(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と前記レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系とを有し、防塵用の膜又は板を設けた前記レチクルが設置可能である投影露光装置において、
前記防塵用の膜又は板の厚みを測定する測定装置と、
前記防塵用の膜又は板の厚みに対するレンズの収差敏感度と前記測定装置の測定結果とを用いて、前記防塵用の膜又は板によって生じる収差を補正するための前記投影光学系の調整量を求めて、該調整を行うことにより前記収差を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記測定装置はレチクル搬送系の内部に在ることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記防塵用の膜又は板の厚みに応じて前記投影光学系の一つ又は複数のレンズを光軸方向に移動させる手段を有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
【請求項４】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と前記レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系とを有し、防塵用の膜又は板を設けた前記レチクルが設置可能である投影露光装置において、
前記防塵用の膜又は板の厚みを測定する測定装置と、
前記防塵用の膜又は板によって生じる前記収差を補正するための補正手段を有し、
前記補正手段は、前記レチクルと前記投影光学系との間の光路中に着脱可能な透明な板を有し、前記防塵用の膜又は板の厚みに応じて前記板を前記光路内に着脱することを特徴とする投影露光装置。
【請求項５】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と前記レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系とを有し、防塵用の膜又は板を設けた前記レチクルが設置可能である投影露光装置において、
前記防塵用の膜又は板の厚みを測定する測定装置と、
前記防塵用の膜又は板によって生じる前記収差を補正するための補正手段を有し、
前記補正手段は、前記レチクルと前記投影光学系の間の光路内に着脱可能な互いに厚さが異なる複数の透明板を有し、前記防塵用の膜又は板の厚みが所定の厚みより薄い場合あるいは前記防塵用の膜又は板が無い場合に、前記複数の透明板のうち前記所定の厚みとの差分だけ厚みを持った透明な板を、前記防塵用の膜又は板と前記投影光学系の間の光路内に挿入することを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投影露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの微細化の波は急速で、デザインルールも130nmを量産工程で達成しようとしている。その主流となる加工技術は投影露光装置を用いる光リソグラフィーであり、さまざまな方面からその延命策が図られている。露光光の波長（以下、「露光波長」と記載する）の短波長化はそのための有力な手段である。現在、露光用光源として、KrFエキシマレーザー（波長248nm)、ArFエキシマレーザー（波長193nm)のレーザーが使われているし、近い将来には、露光用光源として、F2 エキシマレーザー(157nm) が使われると考えられる。
【０００３】
露光波長の短波長化の問題点は、波長が短くなると光学材料（硝材、膜材料）の光吸収が増えることにより光学系の透過率が極端に低下する点にある。
【０００４】
例えばF2エキシマ レーザーを使用した場合、レチクルに設けた塵（埃、ゴミ等の異物）による回路パターンの汚染を防止するための防塵用の膜厚1um以下のペリクル膜が波長157nmの露光光をかなり吸収し、それ自身が劣化するだけでなく、保護膜の透過率が低下する上に、その際発生するガスのために投影光学系のレンズが汚染される可能性がある。
【０００５】
この問題を解決する1つの手段として、従来使用されていた上記の光学薄膜に代わりに、波長157nmの露光光に対して高透過率を持つ平面ガラス材（以下、「ハードペリクル」と記載する)を使用する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハードペリクルを投影光学系側に設けたレチクルを投影露光装置のレチクルステージに設置し、その回路パターンをウエハー上に投影露光する場合、以下のような問題がある。
【０００７】
