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発明の名称 縮小投影露光装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−232029
公開日 平成6年(1994)8月19日
出願番号 特願平5−19867
出願日 平成5年(1993)2月8日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 小室 修
要約 目的
縮小投影露光装置において、縮小レンズの熱膨張により発生する焦点位置の変動を予測し、補正することを目的とする。

構成
ステージ20上に設けられた合焦点検出器50を用い、露光前に、縮小レンズに露光光を入射したときの焦点位置の変化を求める。このとき、焦点位置の変化を表すパラメータを算出する。露光時には、縮小レンズ10に入射する露光光の光量と算出したパラメータを用い、焦点位置の変動量を予測し、縮小レンズとステージの距離を調節することにより焦点位置変動を補正する。
特許請求の範囲
【請求項1】回路パターンが描かれたレティクルと、レティクルに露光光を照射する照明部と、前記レティクルのパターンを縮小する縮小レンズと、前記縮小レンズの焦点位置付近で光軸方向と光軸方向に対して垂直方向に移動可能なステージからなる装置で、前記縮小レンズの露光時の焦点位置の変動を予測する手段を備え、焦点位置の変動予測結果より、前記ステージ位置を合焦点位置に保つことを特徴とする縮小投影露光装置。
【請求項2】前記焦点位置予測手段が、前記ステージ上に設けられた露光光の焦点位置を検出する焦点位置検出器を用い、露光前に、レティクルに露光光を入射したときの焦点位置の変化を前記焦点位置検出器で測定し、露光時の焦点位置の変化を表すパラメータを算出し、露光時に、レティクルに入射される露光光と算出したパラメータより焦点位置を予測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。
【請求項3】前記焦点位置予測手段が算出したパラメータを記録媒体に記録可能であり、請求項2に記述した露光前の推定を省略し、露光時に、そのパラメータを記録媒体から読み出し、予測のためのパラメータとして使用することが可能である請求項1記載の縮小投影露光装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に用いられる投影露光装置の焦点位置変動の補正に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体の微細加工に対応するために、縮小投影露光装置の縮小レンズには高NAレンズが使用されるようになってきた。また、露光光には短波長の光源が使用されるようになってきた。縮小レンズの理論焦点深度Zは次の式のように与えられる。
【0003】
Z=kλ/(NA)2 …(式1)k:定数 λ:波長 NA:開口数レジストの改良により焦点深度を大きくする努力がなされてきたものの、高NA化,短波長化により焦点深度が小さくなってきた。この傾向は今後も続き、さらに焦点深度は小さくなると考えられる。これに加え、半導体加工プロセス後半では、ウェハ上に段差が発生するために、焦点合わせはより正確に行わなければならない。
【0004】一方、縮小レンズに露光光が入射すると、縮小レンズ及び縮小レンズ内の気体が膨張することにより焦点距離が短くなる。この場合の焦点位置の変動は2から3μmに達することもある。最近のサブミクロン加工に対応した縮小レンズの焦点深度は2μm程度であり、焦点位置の変動を補正を行わなければ、焦点ズレを起こし、半導体の量産は不可能となる。
【0005】この焦点位置の変動を補正するために、従来は、(1)縮小レンズ内の温度を測定し縮小レンズの温度を温調する方法、(2)縮小レンズ内の温度や気圧を測定し縮小レンズ内の気圧を制御する方法、(3)縮小レンズ内の温度や気圧を測定し縮小レンズを構成する一部のレンズの位置を制御することにより焦点位置の変動を抑える方法などがとられてきた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記(1)の方法は、焦点位置の早い変化に追従できないという問題がある。また、上記(2)や(3)の方法はレンズの製造コスト高につながるという問題がある。本発明の目的は、より簡単な方法で露光中の焦点位置の変動を予測し、最良の位置で露光を行う縮小投影露光装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は以下のようである。露光前に、レティクルに露光光を照射し、焦点位置を検出する検出器を用いて焦点位置の変化を測定する。なお、このときにレティクルに入射する露光光の光量と焦点位置の変化の関係を表すパラメータを求める。露光時は、露光前に求めたパラメータを用い、レティクルに入射する露光光の光量から焦点位置の変化を予測し、ウェハ面を合焦点位置に保つように制御する。
【0008】
