンズ系５の、レチクル１に近接配
置したレンズ（以下、「フィールドレンズ６」と称す）
、７は投影レンズ系５の他の幾つかのレンズより成るレ
ンズ系、８はフィールドレンズ７を投影レンズ系５の光
軸ＡＸ方向に移動させるレンズ駆動装置、９はレジスト
等の感材が塗布されたウェハ、ｌＯはウェハ９を吸着保
持するウェハチャック、１１はウェハチャック９に取付
けたウェハ駆動装置、１２はウェハ駆動装置１１を指示
し、投影レンズ系５の光軸ＡＸに直交する面内で移動可
能なウェハステージを示す。

レチクル駆動装置３とウェハ駆動装置１１は各々圧電素
子等から成り、レチクル駆動装置３によりレチクルチャ
ック２を投影レンズ系５の光軸ＡＸ方向に変位せしめて
レチクルｌを光軸ＡＸ方向に移動させ、ウェハ駆動装置
１１によりウェハチャックｌＯを投影レンズ系５の光軸
ＡＸ方向に変位せしめてウェハ９を光軸ＡＸ方向に移動
させる。一方、レンズ駆動装置８は空気圧を利用してフ
ィールドレンズ６を投影レンズ系５の光軸ＡＸ方向に移
動させるものである。レンズ駆動装置８の具体的な構造
は本件出願人による特開昭６２−３２６１３号公報に開
示されているので、ここでは説明を省略する。

レチクル駆動装置３によるレチクルチャック２の駆動は
、レチクル駆動制御系１３からの信号に基づいて行なわ
れ、この時、レチクルｌの光軸ＡＸ方向の位置がレチク
ル位置検出器１５により検出される。

また、同様に、レンズ駆動装置８によるフィールドレン
ズ８の駆動は、レンズ駆動制御系１６から信号に基づい
て行なわれ、この時、フィールドレンズ８の光軸ＡＸ方
向の位置がレンズ位置検出器１７により検出される。レ
チクル位置検出器１５とレンズ位置検出器１７は、光学
式エンコーダーなどの各種位置検出器で構成できる。ま
た、ウェハ駆動装置１１によるウェハチャックｌＯの駆
動はウェハ駆動制御系１４からの信号に基づいて行なわ
れ、この時、ウェハ９（の表面）の光軸ＡＸ方向の位置
はフォーカス検出器１８により検出される。フォーカス
検出ｊｌ１８は、この種の投影露光装置で従来から使用
されてきたエアーセンサーや光学式センサーで構成され
ている。レチクル位置検出器１５、レンズ位置検出器１
７、及びフォーカス検出器１８からの各信号はマイクロ
プロセッサ−２３へ入力される。一方、投影レンズ系５
の周囲の気圧、気温、湿度の変化を検出するために気圧
センサー１９、温度センサー２０、湿度センサー２１が
設けられ、投影レンズ系５の光吸収による温度変化を検
出するためにレンズ温度センサー２２が設けられており
、これら各種センサー１９、　２０．　２１．　２２か
らの信号もマイクロプロセッサ−２３へ入力される。ま
た、レチクル駆動制御系１３、レンズ駆動制御系１６、
及びウェハ駆動制御系１４はマイクロプロセッサ−２３
により制御される。

２４はレチクルｌの回路パターンを均一な照度で照明す
る照明系を示し、照明系２４は波長λ＝２４８．４ｎｍ
のレーザー光を放射するＫｖＦエキシマレーザ−を、露
光用の光源として具備している。照明系２４からのレー
ザー光はレチクルｌと投影レンズ系５を介してウェハ９
上に向けられ、ウェハ９上にレチクルｌの回路パターン
像が投影されることになる。本実施例では、遠紫外域の
波長を有するレーザー光で投影露光を行なうために１．
投影レンズ系５を構成する各レンズを、波長λ＝２４８
．４ｎｍの光に対して高い透過率を備えた合成石英（Ｓ
ｉＯ□）で製造している。

投影レンズ系５の具体的構成を第２図に示す。第２図は
投影レンズ系５の断面図であり、レチクルｌとウェハ９
の間に、符号Ｇ、〜Ｇ１□で示される１２枚のレンズが
光軸ＡＸに沿って配列されて、投影レンズ系５が構成さ
れている。第２図において符号Ｇ１で示されるレンズが
第１図のフィールドレンズ６を一枚のレンズで構成して
いる。また、符号Ｇ２〜Ｇ　１２で示されるレンズ群が
第１図のレンズ系７に対応している。

第２図に示す投影レンズ系のレンズデータを表１に示す
。表１中、Ｒ＋（ｉ＝１〜２４）はレチクルｌ側から順
に数えて第ｉ番目の面の曲率判明（ｍ　ｍ　）を、Ｄ＋
はレチクルｌ側から順に数えて第ｉ番目と第ｉ＋１番目
の面間の軸上肉厚又は軸上空気間隔（ｍ　ｍ　）を、Ｎ
　Ｉ（ｉ　＝　１　＝　１２　）はレンズＱＩ（ｉ＝１
〜１２）の屈折率を示す。また、Ｓｌはレチクルｌの回
路パターン面とレンズＧ１のレチクル１側の面間の軸上
空気間隔を、Ｓ２はレンズＧ　１２のウエノ＼９側の面
とウェハ９表面間の軸上空気間隔を示す。

