DE69730903T2

DE69730903T2 - Belichtungsverfahren und -apparat

Info

Publication number: DE69730903T2
Application number: DE69730903T
Authority: DE
Inventors: Kenji Chiyoda-ku Nishi
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2017-06-05
Also published as: US20020109827A1; KR980005334A; US6396568B1; US5994006A; DE69730903D1; EP0811881A3; EP0811881B1; EP0811881A2; US6590637B2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Belichtungsverfahren und eine Belichtungsvorrichtung zum Tragen eines Maskenmusters auf ein fotoempfindliches Substrat während eines Fotolithografieprozesses zum Herstellen derartiger Elemente wie Halbleiterelemente, Bildelemente (wie etwa CCDs), Flüssigkristall-Anzeigeelemente oder Dünnfilm-Magnetköpfe.
Während der Herstellung von Halbleiterelementen überträgt eine Belichtungsvorrichtung ein Bild eines Musters auf eine Strichplatte. Die Strichplatte, die als eine Maske wirkt, überträgt das Bild auf einen mit einem Fotoresist beschichteten Wafer, der ein fotoempfindliches Substrat bildet, mit dem Projektionsbelichtungssystem. In der Vergangenheit sind Projektions-Belichtungsvorrichtungen des kollektiven Belichtungstyps, wie etwa Schritteinrichtungen, als Belichtungsvorrichtung verwendet worden. In jüngerer Zeit hat das Projektions-Belichtungsverfahren des Abtastbelichtungstyps, wie etwa das Schritt-und-Abtast-Verfahren, wo eine Strichmaske und ein Wafer synchron von dem Projektions-Belichtungssystem abgetastet werden, was Übertragung von großflächigen Mustern zulässt, ohne das Projektions-Belichtungssystem zu sehr zu belasten, Aufmerksamkeit erlangt.
Die EP 0 576 297 A und die JP 61-091 662 A offenbaren jeweils eine selektive Verwendung einer Beleuchtung außerhalb der Achse. Die US-A-4,965,630 beschreibt ein Projektions-Belichtungsverfahren zum Belichten eines Musters, das auf einer Maske gebildet wird, über ein optisches Projektionssystem auf ein Substrat, das mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist, das eine Dicke gleich oder geringer als 0,5 μm aufweist und möglicherweise durch einen Planarisierungsprozess behandelt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Beleuchten des Musters mit einem Beleuchtungsstrahl; selektives Schalten zwischen einem normalen Beleuchtungszustand des Beleuchtungsstrahls und einem modifizierten Beleuchtungszustand des Beleuchtungsstrahls; und Projezieren des Musters auf das Substrat über das optische Projektionssystem.
13 zeigt ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer herkömmlichen Projektions-Belichtungsvorrichtung, wo das Beleuchtungslicht von dem optischen Beleuchtungssystem 101 den Musterbildungsbereich der Musterbildungsfläche (Unterfläche) der Strichplatte (R) beleuchtet. Unter diesem Beleuchtungslicht belichtet das Projektionsbild, wo das Muster gebildet ist, wobei die Strichplatte (R) auf eine bestimmte Vergrößerung verkleinert ist, durch das Projektions-Belichtungssystem 102, das Fotoresist, das auf dem Wafer (W) beschichtet ist, und dem Beleuchtungslicht. Die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems 102 ist durch die Aperaturblende 103 definiert. Indem das Fotoresist entwickelt wird, erscheint das projizierte Bild als ein erhabenes Resistmuster. Jedoch erforderte ein Erhöhen der Auflösung, die das Bild aufweist, in der Vergangenheit teure und unhandliche Lichtquellen und Belichtungsvorrichtungen.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung auf eine Projektions-Belichtungsvorrichtung und Verfahren gerichtet, die im Wesentlichen eines oder mehrere der Probleme aufgrund der Begrenzungen und Nachteile des Standes der Technik abmildern.
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert.
Für ein besseres Verständnis der Erfindung, und um zu zeigen, wie dieselbe bewirkt werden kann, wird nun im Wege eines Beispiels auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen werden. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, das die Projektions-Belichtungsvorrichtung einer Ausführungsform des Belichtungsverfahrens und der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung veranschaulicht;
2(a) eine ebene Ansicht, die die Zusammensetzung einer Teilungsprismenplatte des Erfassungssystems der Projektions-Belichtungsvorrichtung veranschaulicht;
2(b) eine rechte Seitenansicht, die die Zusammensetzung der Teilungsprismenplatte und des Erfassungssystems der Projektions-Belichtungsvorrichtung veranschaulicht;
2(c) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der 2(a);
3 ein schematisches Diagramm, das den Aufbau der .......-Einheit 2 der 1 veranschaulicht;
4(a) eine Seitenansicht, die eine Fliegenaugenlinse 13 der 1 für die ringförmige Beleuchtung veranschaulicht;
4(b) eine ebene Ansicht, die die Fliegenaugenlinse 13 veranschaulicht;
5 ein optisches Pfaddiagramm, das die Zusammensetzung des optischen Eingangssystems 5B der 1 veranschaulicht;
6(a)–6(d) die Beleuchtungsverteilung des Beleuchtungslichts an dem Punkt des optischen Eingangssystems 5B der Projektions-Belichtungsvorrichtung zeigt;
7(a) die Zusammensetzung einer σ-Blendeneinheit 15 der Projektions-Belichtungsvorrichtung;
7(b) den Radius rβ der Apertur für die ringförmige Beleuchtung;
8 eine Schrägansicht der Projektions-Belichtungsvorrichtung, die die schematische Zusammensetzung des Ausrichtsensors 50 veranschaulicht;
9 eine Schrägansicht, die das (FIA)-System 51A der 8 veranschaulicht;
10 eine Schrägansicht, die das (LIA)-System 51B der 8 veranschaulicht.
11(a) ein vereinfachtes schematisches Diagramm durch die Entfernung der Spiegel aus dem (FIA)-System 51A der 9;
11(b) das die Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 mit der normalen σ-Blende 166A, der ringförmigen σ-Blende 166B und einer modifizierten σ-Blende 167C, die aus vier kreisförmigen Apertur-Versetzungen von der optischen Achse besteht;
11(c) eine Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 mit der normalen σ-Blende 167A, der ringförmigen σ-Blende 167B und der modifizierten σ-Blende 167C, die aus vier kreisförmigen Blenden-Versetzungen von der optischen Achse besteht;
12(a) eine zweidimensionale Markierung (eine Markierung, die sowohl als die X-Achse als auch die Y-Achse verwendet wird), die aus drei vorstehenden oder zurückstehenden Markierungen in unterschiedlicher Beabstandung in sowohl den X- als auch Y-Richtungen besteht;
12(b) das Bildsignal SY, das erhalten wird, wenn die große kreisförmige σ-Blende 166A und die Aperturblende 167A benutzt werden;
12(c) das Bildsignal SY, das erhalten wird, wenn die kreisförmige σ-Blende 166B und die Aperturblende 167B oder die modifizierte σ-Blende 166C und die Aperturblende 167C benutzt werden;
13 ein schematisches Diagramm, das eine herkömmliche Projektions-Belichtungsvorrichtung veranschaulicht;
14 ein schematisches Diagramm, das die Resistdicken-Messvorrichtung 46 in 1 veranschaulicht;
15(a) eine teilweise erweiterte Ansicht, die den optischen Pfad des Messlichts, das den Wafer und das Fotoresist beleuchtet, von der Resistdicken-Messvorrichtung 46 anzeigt;
15(b) ein optisches Pfaddiagramm, das anzeigt, wie das Interferenzband auf der Bildoberfläche 84a des Bildelements von dem von dem Wafer und dem Fotoresist zurückkommenden Licht gebildet wird;
16(a) das Interferenzband, das auf der Bildoberfläche gebildet wird, und das Bildsignal, das diesem Interferenzband entspricht;
16(b) die Interferenzbänder an der Bildoberfläche 84a auf dem Bildelement 84 des von dem Fotoresist und dem Wafer zurückgeworfenen Lichts, und auch die dunklen Interferenzbänder 85, die auf eine konzentrische Weise gebildet sind;
17(a) eine ebene Ansicht, die den Wafer veranschaulicht, der mit dem Fotoresist beschichtet ist;
17(b) eine Seitenansicht, die den Wafer veranschaulicht, der mit dem Fotoresist beschichtet ist;
18(a) eine ebene Ansicht, die die Resistdicke an dem Messpunkt RD1–RD3 auf dem Wafer veranschaulicht;
18(b) eine ebene Ansicht, die den Messpunkt der Resistdicke (R4) in dem Schussbereich SA veranschaulicht;
18(c) eine ebene Ansicht, die die Messpunkte RD5–RD7 veranschaulicht, die verwendet werden, wenn die Resistdicke innerhalb des Schussbereichs SA oben ausgelesen wird;
19(a) eine ebene Ansicht, die die Beleuchtungsverteilungs-Korrekturplatte in 1 veranschaulicht; und
19(b) die Transmissionsrate T für den Neigungswinkel des Beleuchtungslichts, das auf die Beleuchtungsverteilungs-Korrekturplatte 9 einfällt.
Das Folgende beschreibt ein Projektions-Belichtungsverfahren, das die Schritte eines Beleuchtens eines Übertragungsmusters und eines Erzeugens eines Bilds des Übertragungsmusters auf einer Maske zur Belichtung von einem Beleuchtungslicht und eines Übertragungsbelichtens des Bilds des Musters der Maske unter dem Beleuchtungslicht auf eine fotoempfindliche Oberfläche einschließt. Das Verfahren schließt ein selektives Schalten zwischen einem normalen Beleuchtungszustand und einem modifizierten Beleuchtungszustand auf der Grundlage einer numerischen Apertur des Beleuchtungslichts ein, wobei der normale Beleuchtungszustand auftritt, wenn eine Lichtmengenverteilung an einer Beleuchtungspupillenebene in einem ersten Bereich, der eine optische Achse einschließt, und der modifizierte Beleuchtungszustand auftritt, wenn die Lichtmengenverteilung an der Beleuchtungspupillenebene in einem zweiten Bereich ist, der die optische Achse nicht einschließt.
Eine weitere Projektions-Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren sind zum Beschreiben eines Übertragungsmusters und zum Erzeugen eines Bilds des Übertragungsmusters auf der Maske für eine Belichtung von einem Beleuchtungslicht und eine Übertragungsbelichtung des Bilds des Musters der Maske unter dem Beleuchtungslicht beschrieben. Eine derartige Vorrichtung und ein Verfahren schließen ein Umschalten eines Projektionszustands zum Ändern einer numerischen Apertur des Beleuchtungslichts und ein Umschalten eines Beleuchtungszustands zwischen mehrfachen Beleuchtungszuständen ein, wobei ein normaler Beleuchtungszustand auftritt, wenn eine Lichtmengenverteilung an einer Beleuchtungspupillenebene in einem ersten Bereich ist, der eine optische Achse einschließt, und ein modifizierter Beleuchtungszustand auftritt, wenn die Lichtmengenverteilung in der Beleuchtungspupillenebene in einem zweiten Bereich ist, der die optische Achse nicht einschließt.
Ein Lichtfluss-Teilungssystem ist auch beschrieben, das das Beleuchtungslicht für eine Belichtung in einen ersten und einen zweiten Lichtfluss teilt. Das System stellt ein erstes Lichtfluss-Vergrößerungssystem zum Auf weiten eines Querschnitts des ersten Lichtflusses in eine Ringform, ein zweites Lichtfluss-Vergrößerungssystem zum Auf weiten eines Querschnitts des zweiten Lichtflusses in eine Ringform; und ein Lichtfluss-Synthesesystem bereit, das den Lichtfluss von den ersten und zweiten Lichtflusssystemen vor der Beleuchtungspupillenebene synthetisiert. Außerdem führt das Umschalten des Beleuchtungszustands den Lichtfluss, der in dem Lichtfluss-Synthesesystem synthetisiert ist, zu dem Beleuchtungssystem-Pupillensystem und führt eine ringförmige Beleuchtung aus, wenn der modifizierte Beleuchtungszustand eingestellt ist.
Auch sind eine Projektions-Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren zum Beleuchten eines Übertragungsmusters und zum Erzeugen eines Bilds des Übertragungsmusters auf einer Maske für eine Belichtung von einem Beleuchtungslicht und ein Übertragungsbelichten auf einer fotoempfindlichen Schaltungsplatine, ein Erfassen eines Bilds einer Positionsanpassmarkierung auf dem fotoempfindlichen Substrat unter dem Beleuchtungslicht, ein Positionsanpassen und Ausrichten des fotoempfindlichen Substrats auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses, ein Übertragen des Bilds, das auf der Maske erzeugt ist, und ein Belichten des fotoempfindlichen Substrats unter dem Beleuchtungslicht, und ein Umschalten eines optischen Ausrichtungssystems zwischen zwei Erfassungszuständen auf der Grundlage einer numerischen Apertur des Beleuchtungslichts beschrieben, wobei das Projektions-Belichtungssystem mit zwei Zustandsdetektoren ausgestattet ist: einem Normalzustandsdetektor, wo ein Abbildungs-Lichtfluss gleichförmig auf eine Ausrichtungssystempupillenebene übertragen wird, und einen Umrissverstärkungsdetektor, der eine Umrissverstärkung durch ein Transmittieren des Abbildungs-Lichtflusses in eine zugewiesene Verteilung in der Ausrichtungssystempupillenebene ausführt.
Weiter beschrieben sind eine Projektions-Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen eines Übertragungsmusters durch ein Belichtungs-Beleuchtungslicht auf eine Maske, ein Übertragungsbelichten des Übertragungsmusters auf eine Schaltungsplatine, die mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist, unter dem Belichtungs-Beleuchtungslicht für eine Belichtung, und zum Steuern einer integrierten Belichtungsmenge des Belichtungs-Beleuchtungslichts gemäß der Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf der Schaltungsplatine beschichtet ist.
Schließlich wird ein Projektions-Belichtungsverfahren beschrieben, das die Schritte eines Übertragens eines Übertragungsmusters durch ein Belichtungs-Beleuchtungslicht auf einer Maske, ein Übertragungsbelichten des Übertragungsmusters auf eine Schaltungsplatine, die mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist, unter dem Belichtungs-Beleuchtungslicht eine Belichtung, und ein Steuern eines Umschaltbetriebs einer numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems gemäß der Dichte des fotoempfindlichen Materials, das auf der Schaltungsplatine beschichtet ist, einschließt.
Die Auflösung R und die Schärfentiefe (D) des Bilds eines Musters auf einer Strichplatte (R), die auf den Wafer (W) abgebildet wird; ist durch die folgenden Gleichungen gegeben: R = k1*λ/NA (1) D = k2λ/NA2 (2)
Die Variablen k₁ und k₂ sind Prozesskoeffizienten (als der "k-Faktor" nachstehend bezeichnet), λ ist die Wellenlänge des Projektions-Beleuchtungslichts, und NA ist die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems 102. Wie in 13 angezeigt, kann, wenn der Apertur-Halbwinkel des Abbildungs-Lichtflusses der Wafer-Seite (Bildseite) des Projektions-Belichtungssystems 102 mit θ_PL2 bezeichnet wird, und das Gas um ihn herum Luft ist, dann die numerische Apertur (NA) durch sinθ_PL2 beschrieben werden. Wenn die Projektionsvergrößerung des Projektions-Belichtungssystems 102 von der Strichplatte (R) zu dem Wafer (W) mit β bezeichnet wird (β ist 1/5 oder ¼, etc.), und der Apertur-Halbwinkel des Abbildungs-Lichtflusses durch das Projektions-Belichtungssystem 102 auf der Strichplattenseite (Objektseite) mit θ_PL1 bezeichnet wird, dann existiert die folgende Beziehung zwischen dem Apertur-Halbwinkel θ_PL2 und θ_PL1. sinθPL1 = β*sinθPL2 = β*NA (3)
Nur das gebeugte Licht von der Strichplatte (R) mit einem Beugungswinkel von θ_PL1 oder weniger würde zu dem Abbilden des projizierten Bilds des Musters der Strichplatte (R) beitragen, wie durch die Gleichung (3) beschrieben.
Überdies kann, wenn der Apertur-Halbwinkel der Strichplatte (R) eine Belichtung von dem optischen Beleuchtungssystem 101 als θ_IL bezeichnet wird, und der Kohärenzfaktor, d. h. die Aperturzahl (sinθ_IL) der Injektionsseite des optischen Beleuchtungssystems 101 zu dem Apertur-Halbwinkel (sinθ_PL1) des Beleuchtungswinkels als σ (σ-Wert) bezeichnet wird, dann der Apertur-Halbwinkel θ_IL des Beleuchtungslichts durch eine Gleichung (4) beschrieben werden, die unter Verwendung der Gleichung (3) folgt. Überdies ist der Bereich des σ-Werts 0 ≤ σ ≤ 1. sinθIL = σ*sinθPL1 = σ*β*NA (4)
Der Wert des k-Faktors k₁ und k₂, der die Auflösung R und die Schärfentiefe (D) bestimmt, ändert sich in Abhängigkeit von dem σ-Wert, der der Kohärenzfaktor ist. Der Wert des k-Faktors k₁ und k₂ ändert sich auch durch ein Umschalten des optischen Beleuchtungssystems 101 von dem normalen Beleuchtungsverfahren, wo die Form der Sekundärlichtquelle zu der sogenannten modifizierten Beleuchtung aus mehrfachen Lichtquellen besteht, die konzentrisch von der optischen Achse eingestellt sind, oder aus ringförmigen Lichtquellen besteht. Die k-Faktoren k₁ und k₂ ändern sich auch gleichzeitig durch das Platzieren eines zugewiesenen optischen Filters (sogenannten Pupillenfilters) in der Pupillenebene des optischen Projektionssystems 102. Überdies ändert sich der Wert der k-Faktoren k₁ und k₂, wenn die sogenannte Phasenschiebe-Strichplatte, die zu zugewiesenen Phasendifferenzen zu einem periodischen Muster beiträgt, oder eine sogenannte Halbton-Strichplatte, die zu einer zugewiesenen Transparenzverteilung mit einem Periodenmuster beiträgt, als die Strichplatte (R) verwendet wird. Mit den oben beschriebenen Zuständen ändern sich die k-Faktoren k₁ und k₂ innerhalb des unten gegebenen Bereichs. 0,45 ≤ k1 ≤ 0,6, 0,7 ≤ k2 ≤ 2,0 (5)
Deswegen werden durch ein Einsetzen der verschiedenen, oben beschriebenen Zustände Belichtungszustände mit einer großen Schärfentiefe (D) und einer hohen Auflösung (R) entsprechend der Belichtungssubjekt-Vorrichtung verwendet.
Die Schärfentiefe (D) ist durch eine Gleichung (2) gegeben. Jedoch gibt, indem die Fokussteuergenauigkeit als C_F bezeichnet wird, was die Genauigkeit ist, wenn der Wafer unter Verwendung des Autofokusverfahrens auf einer Projektions-Belichtungsvorrichtung fokussiert wird, und durch ein Bezeichnen des Stufenunterschieds des Basismusters unter dem Fotoresist auf dem Wafer (nachstehend als der "Markierungsstufenunterschied" bezeichnet) als D_M bezeichnet wird, die Weite (D-C_F-D_M), die durch ein Subtrahieren der Fokussteuergenauigkeit C_F und des Markierungsstufenunterschieds D_M und der Schärfentiefe (D) erhalten wird, die effektive Schärfentiefe, die von dem Bediener der Projektions-Belichtungsvorrichtung verwendet werden kann, d. h. die verwendbare Schärfentiefe.
In Wirklichkeit muss, wenn die Dicke des Fotoresists (Resistdicke) auf dem Wafer als T_R bezeichnet wird, dann, um ein gutes Resistmuster nach einem Entwickeln des Fotoresists zu erhalten, die Weite (notwendige Weite einer Schärfentiefe für eine Belichtung), die durch ein Multiplizieren der Resistdicke T_R mit einem zugewiesenen Koeffizienten K_UD geringer als 1 erhalten wird, innerhalb der benutzbaren Weite der Schärfentiefe sein. Deswegen wird eine zweite T_R*K_UD, die durch ein Multiplizieren der Resistdicke T_R mit dem Koeffizienten K_UD erhalten wird, nachstehend als die benutzbare Schärfentiefe (UDOF) bezeichnet werden. Auf der Grundlage dieser Faktoren muss die Schärfentiefe (D) der Gleichung (2) weiter als die Summe der Fokussteuergenauigkeit C_F, des Markierungsstufenunterschieds D_M und der benutzbaren Schärfentiefe (UDOF (T_R*K_UD) sein. Eine Gleichung (6) untenstehend wird als "der Zustand, der die zugelassenen Bereiche der Schärfentiefe betrifft" bezeichnet. CF + DM + TR*KUD ≤ D = k2*λ/NA2 (6)
Als ein allgemeines Beispiel wird, wenn die i-Linie (λ = 365 nm) der Quecksilberlampe als ein Belichtungs-Beleuchtungslicht verwendet wird, 0,55 als der k-Faktor k₁ verwendet wird, und die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems als NA₁ zum Einstellen der Auflösung R auf 0,4 μm bezeichnet wird, was ein Bild des Linien- und Raummusters (L/S-Muster) einer Linienbreite von 0,4 μm, die einem 64 M-Bit-DRAM-Muster entspricht, das auf den Wafer projiziert wird, projiziert, dann die numerische Apertur NA₁ gemäß der Gleichung (1): 0,4 = 0,55*0,365/NA1 (NA1 = 0,50) (7)
Überdies wird, wenn der Markierungsstufenunterschied D_M des Wafers (W) als 0,8 μm, die Resistdicke T_R als 1 μm, der Koeffizient K_UD, der die benutzbare Schärfentiefe UDOF einstellt, als 0,7, der k-Faktor k₂ als 2,0 und die numerische Apertur (NA₂) des Projektions-Belichtungssystems, die den Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe erfüllt, als NA₂ bezeichnet wird, dann die numerische Apertur NA: 0,5 + 0,8 + 1*0,7 ≤ 2,00*365/NA2 2; (NA2 ≤ 0,60) (8)
Die Gleichungen (7) und (8) definierten den Zustand für die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems für die Herstellung eines Musters auf einem 64 M-Bit-DRAM unter Verwendung der i-Linie einer Quecksilberlampe, wenn 0,5 ≤ NA ≤ 0,6. Auch ist es, um den k-Faktor k₁ und k₂ auf die oben beschriebenen Werte einzustellen, wünschenswert, dass der Kohärenzfaktor-σ-Wert auf ungefähr 0,7 ≤ σ ≤ 0,8 eingestellt ist. Überdies ist es für periodische Muster allgemein bekannt, dass die Auflösung verbessert werden kann, ohne die Schärfentiefe einzuengen, indem das modifizierte Beleuchtungsverfahren eingesetzt wird, wo die Geometrie der Sekundärlichtquelle des optischen Beleuchtungssystems auf eine mehrfache Lichtquelle oder eine ringförmige Lichtquelle (ringförmiges Beleuchtungsverfahren) eingestellt wird, die von der optischen Achse versetzt sind. Es sind Bemühungen zum Einsetzen eines derartigen modifizierten Beleuchtungsverfahrens unternommen worden, um die Auflösung zu erhöhen. Es sei darauf hingewiesen, dass das modifizierte Beleuchtungsverfahren auf ein Beleuchtungsverfahren, das aus mehrfachen Lichtquellen besteht, deren Geometrie der Sekundärlichtquelle von der optischen Achse versetzt ist, in einer engen Definition beschränkt werden kann. Jedoch wird das modifizierte Beleuchtungsverfahren das ringförmige Beleuchtungsverfahren in dieser detaillierten Beschreibung einschließen.
Wie oben beschrieben, ist es unter Verwendung der i-Linie einer Quecksilberlampe als das Beleuchtungslicht zur Belichtung und durch ein Einstellen der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems auf 0,5 ≤ NA ≤ 0,6 möglich, Bilder von Mustern mit einem Schaltungsmuster zu übertragen, das einem 64 M-Bit-DRAM entspricht, d. h. mit einer Auflösung R von 0,4 μm bei einer hohen Genauigkeit. Überdies kommt in jüngerer Zeit das Herstellen eines 256 M-Bit-DRAM, der die nächste Generation einer Halbleitervorrichtung ist, auf, so dass ein Bedarf besteht, die Auflösung auf die Größenordnung von 0,25 μm zu verbessern. Um die Auflösung R zu erhöhen, kann die Wellenlänge λ des Belichtungs-Beleuchtungslichts verkürzt werden, oder die numerische Apertur (NA) für das Projektions-Belichtungssystem kann erhöht werden.
