JPH0328809B2

JPH0328809B2 -

Info

Publication number: JPH0328809B2
Application number: JP57084787A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kawamura; Akihiro Takanashi; Shinji Kunyoshi; Toshishige Kurosaki; Tsuneo Terasawa; Sumio Hosaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-21
Filing date: 1982-05-21
Publication date: 1991-04-22
Also published as: JPS58202449A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、半導体素子の製造工程で使用される
縮小投影露光装置の改良に係り、特に、この種の
装置において寸法精度が厳しく要求される高精度
な半導体素子作成時に生じる縮小倍率誤差を自動
的に補正する手段に関するものである。

従来の縮小投影露光装置は、第３図に原理構成
を示したような光学系を基本として、原画４２の
パターンを縮小レンズ４３を用いて、基板４４の
上に投影している。縮小レンズ４３と基板４４と
の距離をａ、縮小レンズ４３と原画４２との距離
をｂとすると光学系内の屈折率分布が一定である
限り縮小倍率ｍはｍ＝ａ／ｂ、焦点距離ｆは１／
ｆ＝１／ａ＋１／ｂで表わされる。従来の縮小投
影露光装置においては上述距離ａとｂとが固定さ
れているため、原画４２から基板４４に至るまで
の光学系の光路内の媒体物の条件が変わつたりな
どして屈折率の分布が変化すると、光学系上の上
述距離ａ、ｂが屈折率の関数となり、変化して縮
小倍率ｍが変わつてしまい、基板４４上に投影さ
れるパターンの寸法精度が劣化する欠点があつ
た。

このため従来は昭和55年度精機学会秋季大会学
術講演会論文集p262からp264に開示のように縮
小倍率調整に際して、寸法のあらかじめ判つた基
準パターンをウエハ上に露光し現像処理して測長
し倍率誤差を求めレンズを調整していた。

しかし、縮小投影光学系内の媒体物の屈折率の
変化によるパターンの絶対寸法精度の劣化を自動
的に補正する点については考慮されておらず露光
装置の倍率合せに多大の時間を要する問題があつ
た。

したがつて、本発明の目的は、縮小投影光学系
内の媒体物の屈折率分布等の変化により縮小倍率
誤差を生じて原理から基板上に縮小投影されるパ
ターンの絶対寸法精度が劣化することを防ぎ、常
に、高精度な絶対寸法の半導体素子を自動的に作
ることを可能ならしめる縮小投影露光装置を提供
することにある。

上記目的を達成するために本発明では、基板上
のマークを縮小投影レンズとレテイクルとを通し
て計測し、縮小倍率誤差を演算して、縮小投影レ
ンズを光軸方向に微動させることによつて自動的
に縮小倍率誤差を補正するように縮小投影露光装
置を構成したことを特徴としている。

以下、本発明の一実施例を第２図により説明す
る。

原画であるレテイクル２２上のパターンを光源
（図示していない）からの照明光をコンデンサレ
ンズ２１で集光して照明し、縮小レンズ２３を通
して基板２４上に縮小投影させる。第２図内で斜
線を付した部分は、固定されて不動状態の基準部
材である。

基板２４は光軸方向に可動なＺ移動台３０と光
軸と直角な平面内で可動なXY移動台３１とで構
成される移動台上に設置され、縮小レンズ２３に
より結像される焦点位置に基板２４面が常に保持
されるように、特公昭55−18043号で示したよう
な、自動焦点機構が具備されている。基板２４の
相対位置は、移動台の位置をレーザ測長計３９で
測定し、演算回路３５で求めることができる。

縮小レンズ２３は、光軸方向のみに可動なよう
に基準部材に対して案内部材３２で支持され、駆
動モータ３３によつて光軸方向に微動でき、その
微動量は、例えば、差動コイル３４によつて測長
され、レンズ上下制御回路３８に帰還される。

ここで、縮小倍率の測定方法について、第１図
ａ，ｂ，ｃを用いて述べる。

この縮小投影露光装置はコンデンサレンズ１、
レテイクル２、縮小投影レンズ３、基板４、およ
び第１のパターン検出器５、第２のパターン検出
器６から構成されている。原画であるレテイクル
２上には所定の間隔Ｌ（第１図ｂ参照）を隔てた
位置に正方形の光透過性の窓７，８が設けられて
いる。第１図ｂは上述の窓７，８の拡大図を示し
たものである。基板４上のマーク９を縮小レンズ
３およびレテイクル２の窓７を通して見るとマー
ク９′のようになり、また、基板４を所定距離ｌ
だけ移動して窓８かる見るとマーク９″のように
なる（第１図ｂ参照）。