表Ｓ、＝１００．０Ｏ０００表２は、表１に示した投影レンズ系において、レチクル
ｌとレンズ６１間の軸上空気間隔Ｓ２、レンズＧ　１１
１とウェハ９間の軸上空気間隔Ｓ２及び互いに隣接する
レンズＧ１とＧ＋＋＋　（ｉ＝１ｘｌｌ）間の軸上空気
間隔０２１　（ｉ＝１ｘｌｌ）を各々個別に１ｍｍ変化
させた時の、投影レンズ系の像面の像高１０　ｍ　ｍの
位置における像点の、対称歪曲収差の変化に伴なうシフ
ト量ΔＳＤ（以下、「対称歪曲変化量ΔＳＤＪと称す。

）と投影倍率の変化−に伴なうシフト量Δβ（以下、「
投影倍率変化量Δβ」と称す。）及び両者の比１ΔＳＤ
／Δβ１を示す。尚、投影レンズ系の光軸から離れる方
向に像点がシフトしたものを正とし、投影レンズ系の光
軸に近づく方向に像点がシフトしたものを負の符号を付
している。

表２本実施例では、表２に基づいて対称歪曲収差以外の収差
変動が小さい間隔Ｓ１と間隔Ｄ２の双方を調整して投影
倍率と対称歪曲を調整することにした。

今、間隔Ｓ、の変化量をΔＳ　１　、間隔Ｄ２の変化量
をΔＤ２とすると、表２より対称歪曲と投影倍率の変化
量ΔＳＤ、Δβは各々次式で表わすことができる。

従って、ΔＤ　２　＋　ΔＳｌが次式で与えられる。

但し、ｋ　ｌ＝　（１５，４）−’ 間隔Ｓ０、即ち投影レンズ系５とレチクルｌの距離の変
化による投影レンズ系５の収差の変化は、投影倍率、ピ
ント位置等の近軸量の変化に比べて少なく、収差量の変
化量と近軸量の変化量の比、即収差量の変化量近軸量の変化量が小さい。これは投影レンズ系５内での光線の傾きが物
体面と投影レンズ系の間の光線の傾きに比べて大きく、
レンズ間の空気間隔が変化した場合にはレンズの屈折面
での光線の入射高差が大きくなるので収差変化が大きく
なる為である。従って、本実施例では投影倍率の調整を
レンズＧ１　（フィールドレンズ６）を動かすことによ
り、主に間隔Ｓ１、Ｄ２の調整で行ない、歪曲の調整を
レチクルｌを動かすことにより、主に間隔Ｓ１で行なう
ようにし、これにより、投影露光装置における投影倍率
誤差と対称歪曲誤差の双方を補正する。

第１図に戻り、本投影露光装置における、パターン像の
投影倍率誤差と歪曲誤差の補正方法に関して詳述する。

マイクロプロセッサ−２３は、そのメモリ内に投影レン
ズ系５の投影倍率変化量Δβと歪曲変化量ΔＳＤを求め
るための計算式がプログラムされており、各々の計算式
は、気圧、気温、湿度、及び投影レンズ系５の温度の予
め決めた基準値からの変動量が変数となっている。また
、このメモリには上述の計算式（２）もプログラムされ
ており、ΔβとΔＳＤの値を計算式（２）に代入するこ
とにより、フィールドレンズ６の移動量とレチクル１の
移動量を求める。尚、ΔβとΔＳＤの値を気圧、気温、
湿度及び投影レンズ系５の温度変化に基づいて求める計
算式は実験により、導出することができる。

方、投影レンズ系５によるパターン像のフォーカス位置
は、投影レンズ系５の周囲の気圧、気温、湿度及び投影
レンズ系５の温度に依存して変化し、これに加えてレチ
クルｌ及びフィールドレンズ６の位置にも依存して変化
する。従って、本実施例では、これらの変動要因に基づ
いて投影レンズ系５のフォーカス位置変動量を求めるた
めの計算式を、マイクロプロセッサ−２３のメモリ内に
プログラムし、この計算式に基づいてフォーカス位置を
正確に把握するようにしている。

マイクロプロセッサ−２３は、気圧センサー１９、温度
センサー２０、湿度センサー２１．レンズ温度センサー
２２からの、気圧、気温、湿度、レンズ温度に対応する
各信号を受けて、上述の所定の条件式に基づいて、レチ
クルｌの移動量とフィールドレンズ６の移動量を求める
。一方、レチクル位置検出器１５及びレンズ位置検出器
１７からの、レチクルｌ及びフィールドレンズ６の（光
軸ＡＸ方向に関する）位置に対応した信号が、マイクロ
プロセッサ−２３へ入力される。マイクロプロセッサ−
２３は、レチクルｌの位置信号とレチクルｌの移動量に
対応する信号をレチクル駆動制御系１３へ入力し、フィ
ールドレンズ６の位置信号とフィールドレンズ６の移動
量に対応する信号をレンズ駆動制御系１６へ入力する。

