JP3198466B2 - 位置検出装置、及び露光装置 - Google Patents
位置検出装置、及び露光装置Info
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- JP3198466B2 JP3198466B2 JP08476092A JP8476092A JP3198466B2 JP 3198466 B2 JP3198466 B2 JP 3198466B2 JP 08476092 A JP08476092 A JP 08476092A JP 8476092 A JP8476092 A JP 8476092A JP 3198466 B2 JP3198466 B2 JP 3198466B2
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子等を
製造するための露光装置のオートフォーカス機構に適用
して好適な位置検出装置に関する。
製造するための露光装置のオートフォーカス機構に適用
して好適な位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】レチクル上に形成された回路パターンを
投影光学系を介してウエハ上に転写する投影露光装置に
おいては、投影光学系の焦点深度が比較的浅いと共にウ
エハには部分的に凹凸が存在することがあるため、ウエ
ハの各ショット領域に対して投影光学系に対する焦点ず
れの補正をそれぞれ行う必要がある。その場合の投影光
学系の光軸方向の位置の検出装置として、従来は例えば
ウエハ等の被検面上に斜めにスリットの像を投影する斜
め入射型オートフォーカスセンサが使用されている(例
えば特開昭56−42205号公報参照)。この方式で
は、被検面が上下すると、そのスリットの被検面上での
位置が斜め入射光学系の光軸にほぼ垂直な方向にずれる
ので、このずれ量を測定することにより被検面の高さを
検出することができる。
投影光学系を介してウエハ上に転写する投影露光装置に
おいては、投影光学系の焦点深度が比較的浅いと共にウ
エハには部分的に凹凸が存在することがあるため、ウエ
ハの各ショット領域に対して投影光学系に対する焦点ず
れの補正をそれぞれ行う必要がある。その場合の投影光
学系の光軸方向の位置の検出装置として、従来は例えば
ウエハ等の被検面上に斜めにスリットの像を投影する斜
め入射型オートフォーカスセンサが使用されている(例
えば特開昭56−42205号公報参照)。この方式で
は、被検面が上下すると、そのスリットの被検面上での
位置が斜め入射光学系の光軸にほぼ垂直な方向にずれる
ので、このずれ量を測定することにより被検面の高さを
検出することができる。
【0003】しかしながら、このように被検面上にスリ
ットの像等を投影する方式では被検面上の或る1点の位
置しか検出することができないため、ウエハのショット
領域内に凹凸が存在するような場合に、そのショット領
域の例えば平均的な面を投影光学系の結像面に合わせる
ことができない。なお、投影露光装置には、ウエハの各
ショット領域に例えば平行光束を照射して、反射光の方
向によりそのショット領域の傾きを検出するレベリング
光学系も設けられているが、そのショット領域に凹凸が
存在する場合には、レベリング光学系でも正確にショッ
ト領域の平均的な面の傾きを検出することができない虞
がある。
ットの像等を投影する方式では被検面上の或る1点の位
置しか検出することができないため、ウエハのショット
領域内に凹凸が存在するような場合に、そのショット領
域の例えば平均的な面を投影光学系の結像面に合わせる
ことができない。なお、投影露光装置には、ウエハの各
ショット領域に例えば平行光束を照射して、反射光の方
向によりそのショット領域の傾きを検出するレベリング
光学系も設けられているが、そのショット領域に凹凸が
存在する場合には、レベリング光学系でも正確にショッ
ト領域の平均的な面の傾きを検出することができない虞
がある。
【0004】これに関して、本出願人は特願平3−31
1758号において、被検面上に2次元的なパターンを
投影することにより、比較的簡単な構成でその被検面の
所定範囲の高さの分布を検出できる位置検出装置を提案
した。図4はその特願平3−311758号で提案され
ている位置検出装置が適用された縮小投影型露光装置を
示し、この図4において、1はウエハであり、ウエハ1