Wenn jedoch die Wellenlänge λ einfach verkürzt wird, oder die numerische Apertur (NA) erhöht wird, wird die Schärfentiefe (D) in Gleichung (2) schmaler, so dass der Zustand, der den zugelassen Bereich der Schärfentiefe der Gleichung (6) betrifft, nicht mehr erfüllt ist. Da die Schärfentiefe (D) umgekehrt proportional zu dem Quadrat der numerischen Apertur (NA) abnimmt, wie aus der Gleichung (2) ersehen werden kann, ist die Idee eines noch weiteren Vergrößerns der numerischen Apertur (NA) nicht erwogen worden. Deswegen wurde in der Vergangenheit eine KrF-Excimer-Laserlichtquelle (Belichtungswellenlänge λ = 248 nm) als eine Beleuchtungslichtquelle verwendet, was eine Auflösung R von 0,25 μm liefert, und auch den Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe der Gleichung (6) betrifft, erfüllt, zusammen mit einem (a) Einführen von Techniken für eine Wafer-Abflachung und (b) Verbesserung in Fokussteuertechniken.
Die Wafer-Abflachungstechnik von (a) ist eine Technik zur Erhöhung der Flachheit der Waferoberfläche unter Verwendung physikalischer oder chemischer Mittel, um die Krümmung des Wafers oder den Stufenunterschied des Schaltungsmusters zu verringern. Dies verringert den Markierungsstufenunterschied D_M auf die Größenordnung von 0,1 μm von historisch 0,8 μm. Eine Verbesserung in der Fokussteuertechnik einer Abflachungstechnik (b) hat die Fokussteuergenauigkeit C_F auf die Größenordnung von 0,4 μm von historisch 0,5 μm verbessert. Indem die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems unter diesen Belichtungsbedingungen abgeschätzt wird, wird die numerische Apertur NA₁, die die Gleichung (1) erfüllt, wie folgt, wobei der k-Faktor k₁ auf 0,55 gesetzt ist: 0,25 = 0,55*0,248/NA1; (NA1 = 0,55) (9)
Die numerische Apertur NA₂, die den Zustand erfüllt, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe der Gleichung (6) betrifft, ist untenstehend in einer Gleichung (10) gegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass der k-Faktor k₂ nun 1,7 ist, da die Linienweite abgenommen hat, während der Koeffizient K_UD, der die benutzbare Schärfentiefe UDOF bestimmt, bei 0,7 verbleibt. 0,4 + 0,1 + 1*0,7 ≤ +1,7*0,248/NA2 2; (NA2 ≤ 0,59) (10)
Mit anderen Worten wird der Bereich der numerischen Apertur (NA) unter diesem Belichtungszustand ungefähr 0,55 ≤ NA₂ ≤ 0,6. Um die Auflösung weiter zu verbessern, ohne die Schärfentiefe einzuengen, wird eine parallele Verwendung des modifizierten Beleuchtungsverfahrens oder einer Halbton-Strichplatte ebenso erwogen.
Jedoch wird, wenn die Belichtungslichtquelle von einer Quecksilberlampe auf einen KrF-Excimer-Laserlichtquelle umgeschaltet wird, um die Halbleitervorrichtungen herzustellen, die einem 256 M-Bit-DRAM entsprechen, die Projektions-Belichtungsvorrichtung selbst teuer. Dies ist unzweckmäßig, da es die Kostenanalyse schwierig macht, die zusätzliche Investition zu rechtfertigen.
Gegenwärtig sind Pläne zum Entwickeln einer Vorrichtung unter Verwendung der ArF-Excimer-Laserlichtquelle (Wellenlänge λ von 193 nm) als die Projektions-Belichtungsvorrichtung zum Erzeugen des Schaltungsmusters vorhanden, das einem 1 G-Bit-DRAM entspricht, der die nächste Generation einer Halbleitervorrichtung ist. Es sind Pläne für die Entwicklung von Vorrichtungen unter Verwendung einer Belichtungs- Beleuchtungslichtquelle einer kürzeren Wellenlänge, wie etwa Röntgenstrahlen, zur Verwendung als die Projektions-Belichtungsvorrichtung zum Erzeugen von Schaltungsmustern vorhanden, die einem 4 G-Bit-DRAM entsprechen. Mit anderen Worten, besteht die Hauptdenkrichtung darin, ein Belichtungs-Beleuchtungslicht einer kürzeren Wellenlänge einzusetzen, um Halbleitervorrichtungen der nächsten Generation herzustellen. Jedoch nehmen, wenn die Beichtungs-Lichtquelle verändert wird, um das Belichtungs-Beleuchtungslicht einer kürzeren Wellenlänge auszuführen, die Herstellungskosten einer Projektions-Belichtungsvorrichtung dramatisch zu, was unzweckmäßig ist, da sich die Kostennutzenanalyse weiter verschlechtert.
In Anbetracht derartiger Probleme zielt diese Erfindung darauf ab, ein Belichtungsverfahren bereit zu stellen, das die Auflösung erhöht und die Zustände, die den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betreffen, erfüllt, ohne die Wellenlänge des Belichtungs-Beleuchtungslichts zu verringern. Mit anderen Worten, stellt die Erfindung ein Belichtungsverfahren bereit, das in der Lage ist, Muster, die der nächsten Generation eines 256 M-Bit-DRAM entsprechen, unter Verwendung der i-Linie von Quecksilberlampen, und Muster, die einem 1 G-Bit-DRAM entsprechen, unter Verwendung des KrF-Excimer-Laserlichts, und Muster, die einem 4 G-Bit-DRAM entsprechen, unter Verwendung des ArF-Excimer-Laserlichts zu erzeugen. Überdies zielt diese Erfindung darauf ab, eine Belichtungsvorrichtung bereit zu stellen, die ein derartiges Belichtungsverfahren durchführen kann.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorangehende detaillierte Beschreibung als auch die folgende allgemeine Beschreibung beispielhaft und erklärend sind, und nicht dafür vorgesehen sind, eine weitere Erklärung der Erfindung, wie sie beansprucht wird, bereit zu stellen.
Die Belichtungsvorrichtung und das Verfahren gemäß dieser Erfindung betreffen eine Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren, das das Übertragungsmuster, das auf einer Maske (R) gebildet ist, durch ein Beleuchtungslicht (IL) für eine Belichtung von einem optischen Beleuchtungssystem (1–4, 5A, 10–12) beleuchten, dann das Bild des Musters der Maske (R) auf das fotoempfindliche Substrat (W) durch das Projektions-Belichtungssystem (PL) unter dem Beleuchtungslicht-Übertragungs-Belichten. Es ist mit einem normalen Beleuchtungszustand, der eine Lichtmengenverteilung in der Beleuchtungssystempupillenebene in dem ersten Bereich (75A, 75B) aufweist, der die optische Achse (AX) einschließt, und mit dem modifizierten Beleuchtungszustand konfiguriert, wo die Lichtmengenverteilung in dem zweiten Bereich (75C, 75D) ist, der die optische Achse (AX) nicht einschließt, und es schaltet das optische Beleuchtungssystem selektiv zwischen den normalen und modifizierten Beleuchtungszuständen in Abhängigkeit von der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) um.
Die vorliegende Vorrichtung kann das Muster der Maske (R) auf die Schaltungsplatine (W), die mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist, unter dem Beleuchtungslicht (IL) projizieren und die integrierte Belichtungsmenge des Belichtungs-Beleuchtungslichts (IL) auf der Grundlage der Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf der Schaltungsplatine (W) beschichtet ist, steuern.
Um die Auflösung des zu übertragenden Bilds zu verbessern, wird die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems in Gleichung (1) erhöht, anstatt dass die Wellenlänge λ des Belichtungs-Beleuchtungslichts verkürzt wird. Wenn jedoch die numerische Apertur (NA) einfach erhöht wird und die Schärfentiefe (D) umgekehrt proportional zu ihrem Quadrat aus Gleichung (2) eingeengt wird, ist der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe der Gleichung (6) betrifft, nicht länger erfüllt. Deswegen wird, um den Zustand zu erfüllen, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, die numerische Apertur (NA) in dem Zustand unter einer Belichtung erhöht, wo die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials (Fotoresists) in Gleichung (6) dünn ist, die benutzbare Schärfentiefe UDOF (= T_R*K_UD) schmal ist, und der Markierungsstufenunterschied D_M, der der Stufenunterschied des Grundmusters ist, ist unter Verwendung einer Abflachungstechnik der Schaltungsplatine verringert worden.
Wenn die numerische Apertur (NA) auf diese Weise erhöht wird, kann die Auflösung R verbessert oder verfeinert werden, so dass das optische Beleuchtungssystem in einem normalen Beleuchtungszustand sein kann, d. h. die Lichtmengenverteilung in der Beleuchtungssystempupillenebene kann in dem ersten Bereich (75A, 75B) sein, der die optische Achse (AX) einschließt. Somit können Muster, die den Halbleitervorrichtungen der nächsten Generation entsprechen, mit einer hohen Genauigkeit übertragen werden, ohne die Wellenlänge λ des Belichtungs-Beleuchtungslichts zu verringern. Jedoch wird es, wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials T_R dünn ausgeführt wird, schwierig, die integrierte Belichtungsmenge mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, da die notwendige integrierte Belichtungsmenge für ein geeignetes Belichten des fotoempfindlichen Materials klein wird, und die geeignete Sensibilisierungszeit würde kürzer.
Beispielsweise kann eine ungleichmäßige Dicke des fotoempfindlichen Materials aufgrund geringfügiger Temperaturänderungen während der dünnen Beschichtung des fotoempfindlichen Materials oder der Länge der Speicherzeit des fotoempfindlichen Materials auftreten. Deswegen erschweren es die Sensibilisierungszeit-Änderungen für jedes fotoempfindliche Material auf der Grundlage von nur der mittleren Dickeninformation von dem Beschichter des fotoempfindlichen Materials, den Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge des Belichtungs-Beleuchtungslichts für jede Schaltungsplatine zu steuern. Um darauf zu reagieren, wird die Dicke des fotoempfindlichen Materials T_R auf der Schaltungsplatine (W) tatsächlich vor einer Belichtung gemessen, und dann wird die integrierte Belichtungsmenge auf der Grundlage dieser Dicke gesteuert. Dies erlaubt es, dass der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, erfüllt wird, und dass eine geeignete integrierte Belichtungsmenge auch dann erhalten wird, wenn die Auflösung durch ein Vergrößern der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems verbessert ist und die Schärfentiefe schmaler wird.
Um die integrierte Belichtungsmenge zu steuern, kann die Beleuchtungs- oder Belichtungszeit durch die Projektions-Belichtungsvorrichtung des Schritttyps gesteuert werden, aber für eine Projektions-Belichtungsvorrichtung des Schritt-und-Abtast-Verfahrens kann die integrierte Belichtungsmenge nicht nur durch ein Steuern der Beleuchtung, sondern auch durch ein Steuern der Abtastgeschwindigkeit der Schaltungsplatine (W) oder der Breite der schlitz-ähnlichen Beleuchtungsfläche gesteuert werden.
In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die optimale integrierte Belichtungsmenge des fotoempfindlichen Materials bei einer zugewiesenen Standarddicke, die der Maske entspricht, in einem Speicher vorab gespeichert wird, und dass der Unterschied der Dicke des fotoempfindlichen Materials von der zugewiesenen Dicke berechnet wird, und die integrierte Belichtungsmenge des Belichtungs-Beleuchtungssystems auf der Grundlage dieses Unterschieds eingestellt wird. Dies lässt zu, dass die geeignete integrierte Belichtungsmenge mit einer einfachen Berechnung auch dann erhalten wird, wenn sich die Dicke des fotoempfindlichen Materials ändert.
Wenn das Übertragungsmuster auf der Maske als nächstes auf die Schaltungsplatine (W) von dem Projektions-Belichtungssystem (PL) projektions-belichtet wird, und die Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf die Schaltungsplatine (W) beschichtet ist, 0,5 μm oder weniger ist, ist es wünschenswert, die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,68 oder größer einzustellen. In dem herkömmlichen Belichtungsverfahren ist, wenn die numerische Apertur einfach auf 0,6 oder größer erhöht wird, der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe in Gleichung (6) betrifft, nicht mehr erfüllt. Jedoch kann durch eine Verbesserung bei Fokussteuertechniken und Abflachungstechniken dieser Zustand der Gleichung (6) mit einer numerischen Apertur von 0,68 oder größer, bis hin zu 0,8, erfüllt werden, wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials T_R 0,5 μm oder weniger ist. Somit wird die Auflösung des Musters, das übertragen werden kann, auf das verbessert, was der nächsten Generation entspricht, und der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe erfüllt, ist ebenso erfüllt, ohne die Wellenlänge des Beleuchtungs-Belichtungslichts kürzer auszuführen, oder mit anderen Worten, ohne eine Verwendung einer teuren Belichtungs-Beleuchtungslichtquelle.
Ein Belichtungsverfahren, bei dem ein Übertragungsmuster auf der Maske (R) auf eine Schaltungsplatine (R), die mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist, unter einem Beleuchtungslicht (IL) für eine Belichtungs-Übertragungs-Belichtet wird, wird nun beschrieben werden. Das Belichtungsverfahren führt eine Steuerung der numerischen Apertur für ein Projektions-Belichtungssystem (8) gemäß der Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf die Schaltungsplatine (R) beschichtet ist, aus.
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,7 oder größer eingestellt, wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf die Schaltungsplatine (W) beschichtet ist, 0,2 oder weniger ist, während die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder weniger eingestellt ist, wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf der Schaltungsplatine (W) beschichtet ist, 1,0 μm oder größer ist. Beispielsweise kann, wenn das Belichtungs-Beleuchtungslicht ein KrF-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge von 248 nm) ist, ein Muster, das einem 256 M-Bit-DRAM entspricht (Auflösung von ungefähr 0,25 μm) mit einer hohen Genauigkeit der numerischen Apertur von 0,6 oder weniger übertragen werden, und ein Muster, das einem 1 G-Bit-DRAM (Auflösung von ungefähr 0,18 μm) kann mit einer hohen Genauigkeit einer numerischen Apertur von 0,7 oder größer übertragen werden. Dies bedeutet, dass eine einfache Belichtungsvorrichtung Muster, die zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen entsprechen, mit einem hohen Maß an Genauigkeit übertragen kann.
Eine weitere Ausführungsform des Belichtungsverfahrens gemäß dieser Erfindung ist untenstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Diese Ausführungsform ist eine Anwendung dieser Erfindung, wenn eine Belichtung unter Verwendung einer Projektions-Belichtungsvorrichtung des Schritt- und Abtast-Verfahrens durchgeführt wird.
In dem Zustand unter Belichtung ist, wenn die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials dick ist und der Markierungsstufenunterschied D_M groß ist, die numerische Apertur (NA) verringert, um den Zustand zu erfüllen, der den zugelassenen Bereich seiner Schärfentiefe betrifft. Wenn die numerische Apertur (NA) auf diese Weise reduziert ist, kann die Auflösung R nicht ausreichend sein. Deswegen wird, wenn die Auflösung R verbessert werden muss, das optische Beleuchtungssystem auf den modifizierten Beleuchtungszustand eingestellt, um die Auflösung R zu verbessern, ohne die Schärfentiefe (D) schmaler zu machen. Mit anderen Worten, wird die Lichtmengenverteilung in einen zweiten Bereich (75C, 75D), siehe 7, eingestellt, der die optische Achse (AX) nicht einschließt. Eine Auflösung durch ein Einstellen der numerischen Apertur (NA) auf eine große Zahl wird verbessert, während der Zustand, der den zugelassen Bereich der Schärfentiefe erfüllt, unter verschiedenen Belichtungszuständen erfüllt wird, während sie andererseits ihre Auflösung durch ein Einstellen ihres optischen Beleuchtungssystems auf eine Beleuchtung verbessert, die modifiziert ist, wenn die numerische Apertur (NA) nicht auf eine große Zahl eingestellt werden kann. Durch ein Umschalten der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems können Muster, die den Wert zweier Generationen von Halbleitervorrichtungen entsprechen, unter Verwendung einer einzelnen Belichtungsvorrichtung übertragen werden.
Die Belichtungsvorrichtung besteht aus einem optischen Beleuchtungssystem (1–4, 5A, 10–12), wie in 1 gezeigt, das das Übertragungsmuster, das auf der Maske erzeugt ist, unter Verwendung von Belichtungs-Beleuchtungslicht leuchtet, und einem Projektions-Belichtungssystem (PL), das das Bild des Musters der Maske (R) auf das fotoempfindliche Substrat (W) unter dem Beleuchtungslicht projiziert. Diese Vorrichtung ist mit einem Projektionszustands-Umschaltverfahren (42, 43) ausgestattet, das die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) umschaltet. Ein normaler Beleuchtungszustand tritt auf, wenn die Lichtmengenverteilung an der Beleuchtungs-Pupillenebene, die eine optische Fourier-Konversionsfläche für die Muster der Fläche der Maske (R) innerhalb des optischen Beleuchtungssystems ist, und die den ersten Bereich (75A, 75B) einschließt, die optische Achse (AX) aufweist. Ein modifizierter Beleuchtungszustand tritt auf, wenn die Lichtmengenverteilung im zweiten Bereich (75C, 75D) ist, der die optische Achse (AX) nicht einschließt, und ein Beleuchtungszustands-Umschaltverfahren (5A, 5B, 8, 12–15, 32) schaltet zwischen mehrfachen Beleuchtungszuständen um. Dieses Beleuchtungszustands-Umschaltverfahren stellt das optische Beleuchtungssystem auf den normalen Beleuchtungszustand ein, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) 0,68 oder größer ist, und stellt das optische Beleuchtungssystem auf seinen modifizierten Beleuchtungszustand ein, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder weniger eingestellt ist.
Durch ein Abflachen der Schaltungsplatine kann der Markierungsstufenunterschied (D_M) auf 0,1 μm oder weniger verringert werden, während in dem Zustand unter Belichtung mit einer Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials, die auf 0,5 μm oder weniger eingestellt ist, der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe in Gleichung (6) betrifft, erfüllt werden kann, wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf größer als 0,68 und bis zu etwa 0,8 eingestellt ist. In einem derartigen Bereich der numerischen Apertur (NA) kann, da die Auflösung R äußerst fein ist, das optische Beleuchtungssystem in dem normalen Beleuchtungszustand arbeiten. Andererseits besteht, wenn der Markierungsstufenunterschied D_M etwa 0,8 μm beträgt, und die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials ungefähr 1 μm beträgt, ein Bedarf, die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder größer einzustellen, um den Zustand zu erfüllen, der den zugelassenen Bereich der Ventile betrifft. Wenn die Auflösung R während einer Benutzung zu grob wird, kann die Auflösung durch ein Einstellen des optischen Beleuchtungssystems auf den modifizierten Beleuchtungszustand verbessert werden.
Ein Beispiel eines Beleuchtungszustands-Umschaltverfahrens ist in 5 gezeigt, wo das optische Beleuchtungssystem ein Lichtfluss-Teilungssystem (66, 67) aufweist, das das Beleuchtungslicht in die ersten und zweiten Lichtflüsse (ILP, ILS) teilt. Das erste Lichtfluss-Vergrößerungssystem (68) erweitert die Querschnittsgeometrie des ersten Lichtflusses in eine Ringform. Das zweite Lichtfluss-Vergrößerungssystem (71) erweitert die Querschnittsgeometrie des zweiten Lichtflusses in eine Ringform, wobei die Lichtmengenverteilung in inneren und äußeren Bereichen umgekehrt ist. Das Lichtfluss-Synthesesystem (70, 73) synthetisiert den Lichtfluss von den ersten und zweiten Lichtfluss-Vergrößerungssystemen (68, 71) vor der Beleuchtungssystem-Pupillenebene. Es ist wünschenswert, dass das Beleuchtungszustands-Umschaltverfahren den Lichtfluss (IL'), der zuvor von dem Lichtfluss-Synthesesystem (70, 73) synthetisiert und in die Beleuchtungssystem-Pupillenebene injiziert wurde, führt und eine ringförmige Beleuchtung bei einem Einstellen des modifizierten Beleuchtungszustands ausführt.
Wenn die Beleuchtungsverteilung von dem Beleuchtungslicht in der Austrittsebene des Lichtfluss-Teilungssystems (66, 67) eine monoton abnehmende Verteilung (beispielsweise eine Gauss'sche Verteilung) in der radialen Richtung von der optischen Achse ist, wie in 6(a) gezeigt, dann wird die Beleuchtungsverteilung des Lichtflusses, der von dem ersten Lichtfluss-Vergrößerungssystem (68) initiiert wird, eine ring-ähnliche Verteilung, die in der radialen Richtung monoton abnimmt, wie in 6(b) gezeigt. Die Beleuchtungsverteilung des Lichtflusses, der von dem zweiten Lichtfluss-Vergrößerungssystem (71) injiziert wird, wird eine ring-ähnlich, monoton zunehmende Verteilung in der radialen Richtung, wie in 6(c) gezeigt, so dass eine Beleuchtungsverteilung des synthetisierten Lichts, das von dem Lichtfluss-Synthesesystem (70, 73) injiziert wird, ein flacher Ring wird. Unter Verwendung dieses synthetisierten Rings, um die ringförmige Beleuchtung auszuführen, nimmt der Wirkungsgrad des Beleuchtungslichts zu, und die Beleuchtungsverteilung auf der Maske (R) wird auch gleichförmig.
Ein alternatives Belichtungsverfahren betrifft ein Belichtungsverfahren, das das Bild der Positionsanpassmarkierung (165) auf dem fotoempfindlichen Substrat (W) durch das optische Ausrichtsystem (OBL, 162, 164) unter Beleuchtungslicht für eine Ausrichtung erfasst, wie in den 1 und 11 gezeigt. Eine Positionsanpassung des fotoempfindlichen Substrats (W) wird auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses ausgeführt. Das Bild des Musters, das auf der Maske (R) gebildet ist, wird auf das fotoempfindliche Substrat (W) durch das Projektions-Belichtungssystem (PL) unter dem Beleuchtungslicht (IL) für eine Belichtung projiziert. Es ist mit einem normalen Erfassungsverfahren ausgestattet, das den Abbildungs-Lichtfluss in der Ausrichtungssystem-Pupillenebene (HF2), die die optische Fourier-Konversionsfläche für die Fläche des fotoempfindlichen Substrats (W) in dem optischen Ausrichtungssystem ist, gleichförmig überträgt (167A). Der Umriss-Verstärkungserfassungszustand überträgt den Abbildungs-Lichtfluss bei einer zugewiesenen Verteilung und führt eine Umrissverstärkung durch, und schaltet dann sein optisches Ausrichtungssystem zwischen zwei Erfassungszuständen in Abhängigkeit von der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL).
In dem Zustand unter Belichtung mit einem dünnen fotoempfindlichen Material einer Dicke T_R und einer kleinen Markierungsstufendifferenz D_M des Basismerkmalmusters wird die Basisauflösung R durch ein Erhöhen der numerischen Apertur (NA) innerhalb der Grenzen des zugelassenen Bereichs der Schärfentiefe erhöht. Wenn die Markierungsstufendifferenz D_M klein ist, ist es schwierig, ein Bild mit einem guten Kontrast zu erhalten, um es als die Positionsanpassmarkierung auf dem fotoempfindlichen Substrat (W) durch das optische Ausrichtungssystem unter dem normalen Erfassungszustand zu verwenden. Deswegen wird, wenn die Markierungsstufendifferenz D_M klein ist, und die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems vergrößert ist, indem der Erfassungszustand auf den Umrissverstärkungsmodus eingestellt ist, der Kontrast des Bildes der Positionsanpassmarkierung erhöht, und die Position der Positionsanpassmarkierung wird mit einer hohen Genauigkeit erfasst.
Zusätzlich wird, wenn während des Zustands unter Belichtung die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials dick und die Markierungsstufendifferenz D_M groß ist, die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) verringert, um den Zustand zu erfüllen, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, und sein optisches Ausrichtungssystem wird in den normalen Erfassungszustand gesetzt. Die Markierungsstufendifferenz D_M erzeugt ein großes Positionsanpass-Markierungsbild mit einem guten Kontrast und kann erhalten werden, wenn das System in seinem normalen Betriebszustand arbeitet.