【作用】ウェハが合焦点付近に保たれるため、安定した露光が可能となり歩留まり向上につながる。また、本方法は比較的簡単に実現できるため、コスト低減につながる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を縮小投影露光装置に適用した実施例を図面を用いて説明する。縮小投影露光装置は、図1に示すように、露光光を発生させる照明系1と、露光光をオン/オフするシャッタ2と、露光光を均一にするインテグレータ3と、露光光を集束するコンデンサレンズ4と、露光光の範囲を制限するマスキングブレード5と、回路パターンが描かれたレティクル6と、回路パターン像を縮小する縮小レンズ10と、合焦点付近で光軸方向と光軸方向に対して垂直方向に移動可能なステージ20と、それらを制御する主制御部30から主に構成される。
【0010】オートフォーカス機構は、ステージと縮小レンズの距離を測定するためのステージ位置検出器40および41と、縮小レンズとステージの距離を制御するA/F制御部42により構成される。
【0011】焦点位置検出器50は図2のような構成であり、マーク51と、そのマークを透過した光を測定する光電センサ52からなる。マーク51としては、たとえば図3(a)または図3(b)のマークが考えられが、光を透過する部分と遮断する部分が交互に現れるものであればどのような形状であっても良い。
【0012】合焦点を測定方法するためには、焦点位置検出器に使用されているマークと同じマークをレティクル上に配置しておく。焦点位置を測定するには、レティクルのマークの投影像が、焦点位置検出器のマーク51と重なるようにステージを移動し、ステージを合焦点付近で光軸方向に移動する。このとき、前記ステージ位置検出器40および41を用いステージと縮小レンズの距離と、合焦点検出器の光電センサ52の出力を測定する。すると、図4のようなステージ位置と光電センサの出力の関係が得られる。ここで、光量が最大になったステージ位置が合焦点である。この方法では、露光光の像を直接観測するために、正確な合焦点位置を得ることができる。また、比較的簡単な動作で測定することができるため、短時間に測定することが可能である。
【0013】次に、露光時の焦点位置の変動の特性を求める方法について述べる。たとえば、図5(a)のようにシャッタを開閉したとき、開区間では露光光により縮小レンズが暖まり合焦点が縮小レンズの方向に移動する。また、閉区間では縮小レンズが冷えるために合焦点はもとに戻る。そこで、前記合焦点測定器により、縮小レンズが露光光により暖まるときと冷えるときの合焦点の変化を測定する。ただし、前記合焦点検出器は露光光の合焦点を直接観察するために、シャッタ閉区間でも測定に要する時間だけシャッタを開く必要があるが、測定に要する時間が短い場合は無視しても良い。焦点位置の変動特性を得るためには、レティクルに入射するT(秒)毎の積算光量と、合焦点位置を測定する。nT(秒)から(n+1)T(秒)までにレティクルに入射する積算光量をx(n)、その時の合焦点の位置をz(n)としたとき、以下の(式2)を最も良く近似するa1,a2,…,am およびbを最小2乗法などの方法で算出する(nは任意の整数)。mの値としては3程度で十分である。
【0014】
z(n)=a1・z(n−1)+a2・z(n−2)+… +am・z(n−m)+b・x(n) …(式2)
T(秒)毎の積算光量は、照明光の強度と、マスキングブレード5の開口面積と、シャッタの開閉の状態から推定する。
【0015】以上の方法で、露光時の焦点位置の変動特性を表すパラメータが求められる。なお、シャッタ開閉パターンとしては図5(a)のようなパターンで十分であるが、図5(b)のように、露光時のシャッタ開閉パターンと同じ開閉パターンを使用して測定しても良い。この場合は、露光時と同じシャッタ開閉パターンであるために、より良い補正が可能となる。
【0016】次に、露光時の補正方法について述べる。露光時には、露光前に算出した変動特性を表すパラメータa1,a2,…,am およびbと、レティクルに入射するT(秒)毎の積算光量から、(式2)により焦点位置の変動量を推定し、ステージを変動量にあわせ適当に移動させる。なお、積算光量を求める間隔Tは、推定時の合焦点の検出間隔と同じでなければならない。
【0017】以上の方法により、縮小レンズの熱膨張による焦点位置ズレを補正することが可能となる。
【0018】ところで、マスキングブレード5の開口面積はレティクルによって異なる。また、露光時間は使用するレジスト(感光材)により異なる。さらに、レティクルの回路パターンの密度により露光光の透過率が異なるので、焦点位置の変動を表すパラメータは、レティクル毎に求める必要がある。しかし、変動特性を表すパラメータを推定するためには時間がかかるので、算出したパラメータを固定ディスクやフロッピーディスク等の記録媒体60に記録し、露光時にそれらのパラメータを読み出して使用すれば、レティクルを交換した場合でも、推定を省略して露光動作に入ることができる。
【0019】なお、縮小レンズに入射、または、縮小レンズを透過する露光光の光量をリアルタイムに観測する手段が存在する場合は、露光光の光量を(式2)のx(n)として変動特性を求めても良い。この場合は、露光光の光量を直接観測できるので、レティクル毎に焦点位置の変動特性を求める必要がない。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、露光時の縮小レンズの熱膨張による合焦点の位置変動を予測することにより、ウェハ面を合焦点位置付近に保つことができる。これにより、焦点ズレによる歩留まり低下を抑えることができる。また、本方法は比較的簡単に実現できるためコスト低減につながる。




 

 


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