すなわち、ハードペリクルを構成するガラス材は従来のペリクル膜のように薄く加工することができないので、その厚みは200〜300μmもあり、このハードペリクルをレチクルの回路パターンと高解像度の投影光学系の間に配置するとハードペリクルで発生する収差のために回路パターン像がボケたり歪んだりし、結果的に現像後のウエハーのレジストパターンの線幅が細ったり、その位置がずれたりするので、半導体デバイスの製造歩留まりを落とすことになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ハードペリクル付レチクルを用いても、ウエハー上に回路パターン像を正確に投影できる投影露光装置及びデバイス製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての投影露光装置は、光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と前記レチクルのパターンをウエハ上に投影する投影光学系とを有し、防塵用の膜又は板を設けた前記レチクルが設置可能である投影露光装置において、前記防塵用の膜又は板の厚みを測定する測定装置と、前記防塵用の膜又は板の厚みに対するレンズの収差敏感度と前記測定装置の測定結果とを用いて、前記防塵用の膜又は板によって生じる収差を補正するための前記投影光学系の調整量を求めて、該調整を行うことにより前記収差を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
【００２７】
ハードペリクルのガラス材は板厚の管理が難しく、通常の製造工程で作ると板厚公差が10μm以上発生する。しかしながら、以下に示す各実施形態によれば、投影露光装置に互いにハードペリクルの厚みが異なる複数種のレチクルが設置される場合が生じても対処できる。また、本発明によれば、プロセス上、1つの投影露光装置に、ハードペリクル付レチクル、ペリクル膜の無いレチクル、そして従来のペリクル膜付レチクルが混在して搬入される場合にも対処できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第一の実施形態である走査型縮小投影露光装置を示す概略図である。
【００２９】
図１において、F2エキシマレーザーより成る光源110が発した波長157nmのレーザービームは、照明系111により所定の断面形状及び寸法の照度分布が均一な露光光束となり、レチクルステージ102に固定したレチクル103の回路パターンを照明する。
【００３０】
レチクル103の回路パターンを通過した露光光束は、倍率1/2、1/4又は1/5の縮小投影レンズ120内部を結像光束（図中斜線部）となって進行する。この結像光束は、投影レンズ120のフッ素ドープ石英、蛍石から成るレンズ群114〜118と絞り116によって、XYステージに保持したウエハ121のレジスト上にほぼ無収差の状態で結像し、そこにレチクル103の下面の回路パターンの縮小像を形成し転写（露光）する。
【００３１】
本実施形態のような走査型の投影露光装置の場合、縮小投影レンズ120の光軸と交わるスリット状の良像域（無収差領域）を用いるので、光軸に直交する断面がスリット形状の露光光束によりレチクル103の一部を照明し、この露光光束とレンズ120とに対してレチクル103とウエハ121を互いに逆方向A,ARへ同期して走査することによってレチクル103の回路パターン全域をウエハ121のレジストに転写する。（図中、矢印AとARはそれぞれレチクルとウエハーの走査方向を示している。）
【００３２】
なお、縮小投影レンズ120の代わりにレンズと凹面鏡を持つ縮小カタディオプトリック光学系を用い、光学系の軸外の円弧スリット状良像域を用いる形態も採れる。どのタイプの投影光学系を用いる場合にも、レチクルステージ側（物体側）及びウエハステージ側（像側）の双方がテレセントリックな系であることが望ましいが、ウエハステージ側のみがテレセントリックな系でも良い。また、投影光学系は窒素やヘリウムなどの不活性ガスの雰囲気中に置く。
【００３３】
また、光源110としてArFエキシマレーザ（波長193nm）やKrFエキシマレーザ（波長248nm）を用いる形態も採れる。
【００３４】
さて、レチクルライブラリー100内には複数個のレチクル101が予め搬入されて矢印Ｃ方向に積み重ねられている。本実施形態のレチクルライブラリー100には、比較的厚いペリクルを持つレチクルや比較的薄いペリクルを持つレチクルや、ペリクルを持たないレチクルが格納できる。レチクル搬送系140は、レチクルライブラリー100から次の露光に使用されるレチクル101を引き出して、レチクルステージ102までレチクル103を搬送する。図1の 矢印Bはその経路を示している。