パターン検出器５はレテイクル２の窓７内にお
けるマーク９′の位置を、またパターン検出器６
はレテイクル２の窓８内におけるマーク９″の位
置を各々測長することができ、２つのマーク９′
と９″との相対距離がレテイクル２の窓７と８と
の間隔Ｌに比べてずれている量ΔLを演算するこ
とができる。

今、縮小投影光学系の縮小倍率をｍ（ｍ＜１）
とすると、ｌ＝mLとなるように、基板４のマー
ク９を移動したにもかかわらずΔLだけ大きくず
れたとすると、ｌ＝（ｍ＋Δm）（Ｌ＋ΔL）なる
関係を満す。Δmだけ縮小倍率誤差となり、光学
系によつて縮小しすぎていることになる。

一方、第１図ｃに示したように、縮小投影光学
系において、レテイクル２と縮小レンズ３との間
隔ｂがΔbだけ大きくなつている時には、上述の
ようにマーク９をｌだけ移動させた時に、ΔL／
Δb＝Ｌ／ｂなる関係を満すΔLだけ、マーク９′
と９″とずれることになる。

従つて、第１、第２のパターン検出器５，６で
検出されたマーク９の位置ずれ量ΔLからΔb＝
ΔL・ｂ／Ｌなる関係を満す量だけ縮小レンズ３
とレテイクル２との相対距離を狭くすれば縮小倍
率誤差Δmが零になる。ΔLが負の値の時はΔbだ
け縮小レンズ３とレテイクル２との間隔を大きく
すれば良い。

実施例としては、1/10縮小投影露光装置の場合
として、ｍ＝0.1、ｆ＝49.2mm、ａ＝54.127mm、ｂ
＝54.27mm、ｌ＝10mmなる値となる。この時、Δm
＝0.000001（10^-4％）だけ大きい縮小倍率誤差が
あると、L₀＝100mmのパターンは、L₀（ｍ＋Δm）
から（10mm−0.1μｍ）の寸法となり0.1μｍだけ小
さな寸法誤差を生じてしまう。このような状態を
第１、第２のパターン検出器５，６で測定する
と、長さｌ＝10mmはＬ＋ΔL＝ｌ／（ｍ＋Δm）、
Ｌ＝100mmに対してΔL＝1μｍ大きく検出される。

この際、Δb＝5.4μｍだけ縮小レンズ３とレテ
イクル２との間隔を狭くすれば、縮小倍率誤差は
消えることになる。

以上述べたことから判るように、所定間隔Ｌ離
れたレテイクル２上から縮小レンズ３を通して所
定量ｌだけ移動した基板４上のマーク９の位置ず
れ量ΔLを測定するだけで、縮小倍率誤差が求ま
り、Δb＝ΔL・ｂ／Ｌなる関係を満すように縮小
レンズ３とレテイクル２との間隔を微調すること
により、縮小倍率誤差が補正できる。

ところで、従来の縮小投影露光装置では、一度
正確にレテイクル２と縮小レンズ３との距離ｂを
固定すれば、縮小倍率は変化することはなかつ
た。

しかし、近年、半導体素子の高精度化に併つて
原画、つまりレテイクル２面に塵埃が付着するこ
とを防ぐため、レテイクル２をカバーガラスでお
おつたり、縮小レンズ３と基板４との間に空気以
外の媒体物を介在させて作動させる縮小投影露光
装置が開発されている。このように、縮小投影光
学系に空気以外の媒体物を介在させる場合、その
媒体物の屈折率やその媒体物の厚さが一定値を保
つ限りにおいては、一度、屈折率の異なることに
よつて生じる縮小倍率誤差を修正すれば良いので
あるが、通常は、媒体物の屈折率や厚さを一定に
保持することは極めて困難であり、そのために縮
小倍率誤差を生じてしまうことになる。

そこで、本発明では、上述したような、縮小露
光光学系の間に任意の屈折率や厚さの媒体物が存
在しても、常に上述したようなパターン検出器
５，６を用いて縮小倍率誤差を検出し、補正する
ことを可能とする点に特徴がある。

ここで、第２図の実施例にもどつて本発明をさ
らに詳細に説明する。パターン検出器２５はレテ
イクル２２、縮小レンズ２３を通して、基板２４
上のマーク２９の位置を検出し、検出信号は検出
回路３７、演算回路３６に送られ、レンズ上下制
御回路３８によつて、モータ３３等の駆動系によ
り、縮小レンズ２３が光軸方向に微動されること
になる。