の露光面が被検面1aである。2はウエハホルダー、3
はウエハステージよりなる保持機構を示し、ウエハ1を
ウエハホルダー2上に保持し、ウエハホルダー2を保持
機構3上に例えば3個の支持点で支持する。保持機構3
は、ウエハ1を2次元的に位置決めするXYステージ、
ウエハ1を投影光学系の光軸方向に位置決めするZステ
ージ及びウエハ1を微小角度回転するθステージ等より
構成されている。
1758号において、被検面上に2次元的なパターンを
投影することにより、比較的簡単な構成でその被検面の
所定範囲の高さの分布を検出できる位置検出装置を提案
した。図4はその特願平3−311758号で提案され
ている位置検出装置が適用された縮小投影型露光装置を
示し、この図4において、1はウエハであり、ウエハ1
の露光面が被検面1aである。2はウエハホルダー、3
はウエハステージよりなる保持機構を示し、ウエハ1を
ウエハホルダー2上に保持し、ウエハホルダー2を保持
機構3上に例えば3個の支持点で支持する。保持機構3
は、ウエハ1を2次元的に位置決めするXYステージ、
ウエハ1を投影光学系の光軸方向に位置決めするZステ
ージ及びウエハ1を微小角度回転するθステージ等より
構成されている。
【0005】4は保持機構3を駆動する駆動手段、5は
ウエハ1の上方に位置する投影光学系を示し、投影光学
系5は図示省略したレチクルのパターンをウエハ1の露
光面に転写する。保持機構3を駆動手段4を介して駆動
することにより、ウエハ1は投影光学系5の光軸AX1
に垂直な平面内での平行移動及び微小回転並びにその光
軸AX1に平行な方向(フォーカシング方向)への移動
を行う。更に、駆動手段4からの指令により保持機構3
が、例えば3個の支持点の内の2点を突没させることに
より、ウエハ1のレベリングが行われる。
ウエハ1の上方に位置する投影光学系を示し、投影光学
系5は図示省略したレチクルのパターンをウエハ1の露
光面に転写する。保持機構3を駆動手段4を介して駆動
することにより、ウエハ1は投影光学系5の光軸AX1
に垂直な平面内での平行移動及び微小回転並びにその光
軸AX1に平行な方向(フォーカシング方向)への移動
を行う。更に、駆動手段4からの指令により保持機構3
が、例えば3個の支持点の内の2点を突没させることに
より、ウエハ1のレベリングが行われる。
【0006】図4において、6は光源、7はコンデンサ
ーレンズ、8は反射型位相格子を示し、この反射型位相
格子8の格子形成面8aに図4の紙面に平行な方向にピ
ッチQ1で凹凸の位相格子を形成する。ウエハ1の被検
面1aがレジスト等の薄膜で覆われた場合の干渉の影響
を低減するためには、その光源6は白色光源であること
が望ましい。ただし、その光源6としてレジストに対す
る感光性の弱い波長帯の光を射出する発光ダイオード等
を使用してもよい。その光源6からの照明光束をコンデ
ンサーレンズ7を介して平行光束に近づけ、この略々平
行な光束で回折格子8の格子形成面8aを照明する。
ーレンズ、8は反射型位相格子を示し、この反射型位相
格子8の格子形成面8aに図4の紙面に平行な方向にピ
ッチQ1で凹凸の位相格子を形成する。ウエハ1の被検
面1aがレジスト等の薄膜で覆われた場合の干渉の影響
を低減するためには、その光源6は白色光源であること
が望ましい。ただし、その光源6としてレジストに対す
る感光性の弱い波長帯の光を射出する発光ダイオード等
を使用してもよい。その光源6からの照明光束をコンデ
ンサーレンズ7を介して平行光束に近づけ、この略々平
行な光束で回折格子8の格子形成面8aを照明する。
【0007】9は集光レンズ、10は投射用対物レンズ
を示し、これら集光レンズ9と投射用対物レンズ10と
により投射光学系を構成し、この投射光学系の光軸AX
2を投影光学系5の光軸AX1に対して角度θで交差さ
せる。そして、回折格子形成面8aからの平均的な反射
角γの反射光(回折光を含む)をその投射光学系により
ウエハ1の被検面1a上に集束する。この際、被検面1
aが投影光学系5の結像面に合致している状態で、その
被検面1aと回折格子形成面8aとはその投射光学系に
関してシャインプルーフの条件を満たすようにしてお
く。従って、その状態では被検面1aの全面に回折格子
形成面8aの格子パターンの像が正確に結像している。
を示し、これら集光レンズ9と投射用対物レンズ10と