【００３５】
本実施形態の露光装置は、レチクル搬送系140のレチクル101の搬送経路の途中に、レチクル101の下側（露光時の投影レンズ120側）に回路パターンを保護するように設けたペリクル（防塵用の透明部材）の厚さを測定できる厚さ測定手段130を有し、測定手段130により、搬送途中のレチクル101のハードペリクル104の厚さを測定し、その厚さ情報をコントローラー160に送る。なお、ハードペリクル104の厚さ測定は、レチクル101が静止していても、移動中であっても、可能である。また、測定手段130によりペリクルの有無を判別できる。
【００３６】
コントローラー160は露光装置全体のシーケンスを司るが、ここでは、特に本発明に関係するシーケンスだけを説明する。
【００３７】
ペリクル104の厚さの情報を受けたコントローラー160は、予め計算された、ペリクルの厚さに対するレンズの収差敏感度に則って、投影レンズ120を構成する複数のレンズ群（各レンズ群は一枚または複数枚の屈折レンズや回折レンズより成る）のうちの特定のレンズ群114の移動量を計算し、このレンズ群114を投影レンズ120の光軸方向Ｈに移動させるレンズ駆動ユニット150に指令を出し、これによりレンズ群114を移動させて、ペリクル104で生じる収差（球面収差やコマ収差やデイストーション（歪曲収差）等）を補正できる位置に位置付ける。本実施形態ではレチクルステージ102に最も近いレンズ群114を収差補正に用いているが、これに限らず、投影レンズの収差（具体的には、球面収差やコマ収差やデイストーション等）に補正敏感度をもつレンズ群ならどの一つ又は複数を用いても良い。
【００３８】
図２はペリクル104付きレチクル103の一例を示す説明図であり、図2の上側が平面図、下側が側面図である。防塵用の保護部材であるペリクル104はフッ素ドープ石英、蛍石のいずれかにより成るガラス板（又は膜）である。
【００３９】
図２に示すとおり、レチクル103の下側にペリクル104が張られたペリクル枠107が取り付けられている。このペリクル枠107は数mmの高さを持つので、ペリクル104上にある異物の像が投影レンズ120によってウエハ121上に投影されてもボケてしまい、ウエハ121のレジストを実質的に露光しないようになっている。
【００４０】
図２のレチクル103は、そのフッ素ドープ石英や蛍石より成る基板の下側（回路パターン側）の面に、露光条件に係わる情報が記録されたバーコード200が形成してある。このようなバーコードが形成してある場合に対処すべく、通常、露光装置のレチクル搬送経路にはバーコード読み取り装置が設置してある。
【００４１】
さて、このようなバーコード200が形成してあるレチクルのペリクルの厚さ情報を検出する場合、レチクル製作時に、ペリクルの厚さを測定しておいて、その結果をバーコードに記録しておき、ペリクル厚さ測定手段120の代わりにバーコード読み取り装置により予めバーコードに記録されたペリクル厚さ情報を入手するという方法も採れる。
【００４２】
なお本発明はバーコードが形成されていないレチクルに対しても有効である。
【００４３】
図３は、図1の露光装置で露光を開始するまでのシーケンスを示すフローチャートである。
【００４４】
レチクルライブラリー100から次の露光に用いるレチクル103を選択し、レチクルステージ102に向けて搬送する。
【００４５】
搬送途中で、レチクル103のペリクル104の厚さを測定するか、レチクル103のバーコードからペリクル104の厚さ情報を読み取る。また、レチクル103にペリクルが無い場合にはその情報も入手しコントローラー160に送信する。
【００４６】
さてコントローラー160の管理下で、上述したペリクルによる収差を補正するための投影光学系の調整が行われる。この調整作業はレチクル103がレチクルステージ102で保持されて露光位置にセットされるまでに完了するのが、スループットの観点からは望ましいが、投影光学系の調整の後でレチクル103がレチクルステージ102で保持されて露光位置にセットされても構わない。
【００４７】
レチクルが露光位置にセットされると露光が開始される。
【００４８】
上記実施例では、一つのレンズ群114を移動させることによりペリクルで生じる収差を補正していたが、補正したい収差の種類数に応じて複数のレンズ群を独立に移動させることも有る。
【００４９】
図4は本発明の第二の実施形態である走査型縮小投影露光装置を示す概略図である。図4において、図1の露光装置と同じ部材には図1と同じ符番を付し、説明は省略する。尚、図示されていないが、ペリクルで生じる収差を補正するレンズ114の駆動ユニットは搭載している。
【００５０】
