JP2803936B2 - 投影露光装置及びパターン露光方法 - Google Patents

投影露光装置及びパターン露光方法

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JP2803936B2 JP4008311A JP831192A JP2803936B2 JP 2803936 B2 JP2803936 B2 JP 2803936B2 JP 4008311 A JP4008311 A JP 4008311A JP 831192 A JP831192 A JP 831192A JP 2803936 B2 JP2803936 B2 JP 2803936B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605Workpiece metrology
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、LSIの製造工程に
おいて使用される投影露光装置及びパターン露光方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】図11に従来の投影露光装置の光学系を
示す。水銀ランプ等の光源11から発した光は集光レン
ズ12を介して回路パターンが形成されているマスク1
3を照明する。マスク13を通過した光は投影レンズ1
4を介してウエハ15上にマスク13の回路パターンの
像を投影する。これにより、回路パターンの露光及び焼
き付けが行われる。ところが、このような回路パターン
の露光に先立って、ベストフォーカス条件を決定する必
要がある。従来の露光工程では、次のようにしてベスト
フォーカス条件の決定が行われていた。まず、ウエハ1
5の位置を光軸に沿って所定間隔で移動させつつウエハ
15上に図12に示されるようなテストパターン16a
〜16gを順次露光する。その後、ウエハ15を現像
し、図13に示されるようにそれぞれテストパターン1
6a〜16gに対応してウエハ15上に形成されたパタ
ーン17a〜17gを顕微鏡で観察する。そして、パタ
ーン17a〜17gのうち最も形状の優れたパターンを
見い出し、そのパターンを形成したときの条件をベスト
フォーカス条件として回路パターンの本露光を行ってい
た。例えば、図13においては、パターン17cがベス
トフォーカスで形成されたパターンと判定される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
投影露光装置では、上述したようにベストフォーカス条
件を決定する際に本露光に先立ってテストパターン16
a〜16gの露光、ウエハ15の現像、光学顕微鏡及び
電子顕微鏡等によるパターン17a〜17gの観察が必
要となり、多大の手間と時間を要するという問題があっ
た。この発明はこのような問題点を解消するためになさ
れたもので、容易に且つ高速でベストフォーカス条件を
決定することができる投影露光装置を提供することを目
的とする。また、この発明は、このような投影露光装置
を用いてパターンを露光する方法を提供することも目的
としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明に係る投影露光
装置は、露光光を発する光源と、回路パターンと共に遮
光部分と透過部分とが交互に繰り返し配列された焦点合
わせ用パターンが形成されたマスクと、光源から発した
露光光をマスク上に照射させる集光レンズと、マスクを
通過した露光光をウエハ表面に投影する投影レンズと、
マスクの焦点合わせ用パターンを通過した後にウエハ表
面で反射して再びマスクの焦点合わせ用パターンを通過
した露光光の光量をマスクの近傍で検出するセンサとを
備え、マスクの回路パターンの露光中にセンサにより焦
点合わせ用パターンでの焦点を連続的にモニタするもの
である。また、この発明に係るパターン露光方法は、回
路パターンと共に遮光部分と透過部分とが交互に繰り返
し配列された焦点合わせ用パターンが形成されたマスク
に露光光を照射してウエハ表面に投影し、マスクの焦点
合わせ用パターンを通過した後にウエハ表面で反射して
再びマスクの焦点合わせ用パターンを通過した露光光の
光量をマスクの近傍で検出することにより回路パターン
の露光中に焦点合わせ用パターンでの焦点を連続的にモ
ニタする方法である。
【0005】
【作用】この発明に係る投影露光装置及びパターン露光
方法においては、マスクの焦点合わせ用パターンを通過
した後にウエハ表面で反射して再びマスクの焦点合わせ
用パターンを通過した露光光の光量が検出され、回路パ
ターンの露光中に焦点合わせ用パターンでの焦点が連続
的にモニタされる。
【0006】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1はこの発明の一実施例に係る投影露光
装置の光学系を示す図である。水銀ランプ等の光源1の
下方に集光レンズ2を介してマスク3が配置されてい
る。さらに、マスク3の下方には投影レンズ4を介して
ウエハ5が配置されている。マスク3の周辺部には焦点
合わせをするための焦点合わせ用パターン8が形成され