により投射光学系を構成し、この投射光学系の光軸AX
2を投影光学系5の光軸AX1に対して角度θで交差さ
せる。そして、回折格子形成面8aからの平均的な反射
角γの反射光(回折光を含む)をその投射光学系により
ウエハ1の被検面1a上に集束する。この際、被検面1
aが投影光学系5の結像面に合致している状態で、その
被検面1aと回折格子形成面8aとはその投射光学系に
関してシャインプルーフの条件を満たすようにしてお
く。従って、その状態では被検面1aの全面に回折格子
形成面8aの格子パターンの像が正確に結像している。
【0008】また、集光レンズ9と投射用対物レンズ1
0とよりなる投射光学系は所謂両側テレセントリックな
光学系を構成し、回折格子形成面8a上の各点と被検面
1a上の共役点とは全面でそれぞれ同じ倍率である。従
って、本例ではその回折格子形成面8aの格子パターン
は図4の紙面に垂直な方向を長手方向とする等間隔の格
子状にしてあるので、被検面1a上に投影される像も図
4の紙面に垂直な方向を長手方向とする等間隔の格子状
のパターンとなる。
0とよりなる投射光学系は所謂両側テレセントリックな
光学系を構成し、回折格子形成面8a上の各点と被検面
1a上の共役点とは全面でそれぞれ同じ倍率である。従
って、本例ではその回折格子形成面8aの格子パターン
は図4の紙面に垂直な方向を長手方向とする等間隔の格
子状にしてあるので、被検面1a上に投影される像も図
4の紙面に垂直な方向を長手方向とする等間隔の格子状
のパターンとなる。
【0009】そして、受光用対物レンズ11と集光レン
ズ(結像レンズ)12とより集光光学系を構成し、この
集光光学系の光軸AX3は投影光学系の光軸AX1に関
して投射光学系の光軸AX2と線対称になるようにす
る。13はアオリ補正用回折格子を示し、この回折格子
13の回折格子形成面13aにも図4の紙面に平行な方
向にピッチQ2で凹凸の位相型の格子パターンを形成す
る。この格子パターンは後述のように所定のブレーズ角
を有する。そして、その集光光学系により被検面1aか
らの反射光を回折格子形成面13a上に集束する。
ズ(結像レンズ)12とより集光光学系を構成し、この
集光光学系の光軸AX3は投影光学系の光軸AX1に関
して投射光学系の光軸AX2と線対称になるようにす
る。13はアオリ補正用回折格子を示し、この回折格子
13の回折格子形成面13aにも図4の紙面に平行な方
向にピッチQ2で凹凸の位相型の格子パターンを形成す
る。この格子パターンは後述のように所定のブレーズ角
を有する。そして、その集光光学系により被検面1aか
らの反射光を回折格子形成面13a上に集束する。
【0010】この際、被検面1aが投影光学系5の結像
面に合致している状態で、被検面1aと回折格子形成面
13aとはその集光光学系に関してシャインプルーフの
条件を満たすようにしておく。従って、その状態では回
折格子形成面13aの全面に被検面1a上の格子パター
ンの像が正確に再結像する。また、受光用対物レンズ1
1と集光レンズ12とよりなる集光光学系も両側テレセ
ントリックな光学系を構成し、被検面1a上の各点と回
折格子形成面13a上の共役点とは全面でそれぞれ同じ
倍率である。従って、被検面1aが投影光学系5の結像
面に合致している状態では、回折格子形成面13a上に
投影される像も図1の紙面に垂直な方向を長手方向とす
る等間隔の格子状のパターンとなる。
面に合致している状態で、被検面1aと回折格子形成面
13aとはその集光光学系に関してシャインプルーフの
条件を満たすようにしておく。従って、その状態では回
折格子形成面13aの全面に被検面1a上の格子パター
ンの像が正確に再結像する。また、受光用対物レンズ1
1と集光レンズ12とよりなる集光光学系も両側テレセ
ントリックな光学系を構成し、被検面1a上の各点と回
折格子形成面13a上の共役点とは全面でそれぞれ同じ
倍率である。従って、被検面1aが投影光学系5の結像
面に合致している状態では、回折格子形成面13a上に
投影される像も図1の紙面に垂直な方向を長手方向とす
る等間隔の格子状のパターンとなる。
【0011】即ち、図4において被検面1aが投影光学
系5の結像面に合致している状態では、回折格子形成面
8a、被検面1a及び回折格子形成面13aは各々シャ
インプルーフの条件を満たす関係にあり、しかも各面と
も全面で各々倍率が等しい。