本実施形態の特徴は、上述した第一の実施形態との比較で言えば、投影レンズ120とレチクルステージ102の間に収差補正用の調整プレート（透明な平行平面板や非球面板）を挿入可能とした点である。投影レンズ120自体は、比較的厚めのペリクル（ハードペリクル）付レチクルが光路中に挿入された状態で無収差で回路パターン像を形成できるように予め設計されている。このような露光装置において、比較的薄めのペリクル（ソフトペリクル）付レチクルが搬入された場合やペリクルの無いレチクルが選択され、レチクルステージ102に搬入された場合、比較的厚いペリクルの厚さとの差分の厚みを持つ調整プレートをレチクル103の直下に挿入してやれば、その下の投影レンズ120に対しては常に一定のガラス厚が維持されるので収差補正された無収差の状態を維持できる。図4の装置は調整プレートを2つ（調整プレート1と調整プレート2）持つが、互いに厚みや非球面形状が異なる調整プレートを3個以上持つ構成も採れる。本実施形態は、ソフトペリクルの材質が調整プレートの材質と同じである（両者の屈折率は同じである。）という事を利用している。本実施形態によれば、いかなる厚みのペリクル（ペリクルの無い場合も含めて）に対しても、投影レンズ120の最適状態（予め設計された、収差の無い状態）を維持できる。
【００５１】
図5にペリクル厚測定手段130の一実施例を示す。図5において、レーザー光源400からのレーザービームは入射光学系401により所定の開き角でペリクル104に入射する。ペリクル104の上下面からの反射光は受光光学系402に捕獲され、光学系402によってこれら２つの反射光が位置センサー403上に集光する。処理系404は位置センサー403からの各反射光の集光位置に対応する信号を処理してペリクルの厚さ情報を作成する。この厚さ情報が図1、４に示したコントローラー160に伝達される。
【００５２】
上記各実施例では、レンズ群114を移動させること、または調整プレートの挿入やレンズ設計によりペリクルで生じる収差を補正していたが、ペリクルで発生する収差の補正手段には、投影露光装置に適用できる公知の様様な装置が使える。この装置としては、たとえば、投影光学系の特定のレンズとレンズの間の空間の気圧（窒素やヘリウムなどの不活性ガスの圧力）を変える装置や、レンズに応力を掛けてレンズの屈折面を変形させる装置や、エキシマレーザの発振波長つまり露光光束の波長を変える装置や、光軸と直交する方向に互いに逆向きに変位する一対の非球面板を駆動する装置（特開平１０−２４２０４８号公報参照の事）、及び、これらとレンズ駆動装置の任意の組合せ、も用いることができる。
【００５３】
また、以上説明した実施形態は走査型投影露光装置であったが、本発明は、１ショット領域の露光中にレチクルとウエハーを走査しない所謂ステッパーにも当然適用される。
【００５４】
次に本発明のデバイス製造プロセスを説明する。半導体チップなどのデバイスの全体的な製造プロセスのフローは、ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【００５５】
上記ウエハプロセスの詳細なフローは、ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では図１乃至図５を用いて説明した各実施形態の投影露光装置によってマスク（レチクル）の回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が可能で、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、無視できない厚さを有する防塵用の膜又は板付のレチクルを用いても、この防塵用の膜又は板による収差を補正する補正手段を有するので、ウエハー上に回路パターン像を正確に投影できる投影露光装置及びデバイス製造方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態を示す概略図である。
【図２】ペリクル付きレチクルの平面図と側面図である。
【図３】図1の露光装置における露光開始までのシーケンスを示す図である。
【図４】本発明の第二の実施形態を示す概略図である。
【図５】ペリクル厚測定手段の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０３  レチクル
１０４  ペリクル
１１１  照明光学系
１１４  可動レンズ
１２０  投影レンズ
１３０  ペリクル厚測定手段
１５０  レンズ駆動ユニット
【図１】
0004738573.tif 000002
【図２】
0004738573.tif 000003
【図３】
0004738573.tif 000004
【図４】
0004738573.tif 000005
【図５】
0004738573.tif 000006