In der obigen Situation ist es wünschenswert, das optische Ausrichtungssystem auf seinen Umrissverstärkungs-Erfassungszustand einzustellen, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems auf 0,68 oder größer eingestellt ist; das optische Ausrichtungssystem sollte auf einen normalen Erfassungszustand eingestellt werden, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder weniger eingestellt ist. Wie oben beschrieben. kann die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,68 oder größer eingestellt werden, wenn die Markierungsstufendifferenz D_M ungefähr 0,1 μm oder weniger ist, und die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials ungefähr 1 μm ist, aber wenn die Markierungsstufendifferenz D_M mit einem ausreichend guten Kontrast hoch ist, kann eine Positionsanpassung des Markierungsbilds unter Verwendung des normalen Erfassungszustands erhalten werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass das optische Ausrichtungssystem für das alternative Verfahren ein Bild der Positionsanpassmarkierung erhält. Es ist möglich, zwischen den beiden Typen von Ausrichtungssensoren in Abhängigkeit von der Markierungsstufendifferenz unter Verwendung eines Ausrichtungssensors für hohe Stufendifferenzmarkierungen umzuschalten, wie etwa dem Abbildungsverfahren (FIA-Verfahren), das in dem normalen Erfassungszustand verwendet wird, und dem Zweifach-Lichtfluss-Interferenzverfahren (LIA-Verfahren), das zwei Lichtflüsse auf die gitter-ähnlichen Positions-Anpassmarkierungen beleuchtet und die Phase des Interferenzlichts erfasst, das aus dem gebeugten Licht besteht, das in der gleichen Richtung von der Markierung erzeugt wird.
Die Erfindung schaltet den Zustand des optischen Beleuchtungssystems für eine Belichtung oder für eine Ausrichtung in Abhängigkeit von der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) um. Diese numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems wird typischerweise auf einen großen Wert eingestellt, wenn die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials dünn ist, und wird auf einen kleinen Wert eingestellt, wenn die Dicke T_R des fotoempfindlichen Materials dick ist. Deswegen kann das optische Beleuchtungssystem für eine Belichtung eingestellt werden, entweder den normalen oder den modifizierten Beleuchtungszustand zu verwenden. In Abhängigkeit von der Dicke des fotoempfindlichen Materials kann das optische Ausrichtungssystem auf entweder das normale oder das Umrissverstärkungs-Erfassungsverfahren eingestellt werden. Überdies kann das optische Ausrichtungssystem zwischen dem Ausrichtungssensor für eine hohe Stufendifferenzmarkierung oder dem Ausrichtungssensor für die niedrige Stufendifferenzmarkierung in Abhängigkeit von der Dicke des fotoempfindlichen Materials umschalten.
Eine Ausführungsform des Belichtungsverfahrens und der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Diese Ausführungsform ist eine Anwendung der Erfindung, wenn eine Belichtung unter Verwendung der Projektions-Belichtungsvorrichtung des Stufen- und Abtastverfahrens ausgeführt wird.
1 ist ein schematisches Diagramm der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform. In 1 wird das Beleuchtungslicht (IL), das aus einem Laserstrahlpuls eine Wellenlänge von 248 nm besteht, die aus einer KrF-Excimer-Laserlichtquelle 1 als die Belichtungslichtquelle emittiert wird, bei einer zugewiesenen Abschwächungsrate in der Strahlabschwächungseinheit 2 abgeschwächt und fällt dann auf die erste Fliegenaugen-Linse 7 durch einen Strahlaufweiter, der aus einer ersten Linse 3, einem Polarisationsspiegel 4 und einer zweiten Linse 6 steht. Das optische Eingangssystem 5A besteht aus der zweiten Linse 6 und der Fliegenaugen-Linse 7, und dieses optische Eingangssystem 5A ist aufgebaut, durch eine Austauscheinheit 8 mit dem optischen Eingangssystem 5B einer ringförmigen Beleuchtung, das untenstehend zu beschreiben ist, austauschbar zu sein.
Das Beleuchtungslicht (IL), dessen Beleuchtungsverteilung durch die erste Fliegenauge-Linse 7 gleichförmig gemacht wird, fällt in die Eingangsebene der Fliegenaugen-Linse 12 der Stufe 2 für eine normale Beleuchtungsverwendung durch die Beleuchtungsverteilungs-Korrekturplatte 9 (die aus einem parallelen Flachglas zum Korrigieren der ungleichmäßigen Beleuchtungsverteilung aufgrund der Richtung des Beleuchtungslichts besteht) die Relaislinse 10 und den Polarisationsspiegel 11 ein. Die Eintrittsebene der ersten Fliegenaugen-Linse 7 ist konjugiert zu der Eintrittsebene der zweiten Fliegenaugen-Linse 12, und das vergrößerte Bild jedes Linsenelements, das die Fliegenaugen-Linse 7 der ersteren umfasst, wird auf der Ausgangsebene und der Fliegenaugen-Linse 12 überlagert. Auch ist die Fliegenaugen-Linse 12 so aufgebaut, mit der Fliegenaugen-Linse 13 für eine ringförmige Beleuchtung, die später zu beschreiben ist, durch einen Austauschmechanismus 14 austauschbar zu sein. In der folgenden Beschreibung wird die optische Achse des optischen Beleuchtungssystems außerhalb der zweiten Fliegenaugen-Linse 12 und das Projektions-Belichtungssystem (PL) als die optische Achse (AX) bezeichnet, die Z-Achse wird als parallel zu der optischen Achse (AX) genommen, die Y-Achse ist normal zu der Papierfläche und normal zu der Z-Achse, und die X-Achse wird als normal zu der Papierfläche genommen.
Hierbei wird die Austrittsebene der zweiten Fliegenaugen-Linse 12 eine optische Fourier-Konversionsfläche (Pupillenebene) für die Musterbildungsfläche der Strichplatte (R), und die Signal-Blendeneinheit 15, die aus einer mehrfachen Beleuchtungssystem-Blende besteht (nachstehend als σ-Blende bezeichnet), ist in der Austrittsebene der Fliegenaugen-Linse 12 angeordnet.
7(a) zeigt die σ-Blendeneinheit 15, die aus drehbaren Platten besteht, die um die Antriebsachse 15a in einem gleichen Abstand gebildet sind, eine σ-Blende 75A für große σ-Werte, eine σ-Blende 75B für kleine σ-Werte, eine σ-Blende 75C für eine erste ringförmige Beleuchtung, und eine σ-Blende 75D für eine zweite ringförmige Beleuchtung. Details bezüglich der Geometrie der σ-Blenden 75A–75D werden später bereitgestellt werden.
Zurückkehrend auf 1, die der Richtung von der Hauptsteuereinheit 29 entspricht, die die Wirkung der gesamten Vorrichtung zentral steuert, zu dem Beleuchtungssteuersystem 32, das die Belichtungszustände betrifft, dreht das Beleuchtungssteuersystem 32 die σ-Blendeneinheit 15 und stellt die zugewiesene σ-Blende in der Austrittsebene der Fliegenaugen-Linse 12 ein. Gleichzeitig tauscht das Beleuchtungssteuersystem 32 die beiden optischen Eingangssysteme 5A und 5B durch die Austauschvorrichtung 8 aus, während die beiden Fliegenaugen-Linsen 12 und 13 durch eine Austauschvorrichtung 14 auch ausgetauscht werden.
Das Beleuchtungslicht (IL), das aus der Fliegenaugen-Linse 12 austritt und durch die zugewiesene σ-Blende der σ-Blendeneinheit 15 transmittiert wird, nachdem es durch die Teilerprismenplatte 16 und die erste Relais-Linse 17, dann die feste Feldblende (feste Strichplattenblende) 18, die in der Z-Neigungsrichtung sequentiell angetrieben wird, gelaufen ist, fällt auf die übliche Feldfinderblende 20 ein, die in der XY-Richtung angetrieben wird. In dieser Ausführungsform ist die bewegliche Feldblende 20 an der konjugierten Fläche der Mustererzeugungsfläche der Strichplatte (R) angeordnet, und die feste Feldblende 18 ist in einer geringfügig tief fokussierten Ebene von dieser konjugierten Fläche platziert. Auch ist eine rechteckige feste Blende zum Definieren des schlitz-ähnlichen Beleuchtungsbereichs der Strichplatte (R) auf der festen Feldblende 18 gebildet. Überdies sind die Positionen in der Z-Richtung und der Neigungswinkel der festen Feldblende 18 auf eine derartige Weise angeordnet, fein mittels des Beleuchtungssteuersystems 32 durch eine Antriebsvorrichtung 19 steuerbar zu sein.
Andererseits besteht die bewegliche Feldblende 20 aus einem Paar beweglicher Klingen 20a und 20b, die sich unabhängig in der Y-Richtung bewegen können, und einem Paar beweglicher Blenden (nicht gezeigt), die sich unabhängig in der X-Richtung bewegen können. Die Bewegung der beweglichen Blenden 20a oder 20b wird durch das Beleuchtungssteuersystem durch die Antriebseinheit 21 gesteuert. Wenn die Abtastbelichtung für jeden Schussbereich auf dem Wafer (W) ausgeführt werden soll, gibt es Fälle, wo das Beleuchtungslicht (IL) einen anderen Bereich als den Strichplatten-(R)-Musterbereich unmittelbar nach dem Start einer Abtastbelichtung und kurz vor einem Beenden beleuchtet. Deswegen weist die bewegliche Feldblende eine zusätzliche Rolle eines Beschränkens des Beleuchtungsbereichs auf, die Strichplatte (R), wie er durch die feste Blende 18 definiert ist, unmittelbar nach einem Starten und kurz vor einem Beenden der Abtastbelichtung auf.
Das Beleuchtungslicht (IL), das durch die feste Feldblende 18 und die bewegliche Feldblende 20 transmittiert wurde, beleuchtet einen schlitz-ähnlichen Beleuchtungsbereich 24, der Musterbildungsfläche der Strichplatte (R) in einer gleichförmigen Beleuchtungsverteilung durch die zweite Relais-Linse 22 und die Kondenserlinse 23. Der Beleuchtungsbereich 24 dieser Ausführungsform ist ein rechteckiger Bereich mit der langen Kante in der X-Richtung, und die Abtastrichtung der Strichplatte (R) ist in der Y-Richtung, die die Richtung parallel zu der Papierfläche ist. Unter diesem Beleuchtungslicht (IL) wird das Muster innerhalb des Beleuchtungsbereichs 24 auf der Strichplatte (R) auf die Projektionsvergrößerung β (β beträgt ¼, 1/5, etc.) von dem Projektions-Belichtungssystem (PL) geschrumpft und wird auf den schlitz-ähnlichen Belichtungsbereich 33 auf der Oberfläche des Wafers (W), der mit einem Fotoresist beschichtet ist, abgebildet. In der Pupillenebene des Projektions-Belichtungssystems (PL) (optische Fourier-Konversionsfläche für eine Musterbildungsfläche der Strichplatte (R) ist eine austauschbare Aperturblende 42 mit einer iris-ähnlichen Blende, und durch ein Ändern des Aperturdurchmessers der austauschbaren Aperturblende 42 mittels der Hauptsteuereinheit 29 durch die Antriebseinheit 43 kann die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems PL zwischen 0,5–0,8 umgeschaltet werden.
Die Strichplatte (R) ist oberhalb der Strichplattenstufe 25 durch eine Vakuumansaugung aufgehängt, und die Strichplattenstufe 25 kann sich über die Strichplattenbasis 26, die in einer Säule (nicht gezeigt) aufgehängt ist, in der Y-Richtung mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit bewegen und ist so angeordnet, geringfügig in der X-, Y- und Dreh-Richtung beweglich zu sein. Ein beweglicher Spiegel 27 ist an dem Endabschnitt der Strichplattenstufe 25 befestigt, und die X-Koordinate, die Y-Koordinate und der Drehwinkel der Strichplattenstufe 25 wird mittels des Laser-Interferometers 28, das platziert ist, dieser gegenüber zu stehen, konstant gemessen. Die Messergebnisse werden der Hauptsteuereinheit 29 zugeführt, und die Hauptsteuereinheit 29 steuert die Bewegung der Strichplattenstufe 25 durch das Strichplattenstufen-Antriebssystem 30 auf der Grundlage der Messergebnisse.
Umgekehrt ist der Wafer (W) oberhalb der Z-Neigungs-θ-Stufe 35 durch einen Wafer-Halter 34, der eine Vakuumansaugung einsetzt, aufgehängt, und die Z-Neigungs-θ-Stufe 35 ist auf einer XY-Stufe 37 durch drei Halter 36A–36C befestigt, die sich in der Z-Richtung vorschieben und zurückziehen können. Durch das Vorschieben und Zurückziehen der drei Halter 36A–36C parallel durch den Antriebsabschnitt innerhalb der XY-Stufe 37 kann die Z-Neigungs-θ-Stufe 35 in der Z-Richtung bewegt werden, und durch ein unabhängiges Bewegen der drei Halter 36A–36C kann der Neigungswinkel um die X-Achse und um die Y-Achse gesteuert werden. Die Z-Neigungs-θ-Stufe 35 ist auch so aufgebaut, dass sie um die Z-Achse innerhalb zugewiesener Grenzen gedreht werden kann. Zusätzlich ist die XY-Stufe 37 so angeordnet, dass sie die Z-Neigungs-θ-Stufe 35 in der Y-Richtung bei einer konstanten Geschwindigkeit oder mit einer Schrittbewegung bewegen kann, und ist auch zu einer Schrittbewegung in der X-Richtung in der Lage. Die Wafer-Stufe besteht aus dem Wafer-Schalter 34, der Z-Neigungs-θ-Stufe 35, den Haltepunkten 36A–36C und der XY-Stufe 37.
Der bewegliche Spiegel 39 ist auch an dem Endabschnitt der Z-Neigungs-θ-Stufe 35 befestigt, und die X-Koordinate, die Y-Koordinate und der Drehwinkel der Z-Neigungs-θ-Stufe 35 (Wafer W) werden von einem Laser-Interferometer 40, das gegenüberliegend dem beweglichen Spiegel 3 angebracht ist, konstant gemessen. Die Messergebnisse werden der Hauptsteuereinheit 29 zugeführt, die Bewegung der XY-Stufe 37 und der Z-Neigungs-θ-Stufe 35 durch die Wafer-Stufensteuersystem 41 auf der Grundlage der zugeführten Messergebnisse gesteuert.
Überdies ist ein Multipunkt-Fokuspositions-Erfassungssystem 48 vom diagonalen Injektionstyp für Autofokus und Auto-Nivellierung auf der Seitenfläche des Projektions-Belichtungssystems (PL) platziert. Diese Ausführungsform ist, da die Dicke des Fotoresists, das auf dem Wafer (W) beschichtet ist, die dünner als herkömmlich ist, wie nachstehend beschrieben, eine Fokussteuergenauigkeit, die höher als die herkömmliche ist, erforderlich. Deswegen wird, wie in der japanischen Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. H6-283404 (U.S. Patent Nr. 5,448,332) die Fokusposition (Position in Z-Richtung) des mehrfachen Messpunkts auf der Oberfläche des Wafers (W) in dieser Ausführungsform unter Verwendung eines Verfahrens gemessen, das auch ein Vorab-Auslese-Verfahren einsetzt. Mit anderen Worten, besteht das Fokus-Positions-Erfassungssystem 48 dieser Ausführungsform aus einem optischen Beleuchtungssystem, das ein Schlitzbild auf mehrfache (z. B. etwa 10) Messpunkte innerhalb des schlitz-ähnlichen Belichtungsbereichs 33 auf den Wafer (W) und den Vorab-Auslese-Bereich, der dem Belichtungsbereich 33 vorangehet, projiziert. Ein optisches Lichtempfangssystem bildet die Schlitzbilder durch ein Empfangen des von den Schlitzbildern reflektierten Lichts zurück ab und erzeugt mehrfache Fokussignale, die dem Seitenabweichungswert der zurück abgebildeten Schlitzbilder entsprechen. Mehrfache Fokussignale werden dem Fokussignal-Verarbeitungssystem 49 zugeführt.
In dem Fokussignal-Verarbeitungssystem 49 werden die Fokusposition Z₁ auf der gemittelten Fläche des Belichtungsbereichs 33 der Wafer-(W)-Fläche und der Neigungswinkel θ_Y1 um die Y-Achse herum aus den mehrfachen Fokussignalen berechnet, während auf ähnliche Weise die Fokusposition Z₂ der gemittelten Fläche in dem Vorablesebereich für den Belichtungsbereich 33 und der Neigungswinkel θ_Y2 um die Y-Achse herum berechnet wird. In der Hauptsteuereinheit 29 wird die Fokusposition Z₃ des Steuerobjekts aus den gewichteten Mitteln der Fokuspositionen Z₁ und Z₂ für den Belichtungsbereich 33 und den Vorablesebereich berechnet, wobei die Abtastgeschwindigkeit des Wafers (W), die Ansprechgeschwindigkeit des Autofokus und der Auto-Nivelliermechanismus berücksichtigt werden. Überdies wird in der Hauptsteuereinheit 29 der Neigungswinkel θ_Y3 des Steuerobjekts um die Y-Achse aus dem gewichteten Mittel des Neigungswinkels θ_Y1 und θ_Y2 für den Belichtungsbereich 33 und den Vorabauslesebereich berechnet. Gleichzeitig wird der Neigungswinkel θ_X3 des Steuerobjekts um die X-Achse aus der Differenziation des Neigungswinkels θ_X1 und θ_X2 für den Belichtungsbereich 33 und den Vorab-Auslesebereich berechnet. Eine Autofokus- und Auto-Nivellierungssteuerung wird auf der Grundlage der Fokusposition Z₃ des Neigungswinkels θ_Y3 und θ_X3 des Steuerobjekts ausgeführt.
Während der Abtastbelichtung startet die Hauptsteuereinheit 29 eine Pulsemission der KrF-Excimer-Laserlichtquelle durch die Belichtungsmengen-Steuereinheit 31 und scannt die XY-Stufe 37 auf der Wafer-Seite in die +Y-Richtung (oder –Y-Richtung) bei der Geschwindigkeit β*VR (β ist die Projektionsvergrößerung), während sie mit dem Abtasten der Strichplattenstufe 25 in der –Y-Richtung (oder +Y-Richtung) bei der konstanten Geschwindigkeit VR auf der Grundlage der Messwerte von dem Laser-Interferometer 28 und 40 synchronisiert. Überdies werden in der Hauptsteuereinheit 29 die Fokuspositionen Z₃, der Neigungswinkel θ_Y3 und θ_X3 des Steuerobjekts in zugewiesenen Perioden auf der Grundlage des mehrfachen Fokussignals, das dem Belichtungsbereich 33 und dem Vorabauslesebereich entspricht, das von dem Fokussignal-Verarbeitungssystem 49 bereitgestellt wird, sequentiell berechnet. Die Fokusposition des Wafers (W) wird durch das Autofokusverfahren so gesteuert, dass seine Fokusposition Z₃ mit der Fokusposition konvergiert, die die beste Abbildungsfläche für das Projektions-Belichtungssystem (PL) ergibt, und der Neigungswinkel des Wafers (W) wird durch das Auto-Nivellierungsverfahren gesteuert, so dass die Neigungswinkel θ_Y3 und θ_X3 auf den Neigungswinkel konvergieren, der den besten Kippwinkel für die beste Abbildungsfläche für das Belichtungsgebiet 33 ergibt, indem die Haltepunkte 36A–36C von dem Wafer-Stufen-Antriebssystem 41 angetrieben werden. Somit wird das Bild des Musters der Strichplatte (R) sequentiell auf das Übertragungsobjekt-Schussgebiet des Wafers (W) bei einer hohen Auflösung übertragen. Das Belichtungsverfahren, das die Strichplattenstufe 25 und die XY-Stufe 37 auf der Waferseite synchron zu der Pulsemission der KrF-Excimer-Laserlichtquelle 1 antreibt, ist beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung H6-132191 (U.S. Patent Nr. 5,591,958) offenbart.
Auch ist, da diese Ausführungsform ein Schritt-und-Abgas-Verfahren ist, die Weite in der Abtastrichtung des Belichtungsgebiets 33 auf dem Wafer schmaler als für das kollektive Belichtungsverfahren, und ein Fokussieren wird kontinuierlich während einer Abtastbelichtung ausgeführt. Deswegen kann, auch wenn die Oberfläche des Wafers (W) eine geringfügige Welligkeit in der Abtastrichtung aufweist, das Belichtungsgebiet 33 des Wafers an die beste Abbildungsfläche jederzeit angepasst werden, und die gemittelte Abweichung der Fokusposition bei einer Belichtung für jeden Punkt in dem Schussgebiet des Übertragungsobjekt-Wafers (W), d. h. die Fokussteuergenauigkeit ist verglichen mit dem kollektiven Belichtungsverfahren (Schritt-und-Wiederhol-Verfahren), wie etwa einer Schritteinheit höher. Jedoch, wenn zuvor bekannt ist, dass die Welligkeit des Wafers (W) klein ist, kann eine ausreichend hohe Fokussteuergenauigkeit für die Projektions-Belichtungsvorrichtung unter Verwendung des kollektiven Belichtungsverfahrens erhalten werden.
Das Belichtungslichtmengen-Steuerverfahren für die Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform wird nun beschrieben werden. Zunächst wird der Beleuchtungsmengen-Monitor 38 in der Nähe der Waferhalterung 34 auf der Z-Neigungs-θ-Stufe 35 platziert, die aus fotoelektrischen Elementen besteht, die so platziert sind, dass die Empfangsfläche auf der gleichen Höhe wie die Fläche des Wafers W ist. Wenn die Beleuchtung des Beleuchtungslichts (IL) auf die Fläche des Wafers (W) direkt gemessen wird, wird die Empfangsfläche des Beleuchtungsmonitors 38 innerhalb des Belichtungsgebiets 33 platziert und das erfasste Signal des Beleuchtungsmonitors 38 wird dem Belichtungslichtmengen-Steuersystem 31 bereitgestellt, das die integrierte Belichtungsmenge (Belichtungsdosis) für jedes Schussgebiet auf dem Wafer (W) steuert. Jedoch wird, wenn die Belichtung tatsächlich auf dem Wafer (W) ausgeführt wird, da die Belichtungslichtmenge nicht direkt auf dem Wafer (W) gemessen werden kann, die Belichtungslichtmenge auf dem Wafer (W) durch ein Teilen und Erfassen der Lichtmenge eines Teils des Beleuchtungslichts (IL) indirekt gemessen, die durch eine σ-Blende oder eine σ-Blendeneinheit 15 der 1 transmittiert wird. Deswegen ist eine Teilerprismenplatte 16 zwischen der Teilerprismenplatte 16 zwischen der σ-Blendeneinheit 15 und der ersten Relaislinse 17 in 1 platziert. Mit anderen Worten, ist die Teilerprismenplatte 16 nahe der Pupillenebene des optischen Beleuchtungssystems platziert.
2(a) ist eine ebene Ansicht, die auf die Teilerprismenplatte 16 von der Seite der Fliegenaugen-Linse 12 sieht, 2(b) ist eine rechte Seitenansicht der 2(a), und 2(c) ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A, wenn die Teilerprismenplatte 16 in das linke und das rechte in 2(a) geteilt ist. Wie in 2(a) gezeigt, besteht die Teilerprismenplatte 16 aus einer Glasplatte einer zugewiesenen Dicke, die das Beleuchtungslicht (IL) transmittiert, und die Strahlteiler 53A und 53B vom Prismentyp sind in ihrem Zentrum und rechten Endabschnitt zum Extrahieren eines Teils des Beleuchtungslichts (IL) eingebettet. Die Transmissionsrate und die Reflexionsrate des Strahlteilers 53A, 53B für das Beleuchtungslicht (IL) betragen ungefähr 95% bzw. 5%.
Wie in 2(b) angezeigt, fällt von dem Beleuchtungslicht, das in der Teilerprismenplatte 16 von der Seite der Fliegenaugenlinse 12 initiiert wird, das Beleuchtungslicht ILF, das von dem Strahlteiler 53B reflektiert wird, auf den Integratorsensor 58B durch das Relaislinsensystem 57B, und dann wird das Ausgangssignal des Integratorsensors 58B dem Integrations-Belichtungsmengen-Berechnungsabschnitt 56 der 1 zugeführt. Ferner kehrt von dem Beleuchtungslicht (IL) für die Belichtungsverwendung, das auf den Wafer (W) von dem Projektions-Belichtungssystem (PL) in 1 eingestrahlt wird, das Reflexionslicht, das von dem Wafer (W) reflektiert wird, zu dem Strahlteiler 53B der 2(b) durch das Projektions-Belichtungssystem (PL) und die Strichplatte (R) zurück, das Reflexionslicht IRL, das von dem Strahlteiler 53B reflektiert wird, fällt auf den Reflexionsratenmonitor 55B ein, der aus fotoelektrischen Elementen besteht, durch das Relaislinsensystem 54B ein, und das Ausgangssignal des Reflexionsratenmonitors 55B wird dem Abbildungseigenschaft-Variations-Berechnungsabschnitt 59 in 1 zugeführt. Die Reflexionsrate für das Beleuchtungslicht (IL) auf dem Wafer (W) kann durch den Abbildungseigenschaft-Variations-Berechnungsabschnitt 59 aus dem Ausgangssignal des Reflexionsratenmonitors 55B berechnet werden. Wie in 2(a) angezeigt, weist der Abschnitt 16a zwischen dem Strahlteiler 53B und dem Relaislinsensystem 57B, 54B eine rechteckige Plattenform an dem Endabschnitt der plattenförmigen Teilerprismenplatte 16 auf, und der Lichtfluss, der von dem Strahlteiler 53B reflektiert wird, wird effizient zu dem Relaislinsensystem 57B, 54B geführt.