系5の結像面に合致している状態では、回折格子形成面
8a、被検面1a及び回折格子形成面13aは各々シャ
インプルーフの条件を満たす関係にあり、しかも各面と
も全面で各々倍率が等しい。
【0012】そのアオリ補正用回折格子13に入射した
光は回折により反射されるが、その入射光の主光線が回
折格子形成面13aの法線方向に略々平行に反射される
ようにその回折格子13のピッチを定めておく。その回
折格子形成面13aからの反射光をレンズ14、平面鏡
15及びレンズ16を介して2次元電荷結合型撮像デバ
イス(CCD)17の受光面17a上に集束する。これ
により回折格子形成面13a上の格子状のパターンの像
の更なる像が受光面17a上に結像される。それらレン
ズ14とレンズ16とより構成されるリレー光学系も両
側テレセントリックである。また、受光面17a上に形
成される像は、反射型位相格子8の回折格子形成面8a
上のパターンによる被検面1a上の像を2回リレーして
得られた像であり、言い替えると被検面1aに投影され
たパターンの像を再々結像した像である。
光は回折により反射されるが、その入射光の主光線が回
折格子形成面13aの法線方向に略々平行に反射される
ようにその回折格子13のピッチを定めておく。その回
折格子形成面13aからの反射光をレンズ14、平面鏡
15及びレンズ16を介して2次元電荷結合型撮像デバ
イス(CCD)17の受光面17a上に集束する。これ
により回折格子形成面13a上の格子状のパターンの像
の更なる像が受光面17a上に結像される。それらレン
ズ14とレンズ16とより構成されるリレー光学系も両
側テレセントリックである。また、受光面17a上に形
成される像は、反射型位相格子8の回折格子形成面8a
上のパターンによる被検面1a上の像を2回リレーして
得られた像であり、言い替えると被検面1aに投影され
たパターンの像を再々結像した像である。
【0013】この場合、回折格子13からの反射光の主
光線は回折格子形成面13aに略々垂直であるため、2
次元CCD17に入射する光束の主光線も受光面17a
に対して略々垂直になっている。受光面17aには被検
面1aに投影されたパターンの像が再々結像されている
ので、被検面1aの投影光学系5の光軸AX1に沿った
上下によりその受光面17a上での格子状のパターンの
像は横ずれする。この横ずれ量を測定することにより、
被検面1a上の光軸AX1方向の面位置が測定できる。
光線は回折格子形成面13aに略々垂直であるため、2
次元CCD17に入射する光束の主光線も受光面17a
に対して略々垂直になっている。受光面17aには被検
面1aに投影されたパターンの像が再々結像されている
ので、被検面1aの投影光学系5の光軸AX1に沿った
上下によりその受光面17a上での格子状のパターンの
像は横ずれする。この横ずれ量を測定することにより、
被検面1a上の光軸AX1方向の面位置が測定できる。
【0014】具体的に、被検面1aが平面である場合に
は、2次元CCD17の受光面には図5(a)に示すよ
うに明部20と暗部21とが所定ピッチで形成された縞
22が結像される。その縞22のピッチ方向の撮像信号
を所定範囲で平均化した撮像信号は、図5(b)に示す
ように明部20に対応する領域で大きく暗部21に対応
する領域で小さい(0に近い)信号となる。また、被検
面1a上で縞状のパターンが投影されている領域を図6
(a)の領域23として、その領域23の中に部分的に
凹部24A及び凸部24Bが存在すると、2次元CCD
17の受光面上の縞22のそれぞれ対応する領域25A
及び25Bにおいては縞の位相が変化する。従って、そ
の縞22の各部の位相を検出することにより、被検面1
aの全面の投影光学系5の光軸方向の位置を検出するこ
とができる。
は、2次元CCD17の受光面には図5(a)に示すよ
うに明部20と暗部21とが所定ピッチで形成された縞
22が結像される。その縞22のピッチ方向の撮像信号
を所定範囲で平均化した撮像信号は、図5(b)に示す
ように明部20に対応する領域で大きく暗部21に対応
する領域で小さい(0に近い)信号となる。また、被検
面1a上で縞状のパターンが投影されている領域を図6
(a)の領域23として、その領域23の中に部分的に
凹部24A及び凸部24Bが存在すると、2次元CCD
17の受光面上の縞22のそれぞれ対応する領域25A
及び25Bにおいては縞の位相が変化する。従って、そ