そして、レチクル駆動制御系１３がマイクロプロセッサ
−２３からの各信号に応じて所定の制御信号をレチクル
駆動装置３へ与え、レチクル駆動装置３によりレチクル
ｌを光軸ＡＸ方向に所定量移動させる。また、レンズ駆
動制御系１６がマイクロプロセッサ−２３からの各信号
に応じて所定の制御信号をレンズ駆動装置１６へ与え、
レンズ駆動装置１６によりフィールドレンズ６を光軸Ａ
Ｘ方向に所定量移動させる。このレチクル１とフィール
ド・レンズ６の位置の調整により、投影レンズ系５の周
囲の気圧、気温、湿度、及び投影レンズ系５の温度など
の変動に基づくパターン像の投影倍率誤差と歪曲誤差が
補正される。

また、マイクロプロセッサ−２３は、レチクル位置検出
器１５、レンズ位置検出器１７、気圧センサー１９、温
度センサー２０、湿度センサー２１．及びレンズ温度セ
ンサー２２からの信号に基いて、投影レンズ系５による
パターン層のフォーカス位置を検出し、フォーカス検出
器１８からのウェハ９（の表面）の位置に応じた信号に
基づいて、ウェハ９がフォーカス位置に位置決めされる
ようにウェハ駆動制御系１４を制御する。ウェハ駆動制
御系１４は、所定の制御信号をウェハ駆動装置１１に与
え、ウェハ駆動装置１１によりウェハ９を光軸ＡＸ方向
に移動させて、パターン像のフォーカス位置にウェハ９
を位置付ける。

以上述べた動作で、パターン像の投影倍率を予め決めた
倍率に補正し、パターン像の歪曲を所定の許容範囲内に
抑えることにより、前工程でウアハ９上に形成されたパ
ターンとパターン像とを正確に重ね合わせることができ
る。また、ウェハ９の位置とパターン像のフォーカス位
置も合致せしめられるので、ウェハ９上に鮮明なパター
ン像を投影することが可能になる。

本実施例では、パターン像の投影倍率を調整するための
可動のフィールドレンズ６を一枚のレンズ（Ｇ、）で構
成しているが、フィールドレンズ６を複数個のレンズで
構成しても良い。また、本実施例では、パターン像の投
影倍率及び歪曲の、気圧、気温、湿度及びレンズ温度の
変動に伴なう変化を検出するために、気圧センサー１９
、温度センサー２０、湿度センサー２１．レンズ温度セ
ンサー２２からの出力信号を利用していたが、投影レン
ズ系５により投影されたパターン像を撮像装置で撮像し
、パターン像の大きさ及び形状に基づいてパターン像の
投影倍率及び歪曲の変化を検出するようにしても良い。

この時、撮像装置をウェハステージ１２に付設しておけ
ば、所望の時期にパターン像の投影倍率や歪曲の変化を
検出することができ、露光装置の構成も複雑にならない
。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、物体側及び像側の双方がテレセ
ントリックな投影光学系を有する投影露光装置において
、投影光学系の物体側に配置したレチクル等の物体と、
投影光学系の物体に近いレンズとを投影光学系の光軸方
向に移動せしめる調整手段を有しているので、物体に描
かれたパターンの投影光学系によるパターン像の投影倍
率と歪曲を正確に調整することができる。従って、投影
光学系の周囲の気圧変動等によりパターン像の投影倍率
や歪曲が変化して誤差が生じても、調整手段により、パ
ターン像の投影倍率誤差や歪曲誤差を良好に補正するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投影露光装置の一実施例を示す概略図
。第２図は第１図の装置の投影レンズ系の具体的構成を示
す断面図。ｌ・・・レチクル２・・・レチクルチャック３・・・レチクル駆動装置４・・・レチクルステージ５・・・投影レンズ系６・・・フィルドレンズ７・・・レンズ系８・・・レンズ駆動装置９・・・ウェハー１０・・・ウェハチャック１１・・・ウェハ駆動装置１２・・・ウェハステージ１３・・・レチクル駆動制御系１４・・・ウェハ駆動制御系１５・・・レチクル位置検出器１６・・・レンズ駆動制御系１７・・・レンズ位置検出器１８・・・フォーカス位置検出器１９・・・気圧センサー２０・・・温度センサー２１・・・湿度センサー２２・・・レンズ温度センサー２３・・・マイクロプロセッサー

Claims

【特許請求の範囲】

物体側及び像側の双方がテレセントリックな投影光学系
を有し、物体側に配置した第１物体のパターン像を像側
に配置した第２物体上に投影露光する投影露光装置にお
いて、前記投影光学系の前記第１物体に近いレンズを前
記投影光学系の光軸方向に移動せしめて、前記パターン
像の投影倍率を調整し、前記第１物体を前記投影光学系
の光軸方向に移動せしめて前記パターン像の歪曲を調整
する調整手段を有する投影露光装置。