Auf ähnliche Weise fällt, wie in 2(c) angezeigt, von dem Licht, das auf den zentralen Abschnitt der Teilerprismenplatte 16 von der Seite der Fliegenaugenlinse 12 einfällt, das Beleuchtungslicht (ILF), das von dem Strahlteiler 53A reflektiert wird, auf den Integratorsensor 58A durch das Relaislinsensystem 57A ein. Auch kehrt das von dem Wafer (W) der 1 reflektierte Licht zu dem Strahlteiler 53A der 2(c) durch das Projektions-Belichtungssystem (PL) und die Strichplatte (R) zurück, und das Reflexionslicht (ILR), das von dem Strahlteiler (53A) reflektiert wird, wirkt auf den Reflexionsratenmonitor 55A durch das Relaislinsensystem 54A ein. Dann werden die Ausgangssignale des Integratorsensors 58A und des Reflexionsratenmonitors 55A dem Integrations-Belichtungsmengen-Berechnungsabschnitt 56 bzw. dem Abbildungseigenschaft-Variationsberechnungsabschnitt 59 zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Teilerprismenplatte 16 in 1 in einem Seitenansichtsdiagramm gezeigt ist, so dass nur das Relaislinsensystem 54B, 57B, der Integratorsensor 58B und der Reflexionsratenmonitor 55B gezeigt sind.
In dieser Ausführungsform sind die Strahlteiler 53A und 53B in dem zentralen Abschnitt und dem Endabschnitt der Teilerprismenplatte 16 platziert. Deswegen verwendet sie, wenn eine Beleuchtung mit einem kleinen Kohärenzfaktor (σ-Wert) unter Verwendung von Beleuchtungslicht, das durch den zentralen Bereich 60 transmittiert wird, ausgeführt wird, das Reflexionslicht von dem Strahlteiler 53A des zentralen Abschnitts, während das Reflexionslicht von dem Strahlteiler 53B an dem Endabschnitt verwendet wird, wenn eine ringförmige Beleuchtung unter Verwendung des Lichts ausgeführt wird, das durch den umgebenden ring-ähnlichen Bereich 60B transmittiert wird. Durch ein Umschalten in den beiden Strahlteilern, die an zwei Stellen platziert sind, kann eine Messung des Beleuchtungslichts genau für ein Beleuchtungsverfahren mit einem kleinen σ-Wert oder ein ringförmiges Beleuchtungsverfahren ausgeführt werden. Überdies kann, wenn eine modifizierte Beleuchtung unter Verwendung der σ-Blende, die aus vier Aperturen besteht, die von der optischen Achse versetzt sind, ausgeführt wird, ein anderer Strahlteiler in den Lichtpfad des Beleuchtungslichts von einer der vier Aperturen platziert werden, und das Relaislinsensystem und fotoelektrische Elemente können platziert werden, um so den Lichtfluss, der von diesem Strahlteiler reflektiert wird, zu empfangen. Somit kann das Beleuchtungslicht von der Fliegenaugen-Linse 12 oder 13 und das reflektierte Licht von dem Wafer mit einer Sicherheit in sämtlichen Beleuchtungslichtzuständen erfasst werden.
Zurückkehrend auf 1 ist die Teilerprismenplatte 16 aufgebaut, äußerst dünn zu sein, da sie Strahlteiler 53A, 53B an ihrem Abschnitt platziert aufweist. In herkömmlicher Weise wurde ein großer Strahlteiler unter einem Neigungswinkel von ungefähr 45 Grad von der optischen Achse in der σ-Blende platziert, und das von dem Strahlteiler reflektierte Licht wurde erfasst, was einen großen Platzbedarf erfordert. Gemäß dieser Ausführungsform kann, da nur eine dünne Teilerprismenplatte benutzt werden muss, das optische Beleuchtungssystem in der Größe verringert werden, und die Auslegung des optischen Beleuchtungssystems wird vereinfacht.
In dieser Ausführungsform kann, indem zuvor das Ausgangssignal des Beleuchtungsgrößenmonitors 38 und das Ausgangssignal von den Integratorsensoren 58A, 58B verglichen wird, der Übertragungskoeffizient zum Erhalten der Belichtungsmenge auf dem Wafer (W) aus dem Ausgangssignal des Integratorsensors 58A, 58B erhalten werden, und dieser Übertragungskoeffizient wird in einem Speicher innerhalb des Belichtungsmengen-Steuersystems 31 gespeichert. Dann führt, wenn die Pulsemission des Beleuchtungslichts (IL) während der Abtastbelichtung gestartet wird, der Indikations-Belichtungsmengen-Berechnungsabschnitt 56 dem Belichtungsmengen-Steuersystem 31 das integrierte Signal, das durch ein Integrieren einer Anzahl von N-Pulsen des Ausgangssignals erhalten wird, von dem Integratorsensor 58B (oder 58A) zu, wobei N die Belichtungspulsanzahl an jedem Punkt auf dem Wafer W ist. In dem Belichtungsmengen-Steuersystem 31 wird die integrierte Belichtungsmenge für jeden Punkt auf dem Wafer (W) durch ein Multiplizieren des Integrationssignals mit dem oben beschriebenen Übertragungskoeffizienten erhalten, und die Belichtungsmenge wird so gesteuert, dass diese integrierte Belichtungsmenge zu dem Zielwert konvergiert.
In dieser Ausführungsform sind Situationen vorhanden, wo die Fotoresistschicht auf dem Wafer (W) dünn ist. Wenn die Resistschicht dünn ist, nimmt der Zielwert für seine integrierte Belichtungsmenge von dem herkömmlichen Beispiel ab. Mit dem Abtastbelichtungsverfahren wird, wenn der Zielwert der integrierten Belichtungsmenge niedrig ist, wird die Belichtungszeit für jeden Punkt auf dem Wafer (W) verkürzt, indem zunächst die Abtastgeschwindigkeit des Stufensystems erhöht wird. Jedoch besteht, da eine obere Grenze für die Abtastgeschwindigkeit des Stufensystems existiert, ein Bedarf, die Beleuchtung des Beleuchtungslichts (IL) abzusenken, wenn die Abtastgeschwindigkeit ihre obere Grenze erreicht. Um die Beleuchtung auf eine derartige Weise zu verringern, führt das Belichtungsmengen-Steuersystem 31 eine Steuerung der Strahlabschwächungsrate in der Strahlabschwächungseinheit 2 in 1 aus. Es sind auch Situationen vorhanden, wo die Strahlabschwächungsrate in der Strahlabschwächungseinheit 2 ausgeführt wird, um die Belichtungspulsanzahl für jeden Punkt auf dem Wafer (W) auf einen bestimmten Wert einzustellen, oder um auf die Ausgangsfluktuation der KrF-Excimer-Laserlichtquelle 1 zu reagieren, die jedes Schussgebiet auf dem Wafer belichtet.
3 zeigt ein Schema einer Zusammensetzung der Strahlabschwächungseinheit 2 dieser Ausführungsform, wobei zwei Glasplatten 61A und 61B symmetrisch zu dem Lichtdraht des Beleuchtungslichts (IL) und unter einem Neigungswinkel von δ platziert sind, wobei die Shutter-Platten 62A und 62B so platziert sind, das reflektierte Licht von den Glasplatten 61A bzw. 61B abzublocken. Der Neigungswinkel δ der Glasplatten 61A und 61B kann durch einen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt) geändert werden, während ihre Symmetrie aufrecht erhalten wird. In diesem Fall wird, indem die Tatsache genutzt wird, dass die Übertragungsrate (1-Strahl-Abschwächungsrate) sich ändert, wenn sich der Neigungswinkel δ ändert, die gewünschte Strahlabschwächungsrate für das Beleuchtungslicht (IL) durch ein Steuern dieses Neigungswinkels erhalten. Da zwei Glasplatten 61A und 61B symmetrisch geneigt werden, weist der optische Pfad des Beleuchtungslichts (IL) keine horizontalen Verschiebungen auf, so dass keine Einstellungen für andere optische Systeme erforderlich sind, wenn die Strahlabschwächungsrate (IL) umgestaltet wird. Überdies verhindert die Shutter-Platte 62A und 62B, dass von den Glasplatten 61A und 61B reflektiertes Licht nach außen der Shutter-Einheit 2 austritt.
In der Strahlabschwächungseinheit 2 in 3 kann die Strahlabschwächungsrate für das Beleuchtungslicht (IL) kontinuierlich innerhalb eines bestimmten Bereichs umgeschaltet werden, aber wenn es gewünscht ist, die Strahlabschwächungsrate für Beleuchtungslicht in mehrfachen Schritten grob umzuschalten, kann eine Energie-Inkremental-Steuereinheit, die aus mehrfachen ND-Filtern mit unterschiedlichen Transmissionsraten besteht, die auf einer Platte vor und hinter der Strahlabschwächungseinheit 2 platziert sind, benutzt werden. In diesem Fall kann, indem die Platte der Strahlabschwächungsrate für das Beleuchtungslicht (IL) gedreht wird, in groben Inkrementen umgeschaltet werden, und indem diese Energie-Grob-Steuereinheit mit der Strahlabschwächungseinheit 2 oder 3 kombiniert wird, kann die Strahlabschwächungsrate für das Beleuchtungslicht IL kontinuierlich über einen weiten Bereich umgeschaltet werden.
Der Korrekturmechanismus für die Abbildungseigenschaft des Projektionsbelichtungssystems (PL) wird nun beschrieben werden, der in der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform platziert ist. Mit anderen Worten wird durch die Beleuchtung des puls-emittierten Beleuchtungslichts (IL) das Projektions-Belichtungssystem (PL) allmählich erwärmt, und das Projektions-Belichtungssystem (PL) wird weiter durch einen Lichtfluss von dem Wafer (W) rückgeworfenen Licht erwärmt, das durch das Projektions-Belichtungssystem (PL) transmittiert wird, so dass sich die Abbildungseigenschaften, wie etwa der Projektions-Vergrößerungsfaktor β oder die Position der besten Abbildungsfläche ändert. Die Abbildungseigenschaften des Projektions-Belichtungssystems ändern sich auch aufgrund eines Atmosphärendrucks oder einer Umgebungstemperatur. Um derartige Änderungen in den Abbildungseigenschaften zu korrigieren, führt diese Ausführungsform eine Information, wie etwa die Leuchtkraft eines Beleuchtungslichts (IL) und eine kumulative Belichtungszeit dem Abbildungseigenschaft-Variationsberechnungsabschnitt 59 in 1 von der Hauptsteuereinheit 29. Überdies werden dem Abbildungseigenschaft-Variationsberechnungsabschnitt 59, wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, Ausgangssignale von den Reflexionsratenmonitoren 55B und 55A zugeführt, die Signale sind, die Reflexionslicht von dem Wafer (W) fotoelektrisch übertragen. Messwerte von dem Atmosphärendruck- und Temperatursensor (nicht gezeigt) werden dem Abbildungseigenschaft-Variationsberechnungsabschnitt 59 auch zugeführt.
Der Abbildungseigenschaft-Variationsberechnungsabschnitt 59 sagt den integrierten Wert des Ausgangssignals des Reflexionsmonitors 55B, 55A, wie auch die Variation der Projektionsvergrößerung β des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf der Grundlage anderer Information, wie etwa einer Variation, in der Abbildungsflächenkrümmung, einer Fokusposition der besten Abbildungsfläche und einer Variation ihres Neigungswinkels vorher und informiert die Hauptsteuereinheit 29 über die Vorhersageergebnisse. Das optische Projektionssystem (PL) ist mit einem Linsenantriebsmechanismus 44 ausgestattet, der ein Teil seines Linsenelements in der optischen Achsen-(AX)-Richtung antreibt, sowie ihn in der Ebene normal zu seiner optischen Achse (AX) neigt, und ist so ausgelegt, dass die Hauptsteuereinheit 29 die Bewegung des Linsenantriebsmechanismus 44 durch das Linsenantriebssteuersystem 45 steuern kann.
Wenn der Vorhersagewert der Variation der Abbildungseigenschaft der Hauptsteuereinheit 29 von dem Abbildungseigenschaft-Variationsberechnungsabschnitt 59 zugeführt wird, treibt die Hauptsteuereinheit 29 einen Teil des Linsenelements des Projektions-Belichtungssystems (PL) durch den Linsenantriebsmechanismus (44), um die Variation der Projektionsvergrößerung β und die Variation in der Abbildungsflächekrümmung zu kompensieren. Überdies korrigiert, um die Fokusposition und den Neigungswinkel der besten Abbildungsfläche anzupassen, die Hauptsteuereinheit 29 die Höhe und den Neigungswinkel der Z-Neigungs-θ-Stufe 35 (Wafer W) durch ein Antreiben der Haltepunkte 36A–36C durch das Wafer-Stufen-Antriebssystem 41. Somit wird ein Zustand aufrechterhalten, wo die Fläche des Wafers (W) zu der besten Abbildungsfläche des Projektions-Belichtungssystems (PL) passt, auch wenn sich die Abbildungseigenschaften des Projektions-Belichtungssystems (PL) geändert haben.
Das optische Beleuchtungssystem dieser Ausführungsform wird nun beschrieben werden. Das optische Beleuchtungssystem ist aufgebaut zwischen dem normalen Beleuchtungsverfahren, wo die Apertur der σ-Blende kreisförmig ist, und dem ringförmigen Beleuchtungsverfahren, welches ein Beispiel des modifizierten Beleuchtungsverfahrens ist, umschaltbar zu sein. Deswegen sind die normale Fliegenaugen-Linse 12 und die Fliegenaugen-Linse 13 für eine ringförmige Beleuchtung als die Fliegenaugen-Linse der zweiten Stufe in 1 austauschbar angebracht. Diese Fliegenaugen-Linse 13 für die ringförmige Beleuchtung wird eingesetzt, wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder weniger eingestellt ist und die ringförmige Beleuchtung ausgeführt werden muss.
4(a) ist eine Seitenansicht der Fliegenaugen-Linse 13 für eine ringförmige Beleuchtung, und 4(b) ist eine ebene Ansicht der Fliegenaugen-Linse 13. Wie in 4(b) gezeigt, ist die Fliegenaugen-Linse 13 durch ein Bündel von Linsenelementen mit einem rechteckigen Querschnitt um das Metallteil 63 mit dem kreuzförmigen Querschnitt herum aufgebaut. In diesem Fall ist die ringförmige σ-Blende 75C oder 75D von der σ-Blendeneinheit 15 in 7(a) in der Austrittsebene der Fliegenaugen-Linse 13 platziert. Wenn der ringförmige Lichtfluss, der den maximalen Querschnitt besitzt, der durch den Linsenelementabschnitt der Fliegenaugen-Linse 13 in 4(b) transmittiert wird, mit (ILC) bezeichnet wird, dann ist die Apertur dieser σ-Blende 75C und 75D so ausgelegt, in den Lichtfluss (ILC) zu passen. Deswegen können die Herstellungskosten unter Verwendung eines Metallteils für das Querschnittsteil der Fliegenaugen-Linse 13 verringert werden, wobei die Anzahl von Linsenelementen verringert wird und gleichzeitig der Vorteil erzielt wird, die gesamte Fläche der σ-Blende 75C, 75D zu beleuchten.
Wenn die Fliegenaugenlinse 13 für eine ringförmige Beleuchtung auf diese Weise verwendet wird, ist die Beleuchtungseffizienz besser, wenn die Verteilung des Beleuchtungslichts (IL) in der Austrittsebene der Fliegenaugen-Linse 13 ringförmig ist. Deswegen platziert, wenn die Fliegenaugen-Linse 13 für eine ringförmige Beleuchtung verwendet wird, das Beleuchtungs-Steuersystem 32 das optische Eingangssystem 5B für eine ringförmige Beleuchtung durch die Austauschvorrichtung 8 zwischen dem Polarisationsspiegel 4 und die Beleuchtungsverteilungs-Korrekturplatte 9.
5 zeigt das optische Eingangssystem 5B an, und in dieser Figur wird angenommen, dass das Beleuchtungslicht (IL) von dem Polarisationsspiegel 4 der 1 ein linear polarisiertes Licht ist. Nachdem es ein nahezu paralleler Lichtfluss durch die Linse 64 geworden ist, wird dieses Beleuchtungslicht (IL) in ein kreispolarisiertes Licht durch eine ¼-Wellenlängenplatte 6 konvertiert und fällt auf einen Polarisationslicht-Strahlteiler 66 ein. Es wird dann in eine P-Polarisationskomponente (ILP) und eine S-Polarisationskomponente (ILS) durch den Polarisationslicht-Strahlteiler 66 aufgeteilt. In 1 ist eine ¼-Wellenlängenplatte (nicht gezeigt) auch innerhalb des optischen Eingangssystems 5A platziert, und das Beleuchtungslicht (IL), das auf die Fliegenaugenlinse 7 einfällt, wird auch in ein kreispolarisiertes Licht konvertiert.
Die 6(a)–(d) zeigen die Beleuchtungsverteilung in dem Querschnitt des Beleuchtungslichts an jedem Abschnitt der 5, wobei die horizontale Achse in den 6(a)–(d) den Ort (r) der Richtung normal zu seiner optischen Achse (AX) unter Verwendung der optischen Achse (AX) des Beleuchtungssystems als den Ursprung zeigt, während die Leuchtkraft an der Position (r) anliegt. Zunächst ist die Leuchtkraftverteilung E_IN(r) des Beleuchtungslichts (IL), das auf den Polarisationsstrahlteiler 66 der 5 einfällt, eine normale Verteilung mit der optischen Achse (AX) als ihre Zentrallinie, wie in 6(a) angezeigt. Diese Leuchtkraftverteilung E_IN(r) ist auch die Leuchtkraftverteilung der P-Polarisationskomponente (ILP) und der S-Polarisationskomponente (ILS), gerade nachdem der bestimmte Verhältniskoeffizient weggenommen ist und es von dem Polarisationslicht-Strahlteiler 66 geteilt ist.
In 5 wird die P-polarisierte Lichtkomponente (ILP), die durch den Polarisationslicht-Strahlteiler 66 transmittiert wird, durch das optische Teil 71 transmittiert, das eine Zylindergeometrie aufweist, wobei ein oberer und unterer Abschnitt (71A, 71B) in eine Konusform bearbeitet ist. Die Leuchtkraftverteilung der P-polarisierten Lichtkomponente (ILP) wird in dem Zentrum dieses optischen Teils 71 geteilt, und da die Innenseite und Außenseite gedreht ist, um wieder ein paralleles Licht zu werden, nimmt die Leuchtkraftverteilung E_IN(r) der P-polarisierten Lichtkomponente (ILP) nach einer Injektion von dem optischen Teil 71 eine Verteilung an, wo die Verteilung, die in 6(a) gezeigt ist, gegen die optische Achse (AX) gedreht und aufgeweitet ist, wie in 6(c) gezeigt.
Andererseits wird die S-polarisierte Lichtkomponente (ILS), die von dem Polarisationslicht-Strahlteiler 66 in 5 reflektiert wird, von einem Spiegel 67 reflektiert und durch ein optisches Teil 68 transmittiert, das ein zylindrisches Teil aufweist, wobei sein oberes Teil 68a konisch abgeschnitten ist, und sein unteres Teil in eine Konusform bearbeitet ist. Da die Leuchtkraftverteilung der S-polarisierten Lichtkomponente (ILS) in seinem Zentrum geteilt ist und wieder paralleles Licht wird, nimmt die Leuchtkraftverteilung E₁(r) der S-polarisierten Lichtkomponente (ILS) gerade nach einer Injektion von dem optischen Teil 71 eine Verteilung an, wo die Verteilung, die in 6(a) angezeigt ist, gegen die optische Achse (AX) gedreht und aufgeweitet ist, wie in 6(b) angezeigt.
Nachdem die P-polarisierte Lichtkomponente (ILP), die von dem optischen Teil 71 initiiert ist, in das S-polarisierte Licht durch die ½-Wellenlängenplatte 72 konvertiert ist, wird sie von dem Spiegel 73 reflektiert, fällt dann auf den Polarisationsstrahl 70 ein und wird dann reflektiert. Umgekehrt wird die S-polarisierte Komponente (ILS), die von dem optischen Teil 68 injiziert wird, in das P-polarisierte Licht von der ½-Wellenlängenplatte 69 konvertiert und durch den Polarisationslicht-Strahlteiler 70 transmittiert, und der Lichtfluss, der die polarisierten Lichtkomponenten synthetisiert, die von dem optischen Teil 68 und 71 injiziert werden, werden von dem Polarisationslicht-Strahlteiler 70 injiziert. Der Lichtfluss wird in ein kreispolarisiertes Licht IL' durch die ¼-Wellenlängenplatte 74 konvertiert, und dieses Beleuchtungslicht IL' fällt auf die Leuchtkraftverteilungs-Kompensationsplatte 9 ein, wie in 1 gezeigt. Die Leuchtkraftverteilung E_out(r) dieses synthetisierten Beleuchtungslichts IL' ist eine flache Kreisform, wie in 6(d) angezeigt. Mit anderen Worten, wird eine Gleichförmigkeit der Leuchtkraftverteilung ähnlich wie bei einem Verwenden der ersten Fliegenaugen-Linse 7 in 1 durch das optische Eingangssystem 5B dieser Ausführungsform erreicht. Überdies ist, da die Querschnittsgeometrie des Beleuchtungslichts IL' in dieser Ausführungsform ringförmig ausgelegt ist, die Benutzungseffizienz des Beleuchtungslichts für den Fall erhöht, wo eine ringförmige Beleuchtung ausgeführt ist.
Eine Relaislinse (nicht gezeigt) ist in der Austrittsebene des Polarisationslicht-Strahlteilers 70 angeordnet, und die Austrittsebene des Polarisationslicht-Strahlteilers 70 und die Einfallsebene der Fliegenaugen-Linse 13 für eine ringförmige Beleuchtung sind aufgrund dieser Relaislinse und der Relaislinse 10 nahezu konjugiert, wie in 1 gezeigt. Die Querschnittsgeometrie in der Einfallsebene der Fliegenaugen-Linse 13 in 4(b) nimmt für ein Beleuchtungslicht IL' der 5 eine Form an, wo der ringähnliche Lichtfluss (ILC) des maximalen Querschnitts, der durch die Fliegenaugen-Linse 13 transmittiert wird, geringfügig vergrößert ist. Somit wird der Verlust von Beleuchtungslicht für den Fall verringert, wo eine ringförmige Beleuchtung ausgeführt wird.
Wie in 1 beschrieben, schaltet diese Ausführungsform die Aperturblende (σ-Blende) des Beleuchtungssystems durch ein Drehen der σ-Blendeneinheit 15 um, und die σ-Blende wird aus vier Typen einer σ-Blende 75A–75D ausgewählt, wie in 7(a) gezeigt.
In 7(a) ist der Radius der Apertur für die σ-Blende 75A, die für einen großen σ-Wert (Kohärenzfaktor) ist, als rα bezeichnet, der Radius einer Apertur für die σ-Blende 75B, die für einen kleinen σ-Wert ist, ist mit rα1 bezeichnet, der Außenradius und der Innenradius der kreisförmigen Apertur für die σ-Blende 75C, der für die Nummer der ringförmigen Beleuchtung ist, sind als rβ und rβ2 jeweils bezeichnet, der Außenradius und der Innenradius für die kreisförmige Apertur der σ-Blende 75D, die für die zweite ringförmige Beleuchtung sind, sind als rβ bzw. rβ1 bezeichnet.