の縞22の各部の位相を検出することにより、被検面1
aの全面の投影光学系5の光軸方向の位置を検出するこ
とができる。
【0015】その2次元CCD17から出力される撮像
信号を図4の検出部18に供給し、この検出部18はそ
の撮像信号を処理して受光面17a上の像のパターンを
求め、このパターン情報を補正量算出手段19に供給す
る。この補正量算出手段19はそのパターン情報より、
被検面1aの現在の露光領域と投影光学系5の結像面と
のずれ量を求め、駆動手段4を介してその露光領域の全
面のずれ量が焦点深度内に収まるようにする。
信号を図4の検出部18に供給し、この検出部18はそ
の撮像信号を処理して受光面17a上の像のパターンを
求め、このパターン情報を補正量算出手段19に供給す
る。この補正量算出手段19はそのパターン情報より、
被検面1aの現在の露光領域と投影光学系5の結像面と
のずれ量を求め、駆動手段4を介してその露光領域の全
面のずれ量が焦点深度内に収まるようにする。
【0016】また、被検面1aの光軸AX1方向の変位
がzであるときの2次元CCD17の受光面17aにお
ける縞の像の横ずれ量yは次のようになる。即ち、被検
面1aに対する入射光の主光線の入射角はθであり、レ
ンズ11及び12よりなる集光光学系の横倍率をβ、被
検面1aから回折格子形成面13aへのアオリの結像面
に沿った倍率をβ′、レンズ14及び16よりなるリレ
ー光学系の横倍率をβ″とすると、横ずれ量yは次のよ
うになる。
がzであるときの2次元CCD17の受光面17aにお
ける縞の像の横ずれ量yは次のようになる。即ち、被検
面1aに対する入射光の主光線の入射角はθであり、レ
ンズ11及び12よりなる集光光学系の横倍率をβ、被
検面1aから回折格子形成面13aへのアオリの結像面
に沿った倍率をβ′、レンズ14及び16よりなるリレ
ー光学系の横倍率をβ″とすると、横ずれ量yは次のよ
うになる。
【数1】 y=2・β″・β′・tanθ・z =2・β″(β2 sin2 θ+β4 sin4 θ/cos2 θ)1/2 ・z
【0017】次にアオリ補正用回折格子13の働きにつ
いて説明する。例えば集光光学系の横倍率βが0.5で
入射角θが85°の場合、回折格子13に対する被検面
1aからの反射光の主光線の入射角αは80°程度とな
る。このように大きな入射角の場合、回折格子13の代
わりに直接2次元CCD17を置くと入射する光量が著
しく低下する。何故ならば、CCDの光電変換部分に入
射する光がその回りの読み出し回路部分でけられたり、
更に光電変換部分やCCDのパッケージの窓ガラスの表
面反射が大きく光が有効に入らないためである。そこで
CCDへの入射角を小さくする光学素子が必要となる。
図4の例ではアオリ補正用回折格子13の1次回折光を
使うことによりそれを達成している。
いて説明する。例えば集光光学系の横倍率βが0.5で
入射角θが85°の場合、回折格子13に対する被検面
1aからの反射光の主光線の入射角αは80°程度とな
る。このように大きな入射角の場合、回折格子13の代
わりに直接2次元CCD17を置くと入射する光量が著
しく低下する。何故ならば、CCDの光電変換部分に入
射する光がその回りの読み出し回路部分でけられたり、
更に光電変換部分やCCDのパッケージの窓ガラスの表
面反射が大きく光が有効に入らないためである。そこで
CCDへの入射角を小さくする光学素子が必要となる。
図4の例ではアオリ補正用回折格子13の1次回折光を
使うことによりそれを達成している。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】このように図4の構成
によれば、被検面1aの所定の広い範囲の位置検出を行
うことができる。しかしながら、その被検面1aにはそ
れまでの工程により回路パターン等が転写されている場
合があり、2次元CCD17の受光面には図5(a)の
ような縞22に重畳して回路パターン等の像も結像され
ることがある。この場合、単に図5(b)のような撮像
信号を取り出して位置検出を行うと、検出誤差を生ずる
虞がある。
によれば、被検面1aの所定の広い範囲の位置検出を行
うことができる。しかしながら、その被検面1aにはそ
れまでの工程により回路パターン等が転写されている場
合があり、2次元CCD17の受光面には図5(a)の
ような縞22に重畳して回路パターン等の像も結像され