ている。マスク3と集光レンズ2との間には、マスク3
の焦点合わせ用パターン8の直上に斜めにハーフミラー
6が配置され、ハーフミラー6の側方にセンサ7が配置
されている。
【0007】図2に示されるように、マスク3は透明基
板9を有しており、透明基板9上に所定のピッチで互い
に平行に配置された複数の遮光部材10が形成されてい
る。これら複数の遮光部材10によって、図3に示され
るように、遮光部分Aと透過部分Bとが交互に繰り返し
配列された焦点合わせ用パターン8が形成されている。
【0008】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、光源1から発した照明光は集光レンズ2を介
してマスク3を照明する。マスク3を通過した照明光は
投影レンズ4を介してウエハ5に入射し、ウエハ5表面
で反射した照明光が投影レンズ4を介して再びマスク3
に至る。マスク3の焦点合わせ用パターン8の直上には
ハーフミラー6が配置されているので、焦点合わせ用パ
ターン8を通過した後にウエハ5の表面で反射してマス
ク3に至った照明光は、再び焦点合わせ用パターン8を
通過し、ハーフミラー6で反射されてセンサ7に入射す
る。
【0009】このときの照明光の様子を図3〜図8を用
いて詳細に説明する。まず、図3に示されるように、マ
スク3の焦点合わせ用パターン8を通過した直後の照明
光は交互に繰り返し配列された遮光部分Aと透過部分B
とにより矩形波状の光振幅分布を有している。照明光が
投影レンズ4を介してウエハ5に至ると、図4に示され
るように、照明光の振幅分布は回折のために形状が崩れ
て正弦波状となる。ただし、ベストフォーカスであれ
ば、図4のように正弦波の振幅は大きなものとなる。こ
の照明光がウエハ5表面で反射し、投影レンズ4を介し
て再びマスク3の焦点合わせ用パターン8に至ると、図
5に示されるように、正弦波状の反射光が下から上に向
けて焦点合わせ用パターン8を照明することとなる。ベ
ストフォーカス時には、反射光の振幅分布形状の劣化が
少ないので、焦点合わせ用パターン8の透過部分Bを通
過する光の透過量は大きい。すなわち、ハーフミラー6
を介してセンサ7に入射される光量が大きくなる。
【0010】一方、デフォーカス時には、図6に示され
るようにマスク3の焦点合わせ用パターン8を通過した
直後の照明光は矩形波状の光振幅分布を有しているが、
照明光が投影レンズ4を介してウエハ5に至ると、図7
に示されるように照明光の振幅分布はデフォーカスのた
めにベストフォーカス時よりも形状が崩れたものとな
る。このため、ウエハ5での反射光が再びマスク3の焦
点合わせ用パターン8を通過する際には、図8に斜線部
Cで示すように遮光部分Aによって大きな光量が遮断さ
れる。その結果、ハーフミラー6を介してセンサ7に入
射される光量は小さくなる。
【0011】すなわち、センサ7で検出される光量は、
ベストフォーカス時に最大となり、デフォーカスになる
程減少する。従って、ウエハ5の位置を光軸に沿って移
動させつつセンサ7での検出量をモニタすることによ
り、容易にベストフォーカス位置を求めることが可能と
なる。
【0012】このようにしてベストフォーカス条件を決
定した後、マスク3の代わりに回路パターンが形成され
た露光用マスクをセットして、回路パターンの露光を行
う。なお、焦点合わせ用パターン8は、回路パターンが
形成された露光用マスクの一部に形成してもよい。この
場合には、回路パターンの露光と並行してフォーカスチ
ェックを行うことができる。従って、気圧、温度、露光
頻度等に起因して生じるフォーカス変動を連続的にモニ
タし、常時ベストフォーカスで露光することが可能とな
る。
【0013】また、上記の実施例ではハーフミラー6が
マスク3と集光レンズ2との間に配置されていたが、こ
れに限るものではなく、マスク3より光源1に近い位置
にあればよい。例えば、光源1と集光レンズ2との間に
配置することもできる。
【0014】マスク3の代わりに図9に示されるような
マスク23を用いることもできる。このマスク23は透
明基板29を有しており、透明基板29の上に共通の中
心Pの回りに所定の角度間隔で配置された複数の扇形の
遮光部材30が形成されている。これら複数の遮光部材
30によって、遮光部分Dと透過部分Eとが交互に繰り
返し配列された焦点合わせ用パターン28が形成されて
いる。上記の実施例と同様に、ウエハ5の表面で反射し
てこの焦点合わせ用パターン28を通過した照明光の光
量をセンサ7で検出することにより、ベストフォーカス
条件を容易に決定することができる。
【0015】なお、光の回折の影響は、光の波長と個々
のパターンの大きさに依存するので、露光しようとする
回路パターンの代表的なパターンピッチと同程度のピッ
チで遮光部分と透過部分とが交互に配列された焦点合わ
せ用パターンを用いると、より高精度な焦点合わせがで
きる。図9に示された焦点合わせ用パターン28は、遮
光部分Dと透過部分Eとがそれぞれ扇形を有しているの
で、点Pを中心とする円を考えると、この円の半径に応
じて円周に沿った遮光部分Dと透過部分Eとの配列ピッ
チが変化する。すなわち、半径を大きくとると配列ピッ
チは大きくなり、半径を小さくとると配列ピッチも小さ