In dieser Ausführungsform wird die σ-Blende für eine kreisförmige Beleuchtung 75C, 75D für den numerischen Apertur-(NA)-Bereich von 0,5–0,6 verwendet, und die σ-Blende für eine kreisförmige Apertur 75A, 75B wird für den numerischen Apertur-(NA)-Bereich von 0,68–0,8 verwendet. Auch wird der σ-Wert des optischen Beleuchtungssystems normalerweise ausgelegt, innerhalb des Bereichs von 0,6–0,8 zu sein und wird auf einen kleinen Bereich von 0,3–0,4 eingestellt, wenn das Kontaktlochmuster übertragen wird. Deswegen wird, wenn die Projektionsvergrößerung β des Projektions-Belichtungssystems (PL) verwendet wird, der Außenradius rβ der Apertur für 75C, 75D einer σ-Blende für eine ringförmige Beleuchtung, die verwendet wird, wenn die numerische Apertur (NA) 0,6 oder weniger ist, wie folgt mit der numerischen Apertur als eine Einheit bestimmt: β·0,6*0,6 ≤ rβ < β*0,8*0,6 (11)
Der Innenradius rβ1 der Apertur der σ-Blende 75D (2/3 kreisförmig) ist auf (2/3) rβ eingestellt, und der Innenradius rβ2 der Apertur der σ-Blende 75C auf (½ kreisförmig) (1/2) rβ eingestellt. Bezüglich der Verwendung der kreisförmigen σ-Blende 75C und 75D kann die Auflösung des Resistmusters vor einem Ausführen eines Testdrucks unter Verwendung der Strichplatte eines Übertragungsobjekts gemessen werden, und die σ-Blende, die die beste Auflösung ergibt, kann verwendet werden. Andererseits wird der Radius rα der σ-Blende 75A, die bei der numerischen Apertur (NA) von 0,68 oder größer verwendet wird, wie folgt unter Verwendung der numerischen Apertur als eine Einheit eingestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine ungefähre numerische Apertur von 0,7 anstelle der numerischen Apertur von 0,68 verwendet wird. β*0,6*0,7 ≤ rα < β*0,8*0,7 (12)
Überdies wird, wie in 7(b) angezeigt, der Radius rβ der Apertur für eine ringförmige Beleuchtung auf ungefähr 1 zu 0,6/0,7 eingestellt, so dass er verglichen mit dem Radius rα eine Apertur für einen großen σ-Wert kleiner wäre. Auch wird der Radius rα1 für die σ-Blende 75B für einen kleinen σ-Wert auf ungefähr ½ ihres Radius rα eingestellt, und die σ-Blende 75B wird verwendet, wenn das Kontaktlochmuster übertragen werden soll.
Zurückkehrend auf 1 wählt in der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform, wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf einen Bereich von 0,5–0,6 von der Hauptsteuereinheit 29 eingestellt ist, das Beleuchtungssteuersystem 32 die Fliegenaugen-Linse 13 für eine kreisförmige Beleuchtung durch die Austauschvorrichtung 14 und setzt entweder die σ-Blende 75C oder 75D in die Ausgangsebene der Fliegenaugen-Linse 13, indem die σ-Blendeneinheit 15 angetrieben wird. Überdies wählt das Beleuchtungssteuersystem 32 das optische Eingangssystem 5B durch die Austauschvorrichtung 8 aus.
Wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf einen Bereich von 0,68–0,8 von der Hauptsteuereinheit 29 eingestellt ist, wird die normale Fliegenaugen-Linse 12 von dem Beleuchtungssystem-Steuersystem 32 gewählt, und eine der Kreis-σ-Blenden 75A oder 75B wird in die Austrittsebene der Fliegenaugen-Linse 12 gesetzt, und das optische Eingangssystem 5A wird ausgewählt. Durch diese Einrichtung wird das Muster der Strichplatte (R) auf den Wafer (W) immer bei dem optimalen σ-Wert ohne ein Verringern der Nutzungseffizienz des Beleuchtungslichts IL übertragen.
Eine Beschreibung wird nun betreffend die Auflösung bereitgestellt werden, die erhalten wird, wenn das Muster der Blende (R) auf den Projektor (W) unter Verwendung der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform übertragen/belichtet wird. Zuerst wird die Auflösung (R) des durch das Projektions-Belichtungssystem projizierten Bildes untenstehend in Gleichung (13) auf eine ähnliche Weise wie in Gleichung (1) unter Verwendung der Wellenlänge λ des Beleuchtungslichts (IL) für eine Belichtung, des k-Faktors k₁ und der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) beschrieben. R = k1*λ/NA (13)
Wenn die Schärfentiefe des projizierten Bilds des Projektions-Belichtungssystems (PL) als D bezeichnet wird, dann ist die Schärfentiefe durch Gleichung (2) unter Verwendung des k-Faktors k₂ gegeben. Überdies besteht, wenn eine Fokussteuergenauigkeit C_F die Markierungsstufendifferenz (Stufendifferenz des Basismusters) D_M eine Resistdicke T_R und der Koeffizient K_UD, der die verwendbare Schärfentiefe UDOF auf der Benutzerseite bestimmt, eingesetzt werden, ein Bedarf, dass diese Ausführungsform den "Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft", der in Gleichung (14) unten gegeben ist, der gleiche wie in Gleichung (6) ist, erfüllt wird. CF + DM + TR*KUD ≤ D = k2*λ/NA2 (14)
Zusätzlich ist in dieser Ausführungsform (a) die Stufenhöhendifferenz D_M auf ungefähr 0,1 μm (oder auf ungefähr 0,05 μm) oder weniger durch die Einführung der Waferabflachungstechnik verringert, und gleichzeitig (b) ist die Fokussteuergenauigkeit C_F auf 0,4 μm durch eine Verbesserung in der Fokussteuertechnik verringert. Überdies ist in dieser Ausführungsform, auch wenn die Schärfentiefe (D) durch ein Erhöhen der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) verschmälert ist, die Resistdicke T_R auf ungefähr 2 μm ausgedünnt (wobei eine herkömmliche Ausführungsform weniger als 1 μm aufweist), so dass der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, erfüllt werden kann. Auch ist der Koeffizient K_UD zum Bestimmen der verwendbaren Schärfentiefe UDOF auf 0,7 eingestellt, und der k-Faktor ist auf 1,7 in Erwägung dieser Verschmälerung der Linienbreite eingestellt.
Unter diesen Bedingungen wird, wenn die numerische Apertur (NA), die die Gleichung (14) erfüllt, und mit NA₂ bezeichnet wird, da die Wellenlänge λ 248 nm ist, die numerische Apertur NA₂: 0,4 + 0,1 + 0,2*0,7 ≤ 1,7*0,248/NA2 2; (NA2 ≤ 0,81) (15)
Deswegen wird der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, auch dann erfüllt, wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,68 erhöht wird. Deswegen nimmt, wenn die numerische Apertur (NA) auf 0,78 eingestellt ist, um eine Fehlerspanne bereit zu stellen, und dieser Wert in die Gleichung (13) eingesetzt wird, die Auflösung (R) in Gleichung (16) an. Es sei darauf hingewiesen, dass der k-Faktor k₁ auf 0,55 eingestellt ist. R = 0,55*0,248/0,78 = 0,18 (μm) (16)
Die Auflösung 0,18 μm ist die Auflösung des Schaltungsmusters, das einem 1 G-Bit-DRAM entspricht. Jedoch wird, wenn die Auflösung R so klein wird, da der k-Faktor k₂ nach einer Optimierung noch kleiner auf einen Wert von ungefähr 1,4 wird, indem 1,4 in den k-Faktor k₂ in der Gleichung (14) eingesetzt wird, die obere Grenze für die numerische Apertur (NA), die den Zustand erfüllt, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, 0,74. Auch wird, indem 0,7, um eine gewisse Fehlerspanne bereit zu stellen, als die numerische Apertur (NA) der Gleichung (13) eingesetzt wird, die Auflösung R ungefähr 0,19 μm. Deswegen kann mit der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform, indem das KrF-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge 248 nm) als das Beleuchtungslicht verwendet wird, indem die Dicke des Fotoresists auf dem Wafer auf ungefähr 0,2 μm eingestellt wird, und die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems auf ungefähr 0,7–0,74 eingestellt wird, ein Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung, das einem 1 G-Bit-DRAM entspricht, auf einen Wafer mit einer hohen Genauigkeit übertragen werden, während der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft.
Es sei darauf hingewiesen, dass Fälle vorhanden sind, wo die Dicke DR auf ungefähr 0,5 μm eingestellt ist, und für derartige Fälle wäre die obere Grenze der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems, die den Zustand erfüllt, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, ungefähr 0,7 (mit k₂ auf 1,7), aber die numerische Apertur (NA) kann auf 0,68 aufgrund einer Fehlerspanne eingestellt werden. Deswegen kann, wenn die Resistdicke T_R auf ungefähr 0,5 μm oder weniger eingestellt ist, der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, auch dann erfüllt werden, wenn die numerische Apertur (NA) auf 0,68 oder weniger eingestellt ist.
In dieser Ausführungsform kann, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf den Bereich von 0,5–0,6, beispielsweise auf 0,55, eingestellt ist, wie aus den Gleichungen (9) und (10), die zuvor beschrieben sind, zu verstehen ist, ein Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung, das einem 256 M-Bit-DRAM entspricht, übertragen werden, während der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, auch dann, wenn die Dicke des Fotoresists auf ungefähr 1 μm eingestellt ist. Auch kann, indem eine ringförmige Beleuchtung ausgeführt wird, die Auflösung, die einem 256 M-Bit-DRAM entspricht, mit einer Sicherheit erhalten werden. Mit anderen Worten, können gemäß der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform Schaltungsmuster, die zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen entsprechen, durch ein Umschalten der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems gebildet werden.
In dieser Hinsicht würde sich die Zeit für einen vollständigen Belichtungsprozess verdoppeln, wenn die Wafer-Abflachungstechnik hinzugenommen würde. Deswegen waren in herkömmlicher Weise die Projektions-Belichtungsvorrichtung, die die Belichtung für die kritische Schicht ausführt, die eine derartige Waferabflachung erfordert, und die Projektions-Belichtungsvorrichtung, die eine Belichtung für eine andere grobe Schicht ausführt, getrennte Vorrichtungen. Die Prozessverwaltung war kompliziert, da die Projektions-Belichtungsvorrichtung für einen einzelnen Wafer unter dem sogenannten Misch-und-Anpass-Verfahren umgeschaltet wurde. Jedoch kann in dieser Ausführungsform die Fertigungslinie und die Prozessverwaltung weiter vereinfacht werden, da eine einzelne Projektions-Belichtungsvorrichtung eine Belichtung für nahezu jedwede Schicht eines einzelnen Wafers ausführen kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass während KrF-Excimer-Laserlicht als ein Beleuchtungs-Belichtungslicht verwendet wird, es in der oben beschriebenen Ausführungsform möglich ist, ein ArF-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge 193 nm) ebenso zu verwenden. Deswegen werden die mögliche Auflösung und andere Größen für den Fall abgeschätzt werden, wo das ArF-Excimer-Laserlicht verwendet wird. Es wird angenommen, dass Systeme, wie etwa das Projektions-Belichtungssystem (PL), für eine Wellenlänge von 192 nm optimiert werden. In diesem Fall wird, indem die Markierungsstufendifferenz auf ungefähr 0,1 μm durch die Waferabflachungstechnik verringert wird, die Resistdicke T_R auf ungefähr 0,2 μm ausgedünnt, und der Koeffizient K_UD zum Einstellen der verwendbaren Schärfentiefe wird auf 0,7 eingestellt. Überdies wird angenommen, dass, indem die Fokussteuertechnik verbessert wird, die Fokussteuergenauigkeit C_F auf 0,2 μm erhöht werden kann. Auch wird der k-Faktor k₂ auf 1,5 in Anbetracht des Verschmälerns der Linienbreite eingestellt.
Wenn die oben erwähnten Zustände vorhanden sind, wird, wenn die Apertur (NA), die den Zustand erfüllt, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe in Gleichung (14) betrifft, auf NA₂ eingestellt, da die Wellenlänge λ 193 nm ist, die numerische Apertur NA₂ wie folgt: 0,2 + 0,1 + 0,2*0,7 ≤ 1,5*0,193/NA2 2, NA2 ≤ 0,81 (17)
Mit anderen Worten ist der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, auch dann erfüllt, wenn die numerische Apertur (NA) auf 0,68 erhöht wird. Wenn die numerische Apertur (NA) auf 0,73 eingestellt ist, um eine Fehlerspanne vorzugeben, und dieser Wert in die Gleichung (13) eingesetzt werden würde, hätte die Auflösung den folgenden Wert. Es sei darauf hingewiesen, dass der k-Faktor auf 0,45 eingestellt ist, um die Linienbreite zu berücksichtigen. R = 0,45*0,193/0,73 = 0,12 (μm) (18)
Diese Auflösung von 0,12 μm ist die Auflösung des Schaltungsmusters, das einem 4 G-Bit-DRAM entspricht. Deswegen kann in der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform, indem ein ArF-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge 193 nm) als das Beleuchtungslicht verwendet wird, die Dicke des Fotoresists auf dem Wafer auf ungefähr 0,2 μm eingestellt wird, und die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems auf 0,73 eingestellt wird, ein Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung, die einem 4 G-Bit-DRAM entspricht, auf einen Wafer mit einer hohen Genauigkeit übertragen werden, während der Zustand erfüllt wird, der den zugelassen Bereich der Schärfentiefe betrifft.
Auf ähnliche Weise kann, wenn ein ArF-Excimer-Laserlicht verwendet wird, indem die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf einen Bereich von 0,5–0,6 eingestellt wird, ein Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung, die einem 1 G-Bit-DRAM entspricht, übertragen werden, während der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, auch dann, wenn die Dicke des Fotoresists auf ungefähr 1 μm eingestellt ist. In diesem Fall kann, indem ebenso eine ringförmige Beleuchtung ausgeführt wird, eine Auflösung, die einem 1 G-Bit-DRAM entspricht, mit einer größeren Sicherheit erhalten werden. Mit anderen Worten können Schaltungsmuster, die zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen entsprechen, unter Verwendung eines einzelnen Projektions-Belichtungssystems gebildet werden.
Überdies kann, wenn die i-Linie einer Quecksilberlampe als das Beleuchtungslicht in der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform verwendet wird, indem die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf einen Bereich von 0,7–0,8 eingestellt wird, und die Dicke des Fotoresists auf ungefähr 0,2 μm eingestellt wird, das Schaltungsmuster der Halbleitervorrichtung, die einem 256 M-Bit-DRAM entspricht, übertragen werden, während der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft. Andererseits kann, wenn die numerische Apertur auf ungefähr einen Bereich von 0,5–0,6 eingestellt ist, das Schaltungsmuster einer Halbleitervorrichtung, die einem 64 M-Bit-DRAM entspricht, mit einer hohen Genauigkeit übertragen werden. In diesem Fall kann, indem ebenso eine ringförmige Beleuchtung ausgeführt wird, eine Auflösung, die einem 64 M-Bit-DRAM entspricht, mit einer größeren Sicherheit erhalten werden. Folglich können gemäß der Projektions-Belichtungsvorrichtung dieser Ausführungsform Schaltungsmuster, die zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen entsprechen, gebildet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Metalldampf-Laserlicht mit einer hohen Modulationswelle eines YAG-Lasers oder eine andere helle Linie als das Belichtungs-Beleuchtungslicht verwendet werden können, für diese Fälle kann die Auflösung verbessert werden, wenn der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, indem das Fotoresist dünn ausgeführt wird und die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems erhöht wird.
Überdies kann, wenn die Stufenhöhendifferenz D_M erhöht wird, und die Resistdicke T_R dünner ausgeführt wird, mit weiteren Fortschritten in den Abflachungstechniken dann die Auflösung R weiter verringert werden, da der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, einfacher erfüllt werden kann.
Diese Ausführungsform setzt weiter eine Waferabflachungstechnik als ein Verfahren eines Erfüllens des Zustands, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe der Gleichung (14) betrifft, ein. Wenn die Waferabflachungstechnik auf diese Weise ausgeführt wird, wird die Markierungsstufendifferenz D_M, die die Stufendifferenz des Schaltungsmusters ist, das auf dem Wafer (W) gebildet ist, auf ungefähr 50 nm oder weniger verringert, und die Stufendifferenz der Wafermarkierung für eine Ausrichtung, die in jedem Schussbereich des Wafers (W) platziert ist, nimmt ebenso ab. Deswegen ist diese Ausführungsform auch mit einem Sensor, der in der Lage ist, eine niedrige Stufendifferenzmarkierung zu erfassen, als der Ausrichtungssensor zum Ausführen einer Ausrichtung jedes Schussbereichs ausgestattet.
In 1 ist der Ausrichtungssensor 50 an dem Seitenteil des Projektions-Belichtungssystems (PL) angeordnet. Dieser Ausrichtungssensor ist auf eine Weise ähnlich dem Ausrichtungssensor aufgebaut, der in der Patentanmeldung Nr. H5-217835 offenbart ist.
8 ist eine Schrägansicht, die den vollständigen Aufbau dieses Ausrichtungssensors 50 schematisch zeigt, wobei das von der gitterähnlichen Wafermarkierung (nicht gezeigt), die auf dem Wafer gebildet ist, reflektierte Licht von dem Spiegel M1 reflektiert wird, auf die Objektivlinse (OBL) einfällt und dann von dem Strahlteiler 1 geteilt wird. Der Lichtfluss, der an dem Strahlteiler BS1 reflektiert wird, fällt auf das Erfassungssystem-Abbildungsverfahren hin. In dieser Ausführungsform ist eine FIA (Feldbildausrichtung) 51A (nachstehend als ein "FIA-System" bezeichnet) in dem oberen Stufenabschnitt des Ausrichtungssensors 50 nach einer Reflektion an dem Spiegel M2 platziert. Umgekehrt fällt der Lichtfluss, der durch den Strahlteiler BS1 transmittiert wird, auf das Detektionssystem des Zweifach-Lichtfluss-Interferenzverfahren ein, d. h. das LIA-(Laser Interferrometrik-Ausrichtungs-)-Verfahren 51B, das an dem unteren Stufenabschnitt platziert ist.
9 veranschaulicht die Zusammensetzung des (FIA)-Systems 51A, und das Beleuchtungslicht (ALA) in dem nicht-fotoempfindlichen Breitband (Bandbreite größer als 270 nm) tritt aus der optischen Faser 116A auf das Fotoresist auf dem Wafer aus, und dieses Beleuchtungslicht (ALA) beleuchtet die Wafer-Beleuchtungs-Feldblende 121A bei einer gleichförmigen Lichtstärke durch die Kondensorlinse 120A. Das Beleuchtungslicht, das durch die Feldblende 121A begrenzt ist, wird von dem Spiegel 122 reflektiert und fällt dann auf die Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 durch das Linsensystem 123A ein. Mehrfache Typen von Aperturblenden (nachstehend als "σ-Blende" bezeichnet) sind auf der Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 platziert, wie untenstehend beschrieben, die so aufgebaut ist, dass die gewünschte σ-Blende durch Einschieben der Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 ausgewählt werden kann.
Das Beleuchtungslicht (ALA), das durch die zugewiesene Signal-Blende in der Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 transmittiert wird, fällt auf den Strahlteiler BS2 ein, und das Beleuchtungslicht (ALA), das von dem Strahlteiler BS2 reflektiert wird, wird von dem Spiegel M2 reflektiert und fällt auf den Strahlteiler BS1 ein. Anschließend beleuchtet das Beleuchtungslicht (ALA) die Wafermarkierung auf dem Wafer entlang der optischen Achse AXa und durch die Objektivlinse (OBL) und den Spiegel M1. In diesem Beleuchtungslichtpfad für den Wafer ist die Feldblendenplatte 121A konjugiert hinsichtlich des Linsensystems 123A und der Objektivlinse (OBL) mit dem Wafer, und der Beleuchtungsbereich gegenüber dem Wafer durch das (FIA)-System 51A ist unilateral durch die Apertur definiert, die auf der Feldblendenplatte 121A gebildet ist.
Reflektionslicht wird dann von dem Wafer erzeugt, der durch das Beleuchtungslicht (ALA) von der optischen Faser 116A beleuchtet wird, und dieses Reflektionslicht fällt auf den Strahlteiler BS2 durch den Spiegel M1, die Objektivlinse (OBL), den Strahlteiler BS1 und den Spiegel M2 ein. Ungefähr ½ dieses Reflektionslichts wird durch den Strahlteiler BS transmittiert und fällt auf das optische Detektionssystem ein. Dieses optische Detektionssystem besteht aus einer Apertur-Blendenplatte 163, einem ersten Relaislinsensystem 127 zum Abbilden, einem Spiegel 128, einem Interferenzfilter 129, einem zweiten Relaislinsensystem 131 und einem Strahlteiler BS3. Mehrfache Typen von Aperturblenden sind auf der Aperturblendenplatte 163 platziert, die so konfiguriert ist, dass die gewünschte Aperturblende durch ein Schieben der Aperturblendenplatte 163 ausgewählt werden kann.
Das von dem Wafer zurückgeworfene Licht, das durch die zugewiesene Aperturblende in der Aperturblendenplatte 163 transmittiert wird, fällt auf den Strahlteiler BS3 durch das Linsensystem 124 ein, und das zurückgeworfene Licht, das von dem Strahlteiler BS3 geteilt wird, fällt auf das Bildelement 108X für die X-Richtung, und das Bildelement 108Y für die Y-Richtung ein, die beide aus der zweidimensionalen CCD bestehen und ein Bild der Indikatormarkierung und ein Bild der Wafermarkierung auf der Waferfläche auf der Abbildungsfläche jedes Bildelements 108X und 108Y bilden.
Mit anderen Worten ist hinsichtlich der Objektivlinse (OBL) und des Synthesesystems des Linsensystems (124) die Waferfläche und die Indikatorplatte 126 konjugiert, während hinsichtlich des Linsensystems 127 und 131 die Indikatorplatte 126 und ihre Abbildungsflächen konjugiert sind. Auch ist es so konfiguriert, dass das optische System 130 einer variablen Energie nahe dem Interferenzfilter 129 eingefügt werden kann, so dass die Vergrößerung des Bilds der Wafermarkierung und der Indikatorplatte geändert werden können. Auch dient die Interferenzplatte 129 der Rolle eines Abschirmens des starken Laserlichts, das in dem unten beschriebenen LIA-System verwendet wird.
9 veranschaulicht weiter ein Beleuchtungssystem, das platziert ist, um die Indikatorplatte 129 unabhängig zu beleuchten. Dieses Beleuchtungssystem schließt eine optische Faser 116B, eine Kondensorlinse 120B, eine Beleuchtungsfeld-Blendenplatte 121B, einen Spiegel 122B und ein Linsensystem 123B ein. Das Beleuchtungslicht, das aus der optischen Faser 116B austritt, fällt auf den Strahlteiler BS2 von der Seite gegenüberliegend zu dem optischen Pfad des Beleuchtungslichts (ALA) für den Wafer durch die Kondensorlinse 120B- das Linsensystem 123B und wird dann von dem Strahlteiler BS2 reflektiert und beleuchtet die Indikatorplatte 126.
Das Bildsignal des Bildelements 108X, 108Y wird dem Ausrichtungssignal-Verarbeitungssystem 52 in 1 zugeführt, und durch eine Bildverarbeitung dieser Bildsignale in dem Ausrichtungssignal-Verarbeitungssystem 52 wird die Position der Wafermarkierung auf dem Erfassungsobjekt erfasst, und dieses Erfassungsergebnis wird der Hauptsteuereinheit 29 zugeführt. Auf der Grundlage der Position jeder Wafermarkierung wird die Ausrichtung des Wafers (W) in der Hauptsteuereinheit 29 ausgeführt.
Als nächstes zeigt 10 die Zusammensetzung des LIA-Systems 51B, wobei in 10 der Laserstrahl von einer He-Ne-Laserlichtquelle 106 durch den Strahlteiler BS8 von dem Shutter 140 geteilt wird. Der Laserstrahl LB, der durch den Strahlteiler BS8 transmittiert wird, fällt auf eine Heterodyn-Doppellichtfluss-Einheit 141X durch mehrfache Umlenkspiegel in dem LIA-System in der X-Richtung. In dieser Heterodyn-Doppelichtfluss-Einheit 141X ist ein Paar von Frequenzschiebern unterschiedlicher Antriebsfrequenz (akusto-optisches Element) und ein Synthesesystem angeordnet, das den Laserstrahl, der aus dem Frequenzschieber austritt, der eine Frequenzmodulation aufgenommen hat, parallel zu der optischen Achse synthetisiert. Die beiden Laserstrahlen LB1x, LB2x, die aus dem Synthesesystem austreten, fallen auf das Linsensystem 142X ein und beleuchten die Aperturplatte 143X gleichförmig, die an der rückseitigen Fokusfläche des Linsensystems 142X platziert ist. Deswegen wird ein eindimensionales Interferenzband durch das Kreuzen der beiden Laserstrahlen LB1x, LB2x auf der Aperturplatte 143X gebildet werden. Überdies wandert, da sich die Treiberfrequenzen des Paars der Frequenzschieber in der Heterodyn-Doppellichtfluss-Einheit 141X voneinander unterschieden, dieses eindimensionale Interferenzband in der Teilungsrichtung bei einer Geschwindigkeit, die der Frequenzdifferenz entspricht.