ることがある。この場合、単に図5(b)のような撮像
信号を取り出して位置検出を行うと、検出誤差を生ずる
虞がある。
【0019】本発明は斯かる点に鑑み、被検面上に所定
の明暗のパターンを投影してその被検面の位置検出を行
う場合に、被検面に回路パターン等が形成されていても
検出誤差を生ずることがない位置検出装置及び露光装置
を提供することを目的とする。
の明暗のパターンを投影してその被検面の位置検出を行
う場合に、被検面に回路パターン等が形成されていても
検出誤差を生ずることがない位置検出装置及び露光装置
を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図1に示す如く、被検面(1)に明暗のパ
ターンを投影する投影手段(33)と、その明暗のパタ
ーンの像を撮像する撮像手段(34,17,18)と、
この撮像された像の内の光量が所定のレベルより低い部
分を特定する特定手段(37,38)と、この特定され
た部分と基準位置とを比較する比較手段(39)とを有
し、その特定された部分によりその被検面の位置を検出
するものである。
置は、例えば図1に示す如く、被検面(1)に明暗のパ
ターンを投影する投影手段(33)と、その明暗のパタ
ーンの像を撮像する撮像手段(34,17,18)と、
この撮像された像の内の光量が所定のレベルより低い部
分を特定する特定手段(37,38)と、この特定され
た部分と基準位置とを比較する比較手段(39)とを有
し、その特定された部分によりその被検面の位置を検出
するものである。
【0021】この場合、その明暗のパターンはコントラ
ストの高い格子状のパターンであることが望ましい。ま
た、本発明による露光装置は、マスクのパターンの像を
投影光学系を介して基板上に投影することにより基板を
露光する露光装置であって、明暗縞からなる格子状パタ
ーンの像を照明光束を用いて基板上に投射する投射部
(33)と、基板上の格子状パターンの像を光電検出す
る検出部(34,17,18)とを備え、検出部から得
られる検出信号のうち、格子状パターンの像の明暗縞の
暗部に対応する検出信号に基づいて、基板の投影光学系
の光軸方向における位置情報を求める計測手段(17,
18,33〜39)を有するものである。
ストの高い格子状のパターンであることが望ましい。ま
た、本発明による露光装置は、マスクのパターンの像を
投影光学系を介して基板上に投影することにより基板を
露光する露光装置であって、明暗縞からなる格子状パタ
ーンの像を照明光束を用いて基板上に投射する投射部
(33)と、基板上の格子状パターンの像を光電検出す
る検出部(34,17,18)とを備え、検出部から得
られる検出信号のうち、格子状パターンの像の明暗縞の
暗部に対応する検出信号に基づいて、基板の投影光学系
の光軸方向における位置情報を求める計測手段(17,
18,33〜39)を有するものである。
【0022】
【作用】斯かる本発明によれば、被検面(1)に凹凸が
存在すると、撮像手段(34,17,18)において撮
像した明暗のパターンの像の位相等が部分的に変化する
ことから、その被検面(1)の全面のそれぞれの位置を
検出することができる。また、特定手段(37,38)
によりその撮像された像の内の光量が所定のレベルより
低い部分が特定されているが、これは明暗のパターンの
像の内の暗部のパターンの位置を基準として位置検出を
行うことを意味する。
存在すると、撮像手段(34,17,18)において撮
像した明暗のパターンの像の位相等が部分的に変化する
ことから、その被検面(1)の全面のそれぞれの位置を
検出することができる。また、特定手段(37,38)
によりその撮像された像の内の光量が所定のレベルより
低い部分が特定されているが、これは明暗のパターンの
像の内の暗部のパターンの位置を基準として位置検出を
行うことを意味する。
【0023】このように暗部のパターンの位置を基準と
する意義について説明するに、例えば被検面(1)に回
路パターンが形成されているものとする。この場合、撮
像手段(34,17,18)ではその回路パターンの像
も撮像する。しかしながら、その回路パターンの像は、
他ならぬ被検面(1)上に投影されている明暗のパター
ンに照明されていることによって生じているものである
ため、その明暗のパターンの暗部のパターンに対応する