任意の屈折率や厚さの媒体物は、図示していな
いが、レテイクル２２と縮小レンズ２３および基
板２４との間のどこに存在していても、本発明の
機能が生かされる。

なお、本発明の実施例では、基板４，２４上の
１つのマーク９，２９を所定距離ｌだけ移動さ
せ、レテイクル２，２２のＬだけ離れた窓７，８
に対する位置を計測しているが、基板４，２４上
のマーク９は、所定距離ｌだけ離れた２つのマー
クを、同時にパターン検出することも可能であ
る。また、同時にパターン検出し、そのレテイク
ル２，２２の窓７，８に対するずれ量ΔLを測長
せず、所定の２つの窓７，８の決められた位置に
基板４，２４上のマーク９が合うように、縮小レ
ンズ３，２３を上下動させて制御することも応用
例として考えられる。さらに、レテイクル２，２
２上の２ケ所の窓７，８の位置は、所定の距離Ｌ
さえ判れば、任意の場所で良く、２つのパターン
検出器５，６の原点の精度が良ければ、基板４，
２４上のマーク９をレテイクル２，２２上の窓
７，８に対して検出せず、パターン検出器５，６
の原点に対して検出しても良い。

また、パターン検出器５，６は独立に２台設け
なくても、１台のパターン検出器を所定距離Ｌだ
け移動させ、あるいは、そのような機能や検出範
囲を１台のパターン検出器にもたせることも可能
である。

本発明の実施例では、縮小レンズ３，２３とレ
テイクル２，２２との相対間隔調整を縮小レンズ
３，２３を上下させることで達しているが、両者
の相対距離を調整すれば良いのであるから、縮小
レンズ３，２３と同様に、光軸方向のみに可動な
公知の案内駆動手段でレテイクル２，２２を上下
することで目的を達することも可能である。

なお、縮小倍率の調整によつて、結像面の最適
焦点位置までの距離ａが変わり、それに伴つて縮
小倍率も若干変わるが、通常、縮小レンズ３，２
３は、テレセントリツクな結線光学レンズを用い
るため距離ａの変化による縮小倍率誤差や焦点ボ
ケはわずかである。従つて、先ず、媒体物が変化
した際には、基板４，２４上のマーク９，２９へ
の焦点合わせを行なつた後に、上述の方法で、縮
小倍率誤差の補正を行ない、さらに、高精度な補
正を必要とする場合には、再度、焦点合わせを行
なつた後、縮小倍率の補正を繰返せば良いこと
は、容易に考えられる。

また、本発明の応用例としては、基板の位置に
パターン検出器を設置して、原画であるレテイク
ルの所定間隔のマークを計測して、縮小倍率を調
整することも、既述の縮小倍率誤差を補正する方
法を縮小投影レンズを介して逆さに考えれば、容
易に類推できる。

本発明によれば、投影露光光学系の距離の変動
や、任意の屈折率や厚さの媒体物が介在すること
等により生じる、基板上に縮小投影される原画パ
ターンの縮小倍率誤差を検出し、自動的に補正す
ることができるので、従来よりさらに高精度な半
導体素子を本発明の縮小投影露光装置で製造でき
ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは本発明の原理を説明するた
めの説明図であつて、同図ａは縮小投影露光装置
とパターン検出器との概略構成図、同図ｂは原画
であるレテイクル上の窓から見た基板上のマーク
の模式図、同図ｃは縮小倍率誤差説明用の光学系
の模式図、第２図は本発明による縮小投影露光装
置の実施例の概略構成図、第３図は縮小投影光学
系の原理説明図である。１，２１……コンデンサレンズ、２，２２，４
２……レテイクル、３，２３，４３……縮小レン
ズ、４，２４，４４……基板、５，６，２５……
パターン検出器、７，８……窓、９，９′，９″，
２９……パターン、３０……Ｚ移動台、３１……
XY移動台、３２……案内部材、３３……駆動モ
ータ、３４……差動コイル、３５，３６……演算
回路、３７……検出回路、３８……レンズ上下制
御回路。

Claims

【特許請求の範囲】１原画であるレテイクル上のパターンを基板上
に縮小投影するための縮小レンズと、所定のマー
クを上記縮小レンズを通して検出する検出手段
と、上記縮小レンズを用いて投影される原画パタ
ーンの縮小倍率の誤差を上記検出手段で検出され
たマークに基づいて演算する演算手段と、上記縮
小倍率が所定値になるように上記縮小レンズの位
置と上記原画の位置との光学的な相対間隔を微調
整する機構とを具備してなることを特徴とする縮
小投影露光装置。２請求項１記載の縮小投影露光装置において、
上記検出手段として上記基板上に設けられた所定
のマークの位置を検出するため所定の距離だけ間
隔を設けて設置された第１と第２のパターン検出
器を用い、上記演算手段が、上記基板上に設けら
れた上記所定のマークを上記第１のパターン検出
器で検出した時の上記基板の第１の位置と上記第
２のパターン検出器で検出した時の上記基板の第
２の位置とから上記縮小倍率を演算する手段であ
ることを特徴とする縮小投影露光装置。