Die beiden Laserstrahlen, die durch die Aperturplatte 143X beschränkt sind, werden von dem Strahlteiler BS6 teilweise reflektiert, und erreichen, nachdem sie durch das Linsensystem 144X, den Strahlteiler BS4, den Strahlteiler BS1 gelaufen sind, den Wafer über die Objektivlinse (OBL) und den Spiegel M1. Da die beiden Laserstrahlen LB1x, LB2x symmetrisch von der X-Richtung geneigt sind, beleuchten sie die gitterförmige X-Achsen-Wafermarkierung, die auf dem Wafer angeordnet ist, und ein Plus-Minus-Beugungslicht erster Ordnung wird normal zu der Wafermarkierung erzeugt. Diese beiden Plus-Minus-Beugungslichtanteile erster Ordnung interferieren miteinander, da die Polarisationsrichtung die gleiche ist, und gleichzeitig variiert die Interferenzintensität periodisch mit der Frequenzdifferenz des Paars der Frequenzschieber, d. h. der Schwebungsfrequenz.
Dieses Interferenzschwebungslicht fällt auf den Strahlteiler BS6 über den Spiegel M1, die Objektivlinse (OBL), den Strahlteiler BS1, BS4 und das Linsensystem 144X ein, und das Interferenzschwebungslicht, das durch diesen Strahlteiler BS6 transmittiert wird, erreicht die Aufnahmeaperturplatte 145X. Die Aufnahmeaperturplatte 145X ist in einer Position konjugiert zu dem Linsensystem 144X hinsichtlich der Objektivlinse (OBL) platziert und besitzt eine Apertur, die es zulässt, dass nur das Interferenzschwebungslicht transmittiert wird. Das Interferenzschwebungslicht, das durch die Aperturplatte 145X transmittiert wird, erreicht einen fotoelektrischen Sensor 148X über einen Spiegel 146X und eine Linse 147X, und das Schwebungssignal wird aus dem fotoelektrischen Sensor 148X ausgegeben.
Der Laserstrahl, der von dem Strahlteiler BS8 reflektiert wird, fällt auf das LIA-System für die X-Richtung über einen Spiegel ein. Dieses LIA-System für die Y-Richtung besteht aus dem Folgenden, wobei es nahezu symmetrisch zu dem LIA-System für die X-Richtung ist: einer Heterodyn-Doppellichtfluss-Einheit 141Y, einem Linsensystem 142Y, einer Aperturplatte 143Y, einem Strahlteiler BS5, einem Linsensystem 144Y, einer Aufnahmeaperturplatte 145Y, einem Spiegel 146Y, einem Linsensystem 147Y und einem fotoelektrischen Sensor 148Y. Jedoch ist die Heterodyn-Doppellichtfluss-Einheit 141Y in einem Winkel von 90 Grad gegenüber der Heterdyn-Doppellichtfluss-Einheit 141X platziert, und die beiden Laserstrahlen LB1y, LB2y von der Heterodyn-Doppellichtfluss-Einheit 141Y werden so emittiert, dass sie sich in der Y-Richtung gegenüber der Y-Achsen-Wafermarkierung auf dem Wafer kreuzen. Somit wird das Schwebungssignal, das der Y-Achsen-Wafermarkierung entspricht, aus dem fotoelektrischen Sensor 148Y ausgegeben.
Um das Referenzsignal aus dem Schwebungssignal von dem fotoelektrischen Signal 148X und 148Y zu erhalten, fallen der Laserstrahl aus dem Laserstrahl LB1x und LB1x, die durch den Strahlteiler BS4 transmittiert werden, und der Laserstrahl aus dem Laserstrahl LB1y und LB2y, die von dem Strahlteiler BS4 reflektiert werden, auf den Strahlteiler BS7 über ein Linsensystem 150 und einen Spiegel 151 ein. Der Laserstrahl, der von dem Strahlteiler BS7 reflektiert wird, fällt auf eine Beugungsgitterplatte 153X vom Transmissionstyp über einen Spiegel 152 ein. Die Beugungsgitterplatte 153X vom Transmissionstyp bildet ein Beugungsgitter an einer Position konjugiert zu der Apertur der X-Achsen-Aufnahmeapertur 145X mit dem Rest als ein Abschirmabschnitt, und die Laserstrahlen LB1x und LB2x fallen auf das Beugungsgitter ein, das Interferenzschwebungslicht, das aus dem Plus-Minus-Beugungslicht erster Ordnung besteht, das aus diesem Beugungsgitter erzeugt wird, fällt auf den fotoelektrischen Sensor 155X über das Linsensystem 154X für eine Fourier-Konversion ein, und ein Referenzsignal für die X-Achse wird von dem fotoelektrischen Sensor 155X ausgegeben.
Der Laserstrahl, der durch den Strahlteiler BS7 transmittiert wird, fällt auch auf die Beugungsgitterplatte 153Y vom Transmissionstyp ein. Die Beugungsgitterplatte 153Y vom Transmissionstyp bildet ein Beugungsgitter an einer Position konjugiert zu der Apertur der Y-Achsen-Empfangsaperturplatte 145X mit dem Rest als einen Abschirmabschnitt, und die Laserstrahlen LB1y und LB2y fallen auf das Beugungsgitter ein, das Interferenzschwebungslicht, das aus dem Plus-Minus-Beugungslicht erster Ordnung besteht, das aus diesem Beugungsgitter erzeugt wird, fällt auf den fotoelektrischen Sensor 155Y über das Linsensystem 154Y für eine Fourier-Konversion ein, und das Referenzsignal für die Y-Achse wird von dem fotoelektrischen Sensor 155Y ausgegeben.
Das Schwebungssignal von dem fotoelektrischen Sensor 148X und 148Y, sowie das Referenzsignal von dem fotoelektrischen Sensor 155X und 155Y werden jeweils dem Ausrichtungssignal-Verarbeitungssystem 52 zugeführt, das die Position der Wafermarkierung des Erfassungsobjekts für die X-Achse und die Y-Achse erfasst, und die Erfassungsergebnisse der Hauptsteuereinheit 29 zuführt. Der Hauptsteuereinheit 29 wird die Ausrichtung des Wafers (W) auf der Grundlage der Position jeder Wafermarkierung ausgeführt.
Wie oben beschrieben, ist der Ausrichtungssensor 50 dieser Ausführungsform mit dem (FIA)-System 51A und dem LIA-System 51B ausgestattet. In diesem Fall ist das (FIA)-System 51A in der Lage, eine Wafermarkierung, die eine Stufendifferenz von 100 nm (0,1 μm) oder größer aufweist, bei einem hohen SN-Verhältnis zu erfassen, und da es ein Bildverarbeitungsverfahren ist, kann es eine Positionserfassung für die Wafermarkierungen, die eine Asymmetrie aufweisen, oder die Wafermarkierungen, die eine raue Oberfläche aufweisen, ausführen. Andererseits ist das LIA-System 51B in der Lage, die niedrige Stufendifferenzmarkierung (Stufendifferenz von ungefähr 50 nm oder weniger) einer hohen Genauigkeit zu erfassen. Deswegen kann es, indem das (FIA)-System 51A für die hohe Stufendifferenzmarkierung und das LIA-System 51B für die niedrige Stufendifferenzmarkierung eingesetzt wird, es mit sämtlichen Arten von Halbleitervorrichtungen zurecht kommen.
In dieser Ausführungsform ist die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder weniger eingestellt, wenn die Markierungsstufendifferenz D_M hoch ist, und die numerische Apertur (NA) ist auf 0,68 oder größer eingestellt, wenn die Markierungsstufendifferenz D_M niedrig ist. Mit anderen Worten wird in dieser Ausführungsform der Ausrichtungssensor normalerweise so umgeschaltet, dass das (FIA)-System 51A eingesetzt wird, wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,6 oder weniger eingestellt ist, und das LIA-System 51B wird verwendet, wenn die numerische Apertur (NA) auf 0,68 oder größer eingestellt ist. Jedoch liegt, wenn die Teilung der Wafermarkierung, die in den Schussbereich auf dem Wafer platziert ist, 8 μm beträgt, der Erfassungsbereich (Aufnahmebereich) durch das LIA-System 51B innerhalb plus-minus 2 μm, so dass ein Bedarf besteht, eine grobe Positionserfassung (Suchausrichtung) der Wafermarkierung vor einer endgültigen Ausrichtung (Fein-Ausrichtung) unter Verwendung des LIA-Systems 51B auszuführen. Deswegen ist in dieser Ausführungsform, wie unten beschrieben, ein Mechanismus, der in der Lage ist, eine niedrige Stufendifferenzmarkierung zu erfassen, zu dem (FIA)-System 51A hinzugenommen, so dass die Suchausrichtung für die Wafermarkierung mit einer niedrigen Stufendifferenz unter Verwendung des (FIA)-Systems 51A ausgeführt werden kann, das auf die Erfassung einer niedrigen Stufendifferenzmarkierung umgeschaltet ist.
Der Erfassungsmechanismus für eine niedrige Stufendifferenzmarkierung durch das (FIA)-System 51A wird im Detail nicht beschrieben werden. 11(a) ist ein schematisches Diagramm, das durch ein Weglassen der Spiegel aus dem (FIA)-System 51A der 9 vereinfacht ist. In 11(a) wird das Beleuchtungslicht (ALA), das aus der optischen Faser 116A austritt, entlang der optischen Achse AXa in die Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 durch die Kondensorlinse 120 und das Linsensystem 123 injiziert.
Das Beleuchtungslicht, das durch das durch die zugewiesene σ-Blende der Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 transmittiert wird, fällt auf den Strahlteiler 162 ein, und das Beleuchtungslicht, das durch den Strahlteiler 162 transmittiert wird, beleuchtet die Wafermarkierung auf dem Wafer (W) über die Objektivlinse (OBL). Ferner zeigt der optische Pfad des Beleuchtungslichts (ALA) mit durchgezogener Linie in 11(a) die konjugierte Beziehung zu der Wafermarkierung. Der optische Pfad mit gestrichelter Linie zeigt die konjugierte Beziehung zu der Pupille an. Mit anderen Worten ist die Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 an einer optischen Fourier-Konversionsstelle (Beleuchtungssystem-Pupillenebene) HF1 der Bildungsfläche der Wafermarkierung 165 positioniert.
Wie in 11(b) angezeigt, sind die normale σ-Blende 166A, die ringförmige σ-Blende 166B und die modifizierte (in einem eingeschränkten Sinn) σ-Blende 166C, die aus vier kreisförmigen Aperturen besteht, die von der optischen Achse versetzt sind, in der Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 gebildet. Sie ist so ausgelegt, dass die gewünschte σ-Blende der drei σ-Blenden in den optischen Pfad des Beleuchtungslichts (ALA) gesetzt werden kann, indem die Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 in der Richtung normal zu der optischen Achse AXA verschoben wird. In diesem Beispiel wird die normale σ-Blende 166A verwendet, wenn eine hohe Stufendifferenzmarkierung mit der Markierungsstufendifferenz D_M von 100 nm oder mehr erfasst wird, und eine ringförmige σ-Blende 166B oder eine modifizierte σ-Blende 166C wird verwendet, wenn eine niedrige Stufendifferenzmarkierung mit der Markierungsstufendifferenz D_M von 100 nm oder weniger erfasst wird. Mit anderen Worten wird die ringförmige σ-Blende 160B oder die modifizierte σ-Blende 166C als ein Umrissverstärkungsfilter der Beleuchtungsystemseite zum Verstärken der Phase (Stufendifferenz) des Phasenobjekts mit einer ungleichmäßigen Oberfläche verwendet.
Wie in 11(a) gezeigt, kehrt das von dem Wafer 165 zurückgeworfene Licht zu dem Strahlteiler 162 über die Objektivlinse (OBL) zurück, und das zurückgeworfene Licht, das von dem Strahlteiler 162 reflektiert wird, bildet das Bild der Wafermarkierung auf der Abbildungsfläche des Bildelements 108Y entlang der optischen Achse AXb über die Aperturblendenplatte 163 und die Abbildungslinse 164. Die Aperturblendenplatte 163 ist in der optischen Fourier-Konversionsebene (Pupillenebene) HF2 für die Bildungsfläche der Wafermarkierung 165 platziert.
Wie in 11(c) angezeigt, sind die normale Aperturblende 167A, die ringförmige Aperturblende 167B und eine modifizierte (in einem eingeschränkten Sinn) Aperturblende 167C, die aus vier kreisförmigen Aperturen besteht, die von der optischen Achse versetzt sind, auf der Aperturblendenplatte 163 gebildet. Sie ist so ausgelegt, dass die gewünschte Aperturblende dieser drei Aperturblenden in dem optischen Pfad des zurückgeworfenen Lichts gesetzt werden kann, indem die Aperturblendenplatte in der Richtung normal zu der optischen Achse AXb geschoben wird. In diesem Beispiel wird die normale Aperturblende 167A verwendet, wenn die hohe Stufendifferenzmarkierung mit der Markierungsstufendifferenz D_M von 100 nm oder mehr erfasst wird. Die ringförmige Aperturblende 167B oder die modifizierte Aperturblende 167C wird verwendet, wenn die niedrige Stufendifferenzmarkierung mit der Markierungsstufendifferenz D_M von 100 nm oder weniger erfasst wird. Mit anderen Worten wird die ringförmige Aperturblende 167B oder die modifizierte Aperturblende 167C als ein Umrissverstärkungsfilter zum Verstärken der Phase (Stufendifferenz) verwendet. Deswegen wird, da das Umrissverstärkungsfeld aus der ringförmigen σ-Blende 166B oder der modifizierten σ-Blende 166C besteht, eine ringförmige Aperturblende 1678 oder eine modifizierte Aperturblende 167C in dieser Ausführungsform verwendet. Das Bild der niedrigen Stufendifferenz kann in einem hohen Kontrast erfasst werden.
Das Umschalten der σ-Blende und der Aperturblende wird durch die ringförmigen Blenden 166B und 167B oder die modifizierte Blende 166C und 167C unbedingt durchgeführt, wenn die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) 0,68 oder größer ist. Andererseits ist, wenn die numerische Apertur 0,6 oder weniger beträgt, die Markierungsstufendifferenz D_M normalerweise hoch. Jedoch kann benutzungsabhängig die niedrige Stufendifferenzmarkierung verwendet werden, wenn die numerische Apertur (NA) 0,6 oder weniger beträgt, da der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, erfüllt ist. Deswegen kann, wenn die numerische Apertur auf 0,6 oder weniger gesetzt ist, und eine Belichtung für ein Los von Wafern durchgeführt wird, die Bestimmung der Höhe oder Niedrigkeit der Stufendifferenz der Wafermarkierung durch den ersten Wafer des Loses wie folgt ausgeführt werden:
Zunächst wird das Bildsignal SY aus dem Bildelement 108Y bei dem ersten Wafer des Loses eingegeben. Wie in 12(a) angezeigt, wird eine zweidimensionale Markierung (eine Markierung, die für sowohl die X-Achse als auch die Y-Achse verwendet wird), die aus drei vorstehenden und ausgesparten Markierungen in unterschiedlicher Beabstandung in sowohl den X- als auch Y-Richtungen besteht, für die Wafermarkierung 165 angenommen. Das Signal, das das Bildsignal SY mittelt, das aus dem Bildelement 108Y innerhalb des rechteckigen Beobachtungsfelds 168 ausgegeben wird, das die Wafermarkierung 165 einschließt, wird verwendet, um die Wafermarkierung 165 von anderen Markierungen zu unterschieden, und zur Positionserfassung in der Y-Richtung.
12(b) zeigt das Bildsignal SY, das erhalten wird, wenn die große kreisförmige Signal-Blende 166A und die Aperturblende 167A verwendet werden, während 12(c) das Bildsignal SY zeigt, das erhalten wird, wenn die ringförmige Signal-Blende 166B und die Aperturblende 167B oder die modifizierte σ-Blende 167C und die Aperturblende 167C verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das Bildsignal SY als eine Funktion der Y-Koordinate innerhalb des Beobachtungsfelds 168 gezeigt ist. Das Bildsignal SY in 12(c) weist einen hohen Kontrast auf, auch wenn die Markierungsstufendifferenz der Wafermarkierung 165 100 nm oder mehr beträgt, und die Position in der Y-Richtung für die drei Markierungen a1, b1 und c1 kann mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden. Mit anderen Worten wird, da die Markierungsstufendifferenz D_M von ungefähr 100 nm auf 10 nm abnimmt, der Kontrast des Bildsignals SY der 12(b) niedriger, und die Ungleichmäßigkeit wird verringert, während das Bildsignal SY der 12(c) einen ausreichenden Kontrast für eine Erfassung beibehält, wobei der Umriss der ungleichmäßigen Markierung durch ein Ändern des Beleuchtungszustands verstärkt wird.
Wenn eine Belichtung eines Loses von Wafern mit der numerischen Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL), die auf 0,6 oder weniger eingestellt ist, ausgeführt wird, wird eine Erfassung unter Verwendung des (FIA)-Systems 51A für den ersten Wafer ausgeführt, während auch eine große kreisförmige σ-Blende 166A und eine Aperturblende 167A ausgewählt werden, und dann der Kontrast C1 des erhaltenen Bildsignals SY, wie in 12(b) gezeigt, erhalten wird. Wenn der Kontrast C1 kleiner als der zugewiesene Standardwert ist, wird eine Erfassung durch ein Einstellen der ringförmigen σ-Blende 166B oder der modifizierten σ-Blende 166C in der Beleuchtungssystem-Aperturblendenplatte 161 und ein Einstellen der kreisförmigen Aperturblende 167B oder der modifizierten Aperturblende 167C in der Aperturblendenplatte 163 ausgeführt, wodurch der Kontrast C2 des Bildsignals SY der 1(c) erhalten wird. Als nächstes werden der Kontrast C1, der anfangs erhalten wird, und der Kontrast C2, der als nächstes erhalten wird, verglichen. Der Erfassungszustand, der den höheren Kontrast ergibt, wird ausgewählt, und für die nachfolgenden Wafer des Loses wird die Erfassung der Wafermarkierung durch ein Einstellen des (FIA)-Systems 51A auf den ausgewählten Erfassungszustand ausgeführt. Dies weist den Vorteil auf, dass die Wafermarkierung in einem Erfassungszustand mit einem hohen Kontrast in Fällen erfasst werden kann, wo nicht bekannt ist, ob die Stufendifferenz auf der Wafermarkierung größer oder geringer als 100 nm ist, oder nahe bei 100 nm ist.
Der Kontrast des Bildsignals SY, das erhalten wird, wenn die Blende 166B und 167B oder 166C und 167C umgeschaltet werden, kann verglichen werden, und die Blenden, die den größeren Kontrast ergeben, können verwendet werden. Ferner müssen die ringförmige σ-Blende 166B und eine ringförmige Aperturblende 167B nicht kombiniert werden, so dass jedwede Kombination verwendet werden kann, die einen hohen Kontrast des erhaltenen Bildsignals SY ergibt. Überdies wird in dem Beispiel der 11 eine Blende für Licht und Schatten (Amplitudenverteilung) als eine Aperturblende 167A, 167C verwendet, aber das Phasenfilter, das die Phasenverteilung des Lichtflusses ändert, der durch die Pupillenstelle transmittiert wird, kann verwendet werden, um eine Umrissverstärkung von niedrigen Stufendifferenzmarkierungen auszuführen.
Ein Belichtungsverfahren weist den Vorteil auf, dass durch eine Erhöhung der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems, wenn die Markierungsstufendifferenz niedrig ist und das fotoempfindliche Material dünn ist, die Auflösung weiter verbessert werden kann, und der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, erfüllt werden kann, ohne die Wellenlänge des Belichtungs-Beleuchtungslichts kürzer auszuführen. Auch kann eine ausreichend hohe Auflösung mit dem Beleuchtungszustand in dem normalen Beleuchtungszustand erhalten werden, auch wenn die numerische Apertur groß ist.
Mit anderen Worten kann ein Muster, das der nächsten Generation eines 256 M-Bit-DRAM entspricht, unter Verwendung der i-Linie der Quecksilberlampe als das Belichtungs-Beleuchtungslicht gebildet werden, ein Muster, das der nächsten Generation eines 1 G-Bit-DRAM entspricht, kann unter Verwendung von KrF-Excimer-Laserlicht gebildet werden, und ein Muster, das der nächsten Generation eines 4 G-Bit-DRAM entspricht, kann unter Verwendung eines ArF-Excimer-Laserlichts verwendet werden, so dass die Kostengünstigkeit der Belichtungsvorrichtung zunimmt.
Andererseits kann, wenn die Markierungsstufendifferenz hoch ist und das fotoempfindliche Material dick ist, die Auflösung etwas erhöht werden, indem die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems klein ausgeführt wird, um den Zustand zu erfüllen, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, und indem in den modifizierten Beleuchtungszustand umgeschaltet wird. Somit wird es möglich, ein Muster, das zwei Generationen einer Halbleitervorrichtung entspricht, mit einer Belichtungsvorrichtung zu bilden, ohne die Wellenlänge des Belichtungs-Beleuchtunglichts zu ändern, so dass die Prozessverwaltung für die Belichtungsvorrichtung, die zuvor für eine getrennte Linie ausgeführt worden ist, auf nur eine Vorrichtung verringert werden kann. Deswegen wird eine Prozessverwaltung einfacher, und die Prozessverwaltungszeit wird verkürzt, so dass der Durchsatz für den Belichtungsprozess erhöht wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass durch das Umschalten der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems in zwei Stufen Muster, die zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen entsprechen, gebildet werden können, aber es kann zwischen drei oder mehreren Stufen gemäß der Markierungsstufendifferenz oder der Dicke des fotoempfindlichen Materials umgeschaltet werden. Somit kann eine hohe Auflösung erhalten werden, während der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, gemäß einem derartigen Faktor wie der Dicke des fotoempfindlichen Materials erfüllt wird.
Auch kann gemäß der Belichtungsvorrichtung dieser Erfindung das Belichtungsverfahren dieser Erfindung eingesetzt werden. Überdies kann das Belichtungszustands-Umschaltverfahren das optische Beleuchtungssystem in einen normalen Belichtungszustand setzen, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems auf 0,68 oder größer gesetzt ist, und das optische Beleuchtungssystem in einen modifizierten Beleuchtungszustand setzen, wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems auf 0,6 oder weniger gesetzt ist. Beispielsweise wird, wenn die Markierungsstufendifferenz ungefähr 0,1 μm oder weniger beträgt, und die Dicke des fotoempfindlichen Materials ungefähr 0,5 μm oder weniger beträgt, die Aperturzahl auf 0,68 oder größer gesetzt, oder die Markierungsstufendifferenz ungefähr 0,8 μm beträgt und die Dicke des fotoempfindlichen Materials ungefähr 1 μm beträgt, wird die Aperturzahl auf ungefähr 0,6 oder weniger gesetzt. Somit kann der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, erfüllt werden, während eine hohe Auflösung gemäß einem derartigen Faktor, wie etwa der Dicke des fotoempfindlichen Materials, erhalten wird.
Das Beleuchtungszustands-Umschaltverfahren besteht aus einem Lichtfluss-Teilersystem, das das Beleuchtungslicht für eine Belichtung in erste und zweite Lichtflüsse teilt, dem ersten Lichtfluss-Diffusionssystem zum Aufweiten des Querschnitts des ersten Lichtflusses in eine Ringform, dem zweiten Lichtfluss-Diffusionssystem zum Aufweiten des Querschnitts des zweiten Lichtflusses in eine Ringform, einem Lichtfluss-Synthesesystem, das den Lichtfluss von dem ersten und zweiten Lichtflusssystem vor einer Beleuchtung der Pupillenebene synthetisiert. Wenn der modifizierte Beleuchtungszustand eingestellt ist, führt dieses Beleuchtungszustands- Umschaltverfahren den Lichtfluss, der in dem Lichtfluss-Synthesesystem synthetisiert ist, zu dem Beleuchtungssystem-Pupillensystem und führt eine ringförmige Beleuchtung aus, nur wenn der ringförmige Sekundärlichtquellenabschnitt in der Beleuchtungs-Pupillenebene bei einer gleichförmigen Beleuchtungsverteilung beleuchtet wird. Deswegen nimmt eine Benutzungseffizienz des Beleuchtungslichts zu, und eine hohe Lichtstärke wird auf der Maske erhalten (auf dem fotoempfindlichen Substrat), und die Beleuchtungsverteilung auf der Maske wird gleichförmig.