くなる。そこで、図9の焦点合わせ用パターン28の像
をセンサ7の受光面上に結像させ、点Pを中心とした任
意の半径の環状部分Qのみを取り出してこの部分の照明
光の光量を検出すれば、所望の配列ピッチによるベスト
フォーカス条件が決定され、高精度の焦点合わせが可能
となる。
【0016】図10に示されるように、透明基板39上
に互いに配列ピッチの異なる複数の焦点合わせ用パター
ン38a、38b及び38cが形成された焦点合わせ用
パターン33を用いることもできる。各パターン38
a、38b及び38cは、それぞれ固有のピッチで互い
に平行に配置された複数の遮光部材を有している。焦点
合わせ用パターン38a、38b及び38cの中から、
露光しようとする回路パターンのパターンピッチに最も
近い配列ピッチを有する焦点合わせ用パターンを選択
し、そのパターンを通過した照明光の光量を検出するこ
とにより、高精度の焦点合わせが可能となる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る投
影露光装置は、露光光を発する光源と、回路パターンと
共に遮光部分と透過部分とが交互に繰り返し配列された
焦点合わせ用パターンが形成されたマスクと、光源から
発した露光光をマスク上に照射させる集光レンズと、マ
スクを通過した露光光をウエハ表面に投影する投影レン
ズと、マスクの焦点合わせ用パターンを通過した後にウ
エハ表面で反射して再びマスクの焦点合わせ用パターン
を通過した露光光の光量をマスクの近傍で検出するセン
サとを備え、マスクの回路パターンの露光中にセンサに
より焦点合わせ用パターンでの焦点を連続的にモニタす
るので、露光中に容易に且つ高速でベストフォーカス条
件を決定することが可能となる。また、この発明に係る
パターン露光方法は、回路パターンと共に遮光部分と透
過部分とが交互に繰り返し配列された焦点合わせ用パタ
ーンが形成されたマスクに露光光を照射してウエハ表面
に投影し、マスクの焦点合わせ用パターンを通過した後
にウエハ表面で反射して再びマスクの焦点合わせ用パタ
ーンを通過した露光光の光量をマスクの近傍で検出する
ことにより回路パターンの露光中に焦点合わせ用パター
ンでの焦点を連続的にモニタするので、露光中に容易に
且つ高速でベストフォーカス条件を決定することが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係る投影露光装置の光学
系を示す図である。
【図2】実施例で用いられたマスクを示す平面図であ
る。
【図3】ベストフォーカス時の実施例の動作を示す図で
ある。
【図4】ベストフォーカス時の実施例の動作を示す図で
ある。
【図5】ベストフォーカス時の実施例の動作を示す図で
ある。
【図6】デフォーカス時の実施例の動作を示す図であ
る。
【図7】デフォーカス時の実施例の動作を示す図であ
る。
【図8】デフォーカス時の実施例の動作を示す図であ
る。
【図9】他の実施例で用いられるマスクを示す平面図で
ある。
【図10】さらに他の実施例で用いられるマスクを示す
平面図である。
【図11】従来の投影露光装置の光学系を示す図であ
る。
【図12】従来の投影露光装置における焦点合わせ法で
ウエハにテストパターンを露光した状態を示す平面図で
ある。
【図13】ウエハに形成されたテストパターンを示す断
面図である。
【符号の説明】
1 光源 2 集光レンズ 3、23、33 マスク 4 投影レンズ 5 ウエハ 6 ハーフミラー 7 センサ 8、28、38a、38b、38c 焦点合わせ用パタ
ーン

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光光を発する光源と、 回路パターンと共に遮光部分と透過部分とが交互に繰り
    返し配列された焦点合わせ用パターンが形成されたマス
    クと、 前記光源から発した露光光を前記マスク上に照射させる
    集光レンズと、 前記マスクを通過した露光光をウエハ表面に投影する投
    影レンズと、 前記マスクの焦点合わせ用パターンを通過した後にウエ
    ハ表面で反射して再び前記マスクの焦点合わせ用パター
    ンを通過した露光光の光量を前記マスクの近傍で検出す
    るセンサとを備え、前記マスクの回路パターンの露光中
    に前記センサにより焦点合わせ用パターンでの焦点を連
    続的にモニタすることを特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】 回路パターンと共に遮光部分と透過部分
    とが交互に繰り返し配列された焦点合わせ用パターンが
    形成されたマスクに露光光を照射してウエハ表面に投影
    し、 マスクの焦点合わせ用パターンを通過した後にウエハ表
    面で反射して再びマスクの焦点合わせ用パターンを通過
    した露光光の光量をマスクの近傍で検出することにより
    回路パターンの露光中に焦点合わせ用パターンでの焦点
    を連続的にモニタすることを特徴とするパターン露光方
    法。
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