Wenn die Markierungsstufendifferenz der Positionsanpassmarkierung niedrig ist, und das fotoempfindliche Material dünn ist, weist es einen Vorteil auf, wo die Auflösung erhöht werden kann, ohne die Wellenlänge des Belichtungs-Beleuchtungslichts kürzer auszuführen, indem die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems erhöht wird, während ferner der Zustand erfüllt wird, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft. Ferner kann, indem in dem optischen Ausrichtungssystem auf den Erfassungszustand für eine Umrissverstärkung umgeschaltet wird, wenn die Markierungsstufendifferenz klein ist, die Positionsanpassmarkierung mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden. Andererseits wird, wenn die Markierungsstufendifferenz hoch ist und das fotoempfindliche Material dick ist, die numerische Apertur verringert, um so den Zustand zu erfüllen, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, aber seine Positionsanpassmarkierung kann mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden, auch wenn das optische Ausrichtungssystem auf den normalen Erfassungszustand eingestellt ist, da die Markierungsstufendifferenz hoch ist. Somit kann die Positionserfassung einer hohen Genauigkeit ausgeführt werden, auch wenn sich die Markierungsstufendifferenz ändert, und eine hohe Überlagerungs-Genauigkeit kann erhalten werden.
In diesem Fall treten, wenn das optische Ausrichtungssystem auf einen Erfassungszustand für eine Umrissverstärkung eingestellt ist, wenn die numerische Apertur für das Projektions-Belichtungssystem auf 0,68 oder größer eingestellt ist, während das optische Ausrichtungssystem auf den normalen Erfassungszustand eingestellt ist, wenn die numerische Apertur für das Projektionssystem auf 0,6 oder weniger eingestellt ist, der Fall, wo die numerische Apertur auf 0,68 oder mehr eingestellt werden kann, auf, wenn die Markierungsstufendifferenz 0,1 μm oder weniger beträgt, und wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials 0,5 μm oder weniger beträgt. Wenn die Markierungsstufendifferenz niedrig ist, ist sein Erfassungszustand für eine Umrissverstärkung notwendig, um ein Positionsanpassmarkierungs-Bild mit einem guten Kontrast zu erhalten. Andererseits kann in dem Fall, wo die numerische Apertur auf 0,6 oder weniger gesetzt ist, wenn die Markierungsstufendifferenz ungefähr 0,8 μm beträgt und wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials ungefähr 1 μm beträgt, aber wenn die Markierungsstufendifferenz in einem derartigen Fall hoch ist, ein Positionsanpassmarkierungs-Bild mit einem ausreichend guten Kontrast erhalten werden, indem der normale Erfassungszustand benutzt wird.
Wenn die Dicke des Fotoresists auf dem Wafer geändert werden muss, kann der Typ (fotoempfindliche Wellenlänge) des Fotoresists auch geändert werden. Beispielsweise verschiebt sich, wenn die Resistdicke durch ein Ändern des Fotoresisttyps dünner ausgeführt wird, sich die fotoempfindliche Wellenlänge des Fotoresists auf den Wafer in ein kürzeres Wellenlängen-Regime, so dass die nicht-fotoempfindliche Wellenlänge von 550–800 nm nach 350–600 nm verschoben werden kann. In einem derartigen Fall kann der Wellenlängenbereich des Beleuchtungslichts (ALA) für die Wafermarkierungserfassung von 550–800 nm auf 350–600 nm verkürzt werden. Indem die Wellenlänge kürzer ausgeführt wird, wird der Kontrast des Bildsignals, das zum Abmelden der niedrigen Stufendifferenzmarkierung erhalten wird, verbessert, und die Erfassungsgenauigkeit der niedrigen Stufendifferenzmarkierung kann auch verbessert werden.
Es gibt Fälle, wo die Dicke des Fotoresists auf dem Wafer (Resistdicke) dünner, verglichen mit dem herkömmlichen Fall, ausgeführt wird, aber wenn das Fotoresist dünner wird, nimmt der Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge für das Fotoresist proportional zu seiner Dicke ab. Beispielsweise ist die Resistdicke auf ungefähr 1 μm oder größer in herkömmlicher Weise gehalten worden, und dann die Variation in der Resistdicke 0,01–0,02 μm (10–20 nm) betrug, konnte so der Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge konstant gehalten werden. Jedoch muss, für die Fälle in diesem Beispiel, wo die Resistdicke ungefähr 0,2 μm beträgt, wie oben beschrieben, der Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge gemäß der Variation in der Resistdicke korrigiert werden. Deswegen besteht ein Bedarf, dass die Resistdicke auf dem Wafer (W) tatsächlich gemessen wird, so dass die Resistdickenmesseinheit 46 für dieses Beispiel an der Seite des Projektions-Belichtungssystems (PL) angebracht ist. Diese Resistdicken-Messeinheit 46 ist eine Vorrichtung, die das gleiche Dickeninterferenzband an der Resistschicht abbildet, wobei dieses Bildsignal der Filmdickenmess-Berechnungsvorrichtung 47 zugeführt wird. Die Filmdickenmess-Berechnungsvorrichtung 47 berechnet die Dicke des Resists aus dem Bildsignal und führt das Berechnungsergebnis der Hauptsteuereinheit 29 zu. Die Hauptsteuereinheit 29 korrigiert den Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge gemäß der zugeführten Dicke des Fotoresists. Somit kann eine geeignete integrierte Belichtungsmenge konstant erhalten werden.
In einem zusätzlichen Aspekt dieser Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) auf 0,5–0,6 eingestellt, eine σ-Blende für eine ringförmige Beleuchtung 75C oder 75D wird verwendet, und ein Ausrichtungssensor für die hohe Stufendifferenzmarkierung wird verwendet, wenn die Resistdicke T_R ungefähr 1 μm oder größer ist. Die numerische Apertur (NA) des Projektions-Belichtungssystems (PL) wird auf 0,68–0,8 eingestellt, eine σ-Blende für eine ringförmige Beleuchtung 75A oder 75B wird verwendet, und ein Ausrichtungssensor für die niedrige Stufenmarkierung wird verwendet, wenn die Resistdicke T_R ungefähr 0,5 μm oder weniger ist. Deswegen ist es möglich, den Beleuchtungszustand oder den Ausrichtungssensor auf der Grundlage der Resistdicke T_R in dieser Ausführungsform umzuschalten. In diesem Fall wird eine σ-Blende für eine ringförmige Beleuchtung 75C oder 75D verwendet, und ein Ausrichtungssensor für die hohe Stufendifferenzmarkierung wird verwendet, wenn die Resistdicke T_R ungefähr 1 μm oder größer ist. Andererseits wird eine σ-Blende für eine ringförmige Beleuchtung 75A oder 75B verwendet, und der Ausrichtungssensor für die niedrige Stufenmarkierung wird verwendet, wenn die Resistdicke T_R ungefähr 0,5 μm oder weniger beträgt. Somit kann der Beleuchtungszustand oder der Ausrichtungssensor gemäß der Dicke des Fotoresists auf dem Wafer optimiert werden.
Es muss betont werden, dass diese Erfindung nicht nur auf Fälle anwendbar ist, wo die Belichtung unter Verwendung der Projektions-Belichtungsvorrichtung des Schritt-und-Abtastverfahrens ausgeführt wird, sondern auch auf Fälle angewandt werden kann, wo die Belichtung unter Verwendung eines kollektiven Belichtungsverfahrens, wie etwa einer Schritteinheit, ausgeführt wird. Mit anderen Worten kann die Auflösung auch in dem kollektiven Belichtungsverfahren verbessert und die Ausrichtungsmarkierung mit einer höheren Genauigkeit erfasst werden, indem der Beleuchtungszustand oder der Erfassungszustand des Ausrichtungssensors auf der Grundlage der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems umgeschaltet wird. Somit ist diese Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann eine Vielfalt von Konfigurationen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung annehmen.
14 ist ein schematisches Diagramm, das die Resistdicken-Messvorrichtung 46 zeigt. Das Beleuchtungslicht, das aus der Lichtquelle 76, wie etwa einer Lampe, austritt, wird von einem ovalen Spiegel 77 reflektiert und fällt auf die Wellenlängenselektionsfilterplatte 78. Ein Messlicht LR einer spezifischen Wellenlänge, das für das Fotoresist (PR), das auf den Wafer (W) beschichtet ist, nicht fotoempfindlich ist, wird von der Wellenlängenselektionsfilterplatte 78 ausgewählt. Durch ein Drehen der Wellenselektionsfilterplatte 78 durch einen Antriebsmechanismus 79 kann die Wellenlänge des Messlichts LR zwischen mehrfachen Typen umgeschaltet werden. Die Wirkung des Antriebsmechanismus 79 wird von der externen Filmdickenmess-Berechnungsvorrichtung 47 durch ein Steuersystem 80 gesteuert.
Das Messlicht, das durch die Wellenselektionsfilterplatte 78 transmittiert wird, wird in einen parallelen Lichtfluss von einer Linse 81 konvertiert und fällt auf ein Halbprisma 82, und das Messlicht, das von dem Halbprisma 82 reflektiert wird, bildet ein Punktbild innerhalb des Fotoresists (PR) einer Dicke (d) auf dem Wafer durch eine Objektivlinse 38. Das Messlicht (IL), das aus der Objektivlinse 83 einer konstanten numerischen Apertur emittiert wird, wird von der Oberfläche des Fotoresists (PR) und der Oberfläche des Wafers W reflektiert. Das zurückgeworfene Licht LR' fällt auf die Abbildungsoberfläche 84a des Bildelements 84, das aus einer zweidimensionalen CCD besteht, durch die Objektivlinse 83 und das Halbprisma 82 ein. Die Abbildungsoberfläche 84A des Bildelements 84 ist die optische Fourier-Konversionsebene (Pupillenebene) des Wafers (W) in Bezug auf die Objektivlinse 83, und das Interferenzband aufgrund des zurückgeworfenen Lichts LR' wird auf der Abbildungsoberfläche 84a gebildet. Das Bildsignal des Bildelements 84 wird dem Filmdickenmess-Berechnungsabschnitt 47 zugeführt, der Filmdickenmess-Berechnungsabschnitt 47 berechnet die Dicke d des Fotoresists (PR) aus der Information über Interferenzstreifen, die durch ein Verarbeiten des Bildsignals erhalten werden, dann wird das Belichtungsergebnis der Hauptsteuereinheit 29 der 1 zugeführt.
15(a) ist ein beschreibendes Diagramm der Messprinzipien der Dicke (d) des Fotoresists, das die Reflektion des Messlichts an den Wafer-(W)- und den Fotoresist-(PR)-Oberflächen LR1 bzw. LR2 anzeigt. 15(b) zeigt den Injektionszustand der zurückgeworfenen Lichtanteile LR1' und LR2' in die Abbildungsfläche, die diesen Messlichtanteilen entspricht. In diesem Fall ist das Messlicht LR ein Lichtfluss, der eine zugewiesene numerische Apertur besitzt, und innerhalb dieses Lichtflusses zeigt das Messlicht LR1 der 15(a) das Messlicht an, das normal zu der Oberfläche des Wafers (W) injiziert wird. Das Messlicht LR2 zeigt das Messlicht an, das auf seine Oberfläche unter einem Injektionswinkel θ einfällt. Das zurückgeworfene Licht LR2', das entweder von dem Wafer (W) oder dem Fotoresist (PR) reflektiert wird, wird von der Objektivlinse 83 auf die Bildebene 84a in einem spezifizierten Umfang mit der optischen Achse als das Zentrum aufgenommen, wie in der 15(a) und 15(b) gezeigt.
In der 15(a) wird, wenn die Brechungsrate des Fotoresists (PR) als n bezeichnet wird, der Brechungswinkel θ' für das Messlicht LR2 wie folgt: sinθ' = sinθ/n (19)
Die optische Pfaddifferenz Δ zwischen dem Fall, wo das Messlicht LR2 direkt an der Oberfläche A' des Fotoresists (PR) reflektiert wird, und demjenigen, wenn es entlang des optischen Pfads, der die Oberfläche A des Fotoresists PR, die Oberfläche B des Wafers (W) und die Oberfläche A' des Fotoresists (PR) verbindet, reflektiert wird: Δ = n(AB + BA') – A'P = 2nd/cosθ' – 2dtanθ'sinθ = 2nd/cosθ' – 2ndtanθ'sinθ' = 2ndcosθ (20)
Es sei darauf hingewiesen, dass die Länge des optischen Pfads zwischen der Oberfläche A und der Oberfläche B durch AB dargestellt ist, und dass P der Schnittpunkt der normalen Linie ist, die von der Oberfläche A auf das Messlicht LR2 gezogen ist, das zu der Oberfläche A' gelangt.
Überdies wird, da die Brechungsrate des Fotoresists (PR) größer als die Brechungsrate der Luft ist, und, wenn die Phasenverschiebung π berücksichtigt wird, die Phasendifferenz δ zwischen dem Messlicht LR2, das direkt an der Oberfläche A' reflektiert wird, und dem Messlicht LR2, das an dem optischen Pfad reflektiert wird, der die Oberfläche A, die Oberfläche B und die Oberfläche A' verbindet, wie folgt. δ = (2π/λLR)*Δ + π (21)
Es sei darauf hingewiesen, dass die Wellenlänge des Messlichts LR mit λ_LR bezeichnet ist.
Wenn die Gleichung (20) in die Gleichung (2) eingesetzt wird, wird diese: δ = (2π/λLR)2ndcosθ' + π (22)
Die Phasendifferenz δ bestimmt die Helligkeit des zurückgeworfenen Lichts (Interferenzlichts) LR2', das dem Messlicht LR2 entspricht. Mit anderen Worten wird, wenn die Phasendifferenz δ(2N + 1)π ist, unter Verwendung einer Ganzzahl N von 1 oder größer, ihr zurückgeworfenes Licht LR2' dunkler Interferenzstreifen. Für eine Anzahl N dunkler Interferenzstreifen steht die folgende Gleichung für den Brechungswinkel θ' des Messlichts LR2: (2N + 1)π = δ = (2π/λLR)2ndcosθ' + π (23)
Und wenn die Gleichung (19) in die Gleichung (23) eingesetzt wird, wird diese: θ2 = (π/2d)*(4nd – 2NλLR) (24)
Wenn der Radius von der optischen Achse an dem Zentrum des N-ten dunklen Interferenzbands auf der Bildoberfläche 84a des Bildelements 84 mit r_N und der Fokalabstand der Objektivlinse 83 als f bezeichnet wird, dann wird die Gleichung (24), wobei θ = r_N/f: rN 2 = (nf°/d)*(1nd – NλLR) (25)
Wenn diese Gleichung modifiziert wird, kann die Dicke d des Fotoresists auf der Grundlage des Radius r_N des N-ten dunklen Interferenzbands erhalten werden. rN 2d = 2n2f°d – NλLR d = (–nf°NλLR)/(rN 2 – 2n2f°) (26)
16(b) zeigt die Interferenzbänder an der Abbildungsoberfläche 84 auf dem Bildelement 84 von dem von dem Fotoresist (PR) und dem Wafer (W) zurückgeworfenen Licht, und sie zeigt auch, dass die dunklen Interferenzbänder 85 auf eine konzentrische Weise gebildet sind. In diesem Beispiel ist ein rechteckiger Erfassungsbereich 84b, der auf der optischen Achse an der Abbildungsoberfläche 84a zentriert ist, bezeichnend, und das Bildsignal, das der Bildintensität in dem Erfassungsbereich 84b entspricht, sequentiell in der Richtung der kurzen Kante summiert. Das summierte Bildsignal ist als eine Funktion der y-Achse gezeigt, wobei die Einstellachse durch die optische Achse auf der Abbildungsoberfläche 84a verläuft, parallel zu der langen Seite des Erfassungsbereichs 84b als die y-Achse ist, und der Ursprung der y-Achse bei der optischen Achse ist.
16(a) zeigt das Bildsignal ST, das auf eine derartige Weise summiert ist, und die Positionen von Absenkungen in dem Bildsignal ST in 16(a) y₀, y₁, y₁', y₂, y₂', ..., auf der y-Achse entsprechend den Positionen der oben beschriebenen dunklen Interferenzbänder. Deswegen wird der Radius der dunklen Interferenzbänder r₁, r₂, ... r_N des ersten, zweiten, ..., N-ten dunklen Interferenzbands berechnet, und diese Radien werden in die Gleichung (26) eingegeben, so dass die Fotoresistdicken d₁, d₂, ... d_N berechnet werden, und der Mittelwert einer Anzahl von N Dicken wird die endgültige Dicke d. Somit wird der Mittelungseffekt erhalten, und die Dicke d des Fotoresists (PR) wird mit einer hohen Genauigkeit erhalten.
Wenn das Fotoresist (PR) wie in 14 gezeigt, welches das Messobjekt ist, dünn ist, besteht ein Bedarf, ein Licht einer kurzen Wellenlänge für das Messlicht LR auszuwählen, derart, dass das Fotoresist (PR) nicht sensibilisiert wird. In dieser Ausführungsform kann, wenn KrF-Excimer-Laserlicht mit der Wellenlänge von 248 nm als das Belichtungs-Beleuchtungslicht (IL) verwendet wird, die Verwendung einer i-Linie mit einer Wellenlänge von 365 nm von der Quecksilberlampe zur Verwendung als das Messlicht LR in Betracht gezogen werden. Jedoch kann das He-Ne-Laserlicht (Wellenlänge 633 nm) auch als das Messlicht LR verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Bedarf besteht, eine große numerische Apertur für die Objektivlinse 83 zu verwenden. Überdies kann, während diese Ausführungsform dunkle Interferenzbänder erfasst, ein Bedarf bestehen, helle Interferenzbänder zu erfassen, wenn das Fotoresist (PR) dick ist.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Betriebs zum Steuern der Belichtungsmenge durch ein Messen der Resistdicke auf dem Wafer unter Verwendung der Resistdickenmessvorrichtung 46 beschrieben werden. Die Dickenvariation (Beschichtungsungleichmäßigkeit) des Fotoresists auf dem Wafer variiert in Abhängigkeit von dem Handhabungszustand des Fotoresists, und dies wird unter Verwendung der folgenden Klassifikation beschrieben werden.
Zunächst zeigt 17 einen Fall, wo eine Dickenungleichmäßigkeit (Beschichtungsungleichmäßigkeit) in dem Fotoresist (PR) auf dem Wafer (W) vorhanden ist. Wenn das Fotoresist (PR) dünn ist, wie in 17 angezeigt, wird das Verhältnis einer Dickenungleichmäßigkeit gegenüber dem Mittelwert der Dicke des Fotoresists groß, so dass der Zielwert für eine integrierte Belichtungsmenge lokal modifiziert werden muss. Deswegen besteht, wenn das Fotoresist dünn auf einem einzelnen Wafer beschichtet ist, und eine allmähliche Dickenungleichmäßigkeit existiert, ein Bedarf, die Resistdicke für jedes Schussgebiet auf dem Wafer unter Verwendung der Resistdickenmessvorrichtung 46 zu messen.
In der Praxis kann, wie in 18(b) angezeigt, wenn die Fokusposition an dem zentralen Messpunkt AF2 in dem Belichtungs-Zielschussbereich SA unter Verwendung des Fokuspositions-Erfassungssystems 48 gemessen wird, die Resistdicke unter Verwendung der Resistdicken-Messvorrichtung 46 an einem Filmdickenmesspunkt RD2 nahe dem Messpunkt AF2 gemessen werden, und dieser Wert wird der Hauptsteuereinheit zugeführt. In diesem Fall hat die Hauptsteuereinheit 29 der 1 bereits den Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge E₀ für eine Resistdicke d₀, die Standard sein soll, erhalten, und wenn der Unterschied von dem Standardwert d₀ für die Resistdicke d_i, die in dem i-ten Schussgebiet gemessen ist, zu Δd_i gegeben ist, dann kann der Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge E_i aus der Gleichung (27) erhalten werden. Ei = E0 + E0(Δdi/d0) (27)
Dieser Zielwert E_i für die integrierte Belichtungsmenge wird dem Belichtungsmengen-Steuersystem 31 zugeführt, das die Strahlabschwächungsrate an einer Strahlabschwächungseinheit 2 in Abhängigkeit von dem Zielwert E_i steuert.
Falls Unterschiede in der Resistdicke zwischen den Herstellungslosen vorhanden sind, wird die Resistdicke an mehrfachen Punkten des führenden Wafers für das Herstellungslos gemessen, die mittlere Resistdicke d für das Los wird durch ein Mitteln des Messergebnisses erhalten. Als nächstes kann der Zielwert für die integrierte Belichtungsmenge für den Wafer in dem Los auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der Resistdicke d und der Standard-Resistdicke bestimmt werden. Auch wenn ein Unterschied in der Resistdicke zwischen den Wafern in dem gleichen Los vorhanden ist, kann die Resistdicke während des Such-Ausrichtungsschritts gemessen werden, wenn die ungefähre Positionsanpassung für jeden Wafer ausgeführt wird. Zusätzlich wird während des Such-Ausrichtungsschritts die Fokusposition an dem zugewiesenen Messpunkt unter Verwendung des Fokuspositions-Erfassungssystems 48 in 1 gemessen, und die Fokusposition wird an die Abbildungsebene an den Messpunkten unter Verwendung eines Autofokusverfahrens angepasst.
18(a) zeigt ein Beispiel des Messpunkts für die Resistdicke, wenn eine Such-Ausrichtung auf eine derartige Weise ausgeführt wird, wo der Messpunkt für die Autofokus-Fokalposition AF1 in die Mitte des Wafers (W) eingestellt ist, und die Messpunkte für die Such-Ausrichtung ALG1 und ALG2 an zwei Stellen auf der Wafer-(W)-Oberfläche eingestellt sind, und die Markierungen für eine Such-Ausrichtung an diesen Messpunkten ALG1 und ALG2 gebildet sind. Beispielsweise kann eine Positionserfassung der Markierung für eine Such-Ausrichtung durch das (FIA)-System 51A in 1 ausgeführt werden. Überdies wird die Resistdicke an drei Filmdicken-Messpunkten RD1–RD3, die das Zentrum des Wafers (W) umgeben, gemessen, wo die Resistdicke unter Verwendung der Resistdicken-Messvorrichtung 46 gemessen werden kann, indem der Mittelwert dieses gemessenen Werts bei der Resistdicke des Wafers (W) verwendet wird und die Belichtungsmenge auf der Grundlage dieser Resistdicke gesteuert wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Variation in der Resistdicke groß ist, es wünschenswert ist, die Belichtungsmenge innerhalb eines einzelnen Schussgebiets auf der Grundlage der Resistdicke zu steuern. Während es schwierig ist, die Belichtungsmenge lokal in einem kollektiven Belichtungsverfahren zu steuern, wird es hingegen für das Abtast-Belichtungsverfahren, wie etwa das dieser Ausführungsform, möglich, eine Belichtung auszuführen, während die Belichtungsmenge korrigiert wird, indem die Resistdickenverteilung innerhalb eines einzelnen Schussbereichs vorab gelesen wird. Deswegen sollte die Resistdicke an Messpunkten in mehrfachen Reihen innerhalb jedes Schussgebiets vorab gelesen werden, indem die mehrfachen (z. B. 3) Resistdicken-Messvorrichtungen vorgesehen werden, die die gleichen wie die Resistdicken-Messvorrichtung 46 wären.
18(c) zeigt ein Beispiel des Filmdickenmesspunkts, wenn die Resistdicke während einer derartigen Abtastbelichtung vorab ausgelesen wird. In 18(c) wird das Schussgebiet SA auf dem Wafer beispielsweise in der +Y-Richtung gegenüber dem schlitzähnlichen Belichtungsgebiet 33 während einer Abtastbelichtung abgetastet. Die Fokusposition wird dann an mehrfachen Messpunkten, die die Messposition AF3 in dem Zentrum des Belichtungsgebiets 33 einschließen, von dem Fokalpositions-Erfassungssystem 48 in 1 gemessen, und gleichzeitig wird an den Filmdicken-Messpunkten RD5, RD6 und RD7, die dem Belichtungsgebiet 33 vorangehen, die Resistdicke bei einer zugewiesenen Abtastperiode unter Verwendung der Resistdicken-Messvorrichtung ähnlich der Resistdicken- Messvorrichtung 46 in 1 gemessen. In diesem Fall wird der Mittelwert der Resistdicke, die an den drei Filmdicken-Messpunkten RD5–RD7 erhalten wird, als eine Funktion betreffend die Position des anwendbaren Schussgebiets SA in der Y-Richtung erhalten. Wenn sich das Schussgebiet SA in die Y-Richtung bewegt, wird die Belichtungsmenge von dem Belichtungsmengen-Steuersystem 31 in 1 auf der Grundlage der Resistdicke an der Position Y gesteuert.
Um auf die Variation in der Resistdicke innerhalb des Schussgebiets SA genau zu anzusprechen, kann die Beleuchtungsverteilung in der Nicht-Abtastrichtung (X-Richtung) für das Beleuchtungslicht (IL), das die Strichplatte (R) beleuchtet, in 1 zusätzlich zu einem Steuern der Belichtungsmenge auf der Grundlage der Schussgebiet-SA-Position in der Y-Richtung gesteuert werden. Mit anderen Worten ist es, bei den drei Filmmesspunkten RD5, RD6 und RD7, wenn die Resistdicke an dem Kantenabschnitts-Filmdickenmesspunkt RD5 dicker als bei den anderen Messpunkten ist (d. h. die notwendige Belichtungsmenge ist groß) wünschenswert, dass die Leuchtkraft des Beleuchtungslichts in der Nähe dieses Dickenmesspunkts RD5 erhöht wird. Wenn die Leuchtkraftverteilung des Beleuchtungslichts in gewissem Umfang in der Nicht-Abtastrichtung gesteuert wird, wird die Leuchtkraftverteilungs-Korrekturplatte 9 in 1 verwendet. Da diese Leuchtkraftverteilungs-Korrekturplatte 9 in der Nähe der Pupillenebene der Musterbildungsfläche der Strichplatte (R) platziert ist, kann die Leuchtkraftverteilung auf der Strichplatte (R) durch ein Steuern der Leuchtkraftverteilung in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel in der Nicht-Abtastrichtung des Beleuchtungslichts gesteuert werden.
19(a) zeigt an, dass die Leuchtkraftverteilungs-Korrekturplatte 9 in dem optischen Pfad des Beleuchtungslichts platziert ist, das aus der Fliegenaugen-Linse 7 (oder dem optischen Eingangssystem 5B) in 1 emittiert wird. Die Auf-Ab-Richtung entlang der Papieroberfläche auf 19(a) ist die Richtung, die der Nicht-Abtastrichtung (X-Richtung) des Wafers entspricht, während die Leuchtkraftverteilungs-Korrekturplatte, die aus einer parallelen Glasplatte besteht, so gehalten wird, dass sie sich frei um die Achse normal zu der Papieroberfläche der 19(a) drehen kann. Sie ist so ausgelegt, dass ihr Drehwinkel ϕ (der = 0 ist, wenn sie parallel zu der X-Richtung ist) um ihre Achse durch das Beleuchtungs-Steuersystem 32 gesteuert wird.
In 19(a) werden Beleuchtungslichter IL₁ und IL₂ berücksichtigt, die unter Winkeln ϕ₀ und ϕ₁(ϕ₁ > ϕ₀) in der X-Richtung von dem Beleuchtungslicht IL₀ geneigt sind, das entlang der optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems verläuft. Es wird auch angenommen, dass das Beleuchtungslicht IL₁, dessen Winkel ϕ₁ in der Gleichung auf ϕ ist, in einem senkrechten Einfall auf die Leuchtdichteverteilungs-Korrekturplatte 9 ist. Im Allgemeinen ändert sich, da die Übertragungsrate abnimmt, wenn der Einfallswinkel zunimmt, für eine parallele Glasplatte die Transmissionsrate für die Beleuchtungsstärkeverteilungs-Korrekturplatte 9 für ein Beleuchtungslicht IL₀–IL₂.
19(b) zeigt die Transmissionsrate für das Beleuchtungslicht durch die Beleuchtungsstärkeverteilungs-Korrekturplatte 9, wobei die horizontale Achse den Neigungswinkel in der Nicht-Abtastrichtung (x-Richtung) des Beleuchtungslichts zeigt, das auf die Beleuchtungsstärkenverteilungs-Korrekturplatte 9 einfällt, während die vertikale Achse die Transmissionsrate T (%) für das Beleuchtungslicht in diesem Neigungswinkel ϕ zeigt. Das Beleuchtungslicht, wo der Neigungswinkel ϕ 0, ϕ₀ und ϕ₁ ist, entspricht dem Beleuchtungslicht IL₀, IL₁ in 19(b) und IL₂ in 19(a). In diesem Fall wird, da das Beleuchtungslicht IL₂ senkrecht auf die Beleuchtungsstärkeverteilungs-Korrekturplatte 9 injiziert wird, die Transmissionsrate T für das Beleuchtungslicht IL₂ die höchste, und die Beleuchtungsstärke für das Beleuchtungslicht IL₂ wird die größte. Deswegen kann durch ein Drehen der Beleuchtungsstärkeverteilungs-Korrekturplatte 9 in einem Neigungswinkel zum Anpassen der Richtung, wo die maximale Beleuchtungsstärke des Beleuchtungslichts gewünscht ist, die Beleuchtungsstärke des Beleuchtungslichts in dieser Richtung maximiert werden.
Da der Wafer in der Y-Richtung für den Belichtungsbereich abgetastet wird, wird die Variation in der Beleuchtungsstärkeverteilung des Beleuchtungslichts in der Abtastrichtung (Y-Richtung) nicht ein Problem. Jedoch kann die Beleuchtungsstärkeverteilung durch ein Neigen der Beleuchtungsstärkenverteilungs-Korrekturplatte 9 in der Y-Richtung, falls notwendig, ebenso gesteuert werden.
Wie oben beschrieben, misst diese Ausführungsform die Dicke des Fotoresists oder seine Verteilung und steuert die Belichtungsmenge gemäß seiner Dicke, so dass auch dann, wenn das Fotoresist nur dünn beschichtet ist, eine geeignete integrierte Belichtungsmenge für dieses Fotoresist vorgegeben werden kann. Eine Messung der Resistdicke auf dem Wafer wird während einer Such-Ausrichtungsmessung, einer Autofokusmessung oder einer Abtastbelichtung ausgeführt, und es wird keine Zeit spezifisch reserviert, um eine Dickenmessung auszuführen, so dass keine Verringerung in dem Durchsatz des Belichtungsprozesses (Produktivität) resultiert.
In dem obigen Beispiel ist die Resistdickenmessvorrichtung 46, die die Resistdicke misst, innerhalb der Projektions-Belichtungsvorrichtung platziert. Es ist auch möglich, die Resistdicke unter Verwendung einer Resistdickenmessvorrichtung zu messen, die in der Mitte des Pfads platziert ist, wenn der Wafer von dem Resistbeschichter zu seiner Projektionsbelichtungsvorrichtung transportiert wird, wobei dieser Wert online oder manuell in den Speicher der Hauptsteuereinheit innerhalb der Projektions-Belichtungsvorrichtung als eine Datendatei eingegeben wird, und die integrierte Belichtungsmenge auf der Grundlage dieser Information gesteuert wird.
Während die Beleuchtungsstärke des Beleuchtungslichts (integrierte Belichtungsmenge) optisch unter Verwendung der Strahlabschwächungseinheit in der oben beschriebenen Ausführungsform korrigiert wird, kann sie auch durch ein Ändern der Belichtungspulsanzahl oder der Pulsenergie der KrF-Excimer-Laserlichtquelle 1 als die Belichtungslichtquelle für jeden Punkt auf dem Wafer gesteuert werden. Anderenfalls kann auch die integrierte Belichtungsmenge durch ein Steuern der Breite in der Abtastrichtung des schlitzähnlichen Beleuchtungsbereichs 33 auf der Strichplatte (R) durch ein Antreiben der festen Feldblende 18 oder der beweglichen Feldblende 20 gesteuert werden. Überdies kann die integrierte Belichtungsmenge auch exakt durch ein Ändern der Abtastgeschwindigkeit eingestellt werden.
Die Erfindung ist nicht nur auf Fälle anwendbar, wo eine Belichtung unter Verwendung einer Projektions-Belichtungsvorrichtung eines Schritt-und-Abtast-Verfahrens ausgeführt wird, sondern wird auch verwendet, wo eine Belichtung unter Verwendung eines kollektiven Belichtungsverfahrens, wie etwa einer Schritteinheit, ausgeführt wird. Mit anderen Worten kann auch in dem kollektiven Belichtungsverfahren die Auflösung verbessert werden, und der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, wird erfüllt, indem die Resistdicke dünner ausgeführt wird und die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems erhöht wird, indem die Resistdicke gemessen wird, um die optimale integrierte Belichtungsmenge zu erhalten. Somit ist diese Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann eine Vielfalt von Anordnungen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung annehmen.
Da die integrierte Belichtungsmenge gemäß der Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf der Schaltungsplatine beschichtet ist, gesteuert werden kann, kann die optimal integrierte Belichtungsmenge für das fotoempfindliche Material auf der Grundlage der gemessenen Dicke auch dann vorgegeben werden, wenn das fotoempfindliche Material dünn ausgeführt ist und eine Variation in der Dicke des fotoempfindlichen Materials innerhalb der Schaltungsplatine, zwischen den Schaltungsplatinen oder zwischen den Losen existiert. Ferner ist, wenn das Projektions-Belichtungssystem verwendet wird, der Zustand, der den zugelassen Bereich der Schärfentiefe betrifft, noch immer erfüllt, auch wenn die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems erhöht wird, wenn die Resistdicke dünner ausgeführt wird. Deswegen besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Auflösung des Musters, das zu übertragen ist, verbessert werden kann, ohne die Belichtungs-Beleuchtungslichtwellenlänge kürzer auszuführen, indem die numerische Apertur erhöht wird und das fotoempfindliche Material dünner ausgeführt wird. Überdies kann diese Erfindung eine optimal integrierte Belichtungsmenge auch dann bereitstellen, wenn die Dicke variiert, wenn das fotoempfindliche Material dünner ausgeführt wird.
Es besteht auch ein Vorteil dahingehend, dass die optimale integrierte Belichtungsmenge auf einfache Weise berechnet werden kann, auch dann, wenn eine Variation in der Dicke des fotoempfindlichen Materials vorhanden ist, indem in einem Speicher die optimal integrierte Belichtungsmenge gespeichert wird, die zuvor für das fotoempfindliche Material bei einer bestimmten Standarddicke erhalten wird, die der Maske entspricht, indem der Unterschied der Dicke des fotoempfindlichen Materials von der bestimmten Dicke berechnet wird und die integrierte Belichtungsmenge des Belichtungs-Beleuchtungslichts auf der Grundlage dieses Unterschieds eingestellt wird.
Wenn das Übertragungsmuster auf der Maske auf die Schaltungsplatine von dem Projektions-Belichtungssystem projektions-belichtet wird, ist es möglich, ein Schaltungsmuster, das der nächsten Generation von Halbleitervorrichtungen entspricht, mit einer hohen Genauigkeit zu übertragen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Dicke des fotoempfindlichen Materials, das auf die Schaltungsplatine beschichtet ist, 0,5 μm oder geringer ausgeführt wird und indem die numerische Apertur des Projektions-Belichtungssystems auf 0,68 oder größer eingestellt wird, ohne die Wellenlänge für das Belichtungs-Beleuchtungslicht zu verkürzen. Mit anderen Worten wird es möglich, Muster, die der nächsten Generation eines 256 M-Bit-DRAM entsprechen, unter Verwendung der i-Linie der Quecksilberlampen, Muster, die einem 1 G-Bit-DRAM entsprechen, unter Verwendung von KrF-Excimer-Laserlicht und Muster, die einem 4 G-Bit-DRAM entsprechen, unter Verwendung eines ArF-Excimer-Laserlichts zu bilden.
Da die Steuerung eines Umschaltens der numerischen Apertur des Projektions-Belichtungssystems auf der Grundlage der Dicke des fotoempfindlichen Materials, auf die Schaltungsplatine beschichtet ist, ausgeführt wird, kann die Auflösung verbessert werden, und der Zustand, der den zugelassenen Bereich der Schärfentiefe betrifft, wird durch ein Erhöhen der numerischen Apertur erfüllt, wenn das fotoempfindliche Material dünn ausgeführt ist. Es besteht der Vorteil, in der Lage zu sein, die Muster bei einer unterschiedlichen Auflösung durch ein Verringern der numerischen Apertur und ein Ausführen der Übertragung bei einer niedrigen Auflösung hand zu haben, wenn das fotoempfindliche Material dick ist. Beispielsweise kann es, indem die numerische Apertur auf 0,7 oder größer eingestellt wird, wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials 0,2 μm oder weniger ist, oder indem die numerische Apertur auf 0,6 oder weniger eingestellt wird, wenn die Dicke des fotoempfindlichen Materials 1,0 μm oder größer ist, mit zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen zurechtkommen, die in dem optischen Verarbeitungssystem untergebracht werden können. Somit wird es möglich, ein Muster, das zwei Generationen von Halbleitervorrichtungen entspricht, mit einer Belichtungsvorrichtung zu bilden, ohne die Wellenlänge des Belichtungs-Beleuchtungslichts zu ändern, so dass die Prozessverwaltung für die Belichtungsvorrichtung, die zuvor für eine separate Linie ausgeführt wird, auf nur eine Vorrichtung verringert werden kann. Deswegen wird eine Prozessverwaltung einfacher, und die Prozessverwaltungszeit wird verkürzt, so dass der Durchsatz für den Belichtungsprozess erhöht wird.
Es wird Durchschnittsfachleuten offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen oder Variationen hinsichtlich der Projektions-Belichtungsvorrichtung und des -verfahrens der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Projektionsbelichtungsverfahren zum Belichten eines Musters, das auf einer Maske (R) gebildet ist, über ein optisches Projektionssystem (PL) auf ein Substrat (W), das mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Beleuchten des Musters mit einem Beleuchtungsstrahl (IL); selektives Schalten zwischen einem normalen Beleuchtungszustand des Beleuchtungsstrahls und einem modifizierten Beleuchtungszustand des Beleuchtungsstrahls, wobei der normale Beleuchtungszustand eine Lichtmengenverteilung in einer Beleuchtungssystem-Pupillenebene (15) im wesentlichen vollständig in einem ersten Bereich aufweist, der die optische Achse (AX) des Systems einschließt, und der modifizierte Beleuchtungszustand die Lichtmengenverteilung in der Beleuchtungssystem-Pupillenebene (15) im wesentlichen vollständig in einem zweiten Bereich aufweist, der die optische Achse (AX) nicht einschließt; und Projizieren des Musters auf das Substrat (W) über das optische Projektionssystem (PL); dadurch gekennzeichnet, dass: das fotoempfindliche Material eine Dicke gleich oder geringer als 0,5 μm aufweist; die numerische Apertur des optischen Projektionssystems (PL) auf einen Wert größer als 0,7 einstellbar ist; das Verfahren einen Schritt eines Einstellens der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems (PL) auf einen Wert umfasst, der für den normalen Beleuchtungszustand, an die Dicke des fotoempfindlichen Materials angepasst ist; und das selektive Umschalten den Beleuchtungszustand auswählt, der an den Wert angepasst ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Substrat ist, das durch einen Abflachungsprozess behandelt ist, so dass eine Stufendifferenz eines Basismusters auf dem Substrat gleich oder geringer als ungefähr 0,1 μm ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem voranstehend Anspruch, wobei die Dicke des fotoempfindlichen Materials gleich oder geringer als ungefähr 0,2 μm ist, und die numerische Apertur auf einen Wert gleich oder größer als ungefähr 0,7 eingestellt wird.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 3, wobei die Dicke des fotoempfindlichen Materials ungefähr 0,2 μm ist, und die numerische Apertur auf einen Wert in dem Bereich von ungefähr 0,7 bis ungefähr 0,74 eingestellt wird.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 3, wobei die numerische Apertur auf einen Wert gleich oder geringer als ungefähr 0,81 eingestellt wird.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem voranstehenden Anspruch, wobei der Schritt eines Steuerns die Schritte eines Einstellens der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems (PL) auf einen ersten Wert, wenn das fotoempfindliche Substrat eine erste Dicke aufweist, und eines Einstellens der numerischen Apertur auf einen zweiten Wert einschließt, der kleiner als der erste Wert ist, wenn das fotoempfindliche Substrat eine zweite Dicke größer als die erste Dicke aufweist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Dicke gleich oder geringer als ungefähr 0,2 μm ist, und der erste Wert gleich oder größer als ungefähr 0,7 ist, und wobei die zweite Dicke gleich oder größer als ungefähr 1,0 μm ist und der zweite Wert gleich oder größer um ungefähr 0,6 ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt eines Auswählens der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems in Übereinstimmung mit der Stufenhöhe eines vorhandenen Musters, das auf dem Substrat (W) gebildet ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt eines Auswählens ein Einstellen der numerischen Apertur, ein erster Wert zu sein, wenn das vorhandene Muster eine erste Stufe aufweist, und ein Einstellen der numerischen Apertur, ein zweiter Wert zu sein, einschließt, der größer als der erste Wert ist, wenn das vorhandene Muster eine zweite Stufe aufweist, die geringer als die erste Stufe ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Wert gleich oder größer als ungefähr 0,6 ist, und der zweite Wert gleich oder größer als ungefähr 0,68 ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (R) eine Markierung aufweist, die auf das Substrat durch ein Beleuchten belichtet wird, wobei das Verfahren weiter die Schritte umfasst: Einstellen eines Erfassungssystems, das die belichtete Markierung erfasst, auf einen modifizierten Beleuchtungszustand, in welchem die Lichtmengenverteilung in einer Pupillenebene des Erfassungssystems die optische Achse (AX) ausschließt; und Erfassen der belichteten Markierung in dem modifizierten Beleuchtungszustand.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Beleuchtungsstrahl entweder einen Excimer-Laserstrahl oder eine I-Linie einer Quecksilberlampe einschließt.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der Beleuchtungsstrahl entweder einen KrF-Excimer-Laserstrahl oder einen ArF-Excimer-Laserstrahl einschließt.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die numerische Apertur auf gleich oder geringer als ungefähr 0,81 eingestellt wird.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 14, wobei der Beleuchtungszustand der modifizierte Beleuchtungszustand ist, wenn die numerische Apertur auf gleich oder geringer als ungefähr 0,6 eingestellt ist, und der Beleuchtungszustand der normale Beleuchtungszustand ist, wenn die numerische Apertur auf gleich oder geringer als ungefähr 0,68 eingestellt ist.
Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 14, wobei der Beleuchtungsstrahl entweder einen KrF-Excimer-Laserstrahl oder einen ArF-Excimer-Laserstrahl einschließt, und die numerische Apertur auf größer als 0,7 eingestellt wird.
Projektionsbelichtungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schritt eines Projizierens ein Durchführen einer abtastenden Belichtung einschließt, bei welcher die Maske (R) und das Substrat (W) mit dem Beleuchtungsstrahl abgetastet werden.
Verfahren zum Herstellen einer Mikrovorrichtung durch ein Projizieren des Musters, das auf einer Maske (R) gebildet ist, auf das Substrat (W) unter Verwendung des Projektionsbelichtungsverfahrens nach Anspruch 17.
Projektionsbelichtungsvorrichtung, umfassend: eine Maskenstufe (25) zum Halten einer Maske (R), auf welcher ein Muster gebildet ist; ein Beleuchtungssystem (1–23) zum Strahlen eines Beleuchtungsstrahls (IL) auf die Maske (R); eine Substratstufe (34–35) zum Halten eines Substrats (W), das mit einem fotoempfindlichen Material beschichtet ist; ein optisches Projektionssystem (PL) zum Projizieren eines Bilds des Musters auf das Substrat (W); einen Controller (29) zum Einstellen der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems (PL); eine Einstelleinrichtung (32) zum selektiven Schalten zwischen einem normalen Beleuchtungszustand des Beleuchtungsstrahls (IL), wobei das Licht in dem Beleuchtungsstrahl in der Beleuchtungs-Pupillenebene (15) des Systems über einem ersten Bereich (75A, 75B) verteilt ist, der die optische Achse (AX) des optischen Systems einschließt, und einem modifizierten Beleuchtungszustand des Beleuchtungsstrahls, wobei das Licht in dem Beleuchtungsstrahl in der Beleuchtungs-Pupillenebene (15) des Systems über einen zweiten Bereich (75C, 75D) verteilt ist, der die optische Achse (AX) umgibt, aber nicht einschließt, in Abhängigkeit von der numerischen Apertur des optischen Systems, die mittels des Controllers eingestellt ist; dadurch gekennzeichnet, dass: die numerische Apertur des Projektionssystems (PL) auf einen Wert größer als 0,7 eingestellt werden kann; der Controller (29) betriebsfähig ist, die numerische Apertur größer als 0,7 einzustellen; der Controller (29) ausgelegt ist, die numerische Apertur auf einen Wert einzustellen, der für den normalen Beleuchtungszustand an die Dicke des fotoempfindlichen Materials angepasst ist; und die Einstelleinrichtung (32) ausgelegt ist, das selektive Schalten durchzuführen, um den Beleuchtungszustand auszuwählen, der an den Wert angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Substrat (W) ein Substrat ist, das durch einen Abflachungsprozess behandelt ist, so dass eine Stufendifferenz eines Basismusters auf dem Substrat gleich oder geringer als ungefähr 0,1 μm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Dicke des fotoempfindlichen Materials gleich oder geringer als ungefähr 0,2 μm ist, und die numerische Apertur gleich oder größer als 0,7 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Maske (R) eine Markierung aufweist, die auf das Substrat (W) durch ein Beleuchten belichtet wird, wobei die Vorrichtung weiter umfasst: ein Erfassungssystem (48), das an der Substratseite des optischen Projektionssystems (PL) angeordnet ist, und das eine Markierung erfasst, die auf dem Substrat (W) gebildet ist; und einen Einstellabschnitt, der elektrisch mit dem Erfassungsabschnitt verbunden ist, und der betriebsfähig ist, den modifizierten Beleuchtungszustand einzustellen, wobei das Erfassungssystem betriebsfähig ist, die Markierung in dem modifizierten Beleuchtungszustand zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Controller (29) betriebsfähig ist, die numerische Apertur auf einen ersten Wert einzustellen, wenn das fotoempfindliche Material eine erste Dicke aufweist, und die numerische Apertur auf einen zweiten Wert einzustellen, der kleiner als der erste Wert ist, wenn das fotoempfindliche Material eine zweite Dicke größer als die erste Dicke aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die erste Dicke gleich oder geringer als ungefähr 0,2 μm ist, und der erste Wert gleich oder größer als ungefähr 0,7, und wobei die zweite Dicke gleich oder größer als ungefähr 1,0 μm ist und der zweite Wert gleich oder geringer als ungefähr 0,6 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, weiter umfassend eine Auswahleinheit, die betriebsfähig ist, die numerische Apertur des optischen Projektionssystems in Übereinstimmung mit einer Stufenhöhe eines vorhandenen Musters auszuwählen, das auf dem Substrat gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Auswahleinheit die numerische Apertur auf einen ersten Wert einstellt, wenn das vorhandene Muster eine erste Stufe aufweist, und die numerische Apertur auf einen zweiten Wert einstellt, der größer als der erste Wert ist, wenn das vorhandene Muster eine zweite Stufe aufweist, die geringer als die erste Stufe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei der erste Wert gleich oder geringer als ungefähr 0,6 ist, und der zweite Wert gleich oder größer als ungefähr 0,68 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Beleuchtungssystem entweder einen KrF-Excimer-Laser (L) oder einen ArF-Excimer-Laser einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Controller (29) betriebsfähig ist, die numerische Apertur auf einen Wert geringer als oder gleich ungefähr 0,81 zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei der Controller derart betriebsfähig ist, dass der Beleuchtungszustand der modifizierte Beleuchtungszustand ist, wenn die numerische Apertur gleich oder geringer als ungefähr 0,6 ist, und derart, dass der Beleuchtungszustand der normale Beleuchtungszustand ist, wenn die numerische Apertur gleich oder größer als ungefähr 0,68 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei das Beleuchtungssystem entweder einen KrF-Excimer-Laser oder einen ArF-Excimer-Laser einschließt, und der Controller die numerische Apertur auf einen Wert größer als 0,7 steuert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 31, weiter umfassend eine scannende Belichtungsvorrichtung, die betriebsfähig ist, das Muster auf das Substrat (W) zu belichten, während die Maske (R) und das Substrat (W) mit dem Beleuchtungsstrahl gescannt werden.