領域の回路パターンは、撮像手段(34,17,18)
ではほとんど観察されない。従って、その暗部のパター
ンの像を位置検出に使うことにより、被検面(1)上の
回路パターンの影響を除くことができる。
する意義について説明するに、例えば被検面(1)に回
路パターンが形成されているものとする。この場合、撮
像手段(34,17,18)ではその回路パターンの像
も撮像する。しかしながら、その回路パターンの像は、
他ならぬ被検面(1)上に投影されている明暗のパター
ンに照明されていることによって生じているものである
ため、その明暗のパターンの暗部のパターンに対応する
領域の回路パターンは、撮像手段(34,17,18)
ではほとんど観察されない。従って、その暗部のパター
ンの像を位置検出に使うことにより、被検面(1)上の
回路パターンの影響を除くことができる。
【0024】また、明暗のパターンをコントラストの高
い格子状のパターンである場合には、被検面(1)が平
面である場合にはその暗部のパターンを抽出するとほぼ
一定ピッチの格子状のパターンが得られる。そして、被
検面(1)に凹凸が存在すると、その格子状のパターン
が部分的に歪むことから容易にその被検面(1)の位置
の分布を検出することができ、本発明は特に有効であ
る。
い格子状のパターンである場合には、被検面(1)が平
面である場合にはその暗部のパターンを抽出するとほぼ
一定ピッチの格子状のパターンが得られる。そして、被
検面(1)に凹凸が存在すると、その格子状のパターン
が部分的に歪むことから容易にその被検面(1)の位置
の分布を検出することができ、本発明は特に有効であ
る。
【0025】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図1〜図3を
参照して説明する。本例は図4の縮小投影型露光装置に
本発明を適用したものであり、図1〜図3に対応する部
分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
参照して説明する。本例は図4の縮小投影型露光装置に
本発明を適用したものであり、図1〜図3に対応する部
分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【0026】図1は本実施例の縮小投影型露光装置の要
部を示し、この図1において、26はレチクルホルダー
27に支持されたレチクルである。図示省略した照明光
学系からの露光光ILがそのレチクル26に照射され、
レチクル26の回路パターンの像が投影光学系5を介し
てウエハホルダー2に保持されたウエハ1の各ショット
領域に転写される。ウエハホルダー2はウエハステージ
よりなる保持機構3に載置されている。この保持機構3
の一端には平面鏡3aが装着され、レーザー干渉計28
からのレーザービームがその平面鏡3aで反射され、保
持機構3の中のXYステージの座標が常時計測されてい
る。
部を示し、この図1において、26はレチクルホルダー
27に支持されたレチクルである。図示省略した照明光
学系からの露光光ILがそのレチクル26に照射され、
レチクル26の回路パターンの像が投影光学系5を介し
てウエハホルダー2に保持されたウエハ1の各ショット
領域に転写される。ウエハホルダー2はウエハステージ
よりなる保持機構3に載置されている。この保持機構3
の一端には平面鏡3aが装着され、レーザー干渉計28
からのレーザービームがその平面鏡3aで反射され、保
持機構3の中のXYステージの座標が常時計測されてい
る。
【0027】29はアライメント系であり、このアライ
メント系からのウエハ1に塗布された感光材に感光しな
い波長帯の検出光がミラー30及び投影光学系5を介し
て保持機構3側に照射される。また、保持機構3の上部
のウエハ1の近傍には基準マーク31が配設され、レチ
クル26の上部の側方にアライメント顕微鏡32が配設
されている。アライメント系29を用いて基準マーク3
1の位置を投影光学系5に対して所定の位置に設定し、
且つアライメント顕微鏡32を用いて基準マーク31に
対してレチクル26の位置決めを行うことにより、間接
的にレチクル26とウエハ1との相対的な位置合わせが
行われる。
メント系からのウエハ1に塗布された感光材に感光しな
い波長帯の検出光がミラー30及び投影光学系5を介し
て保持機構3側に照射される。また、保持機構3の上部
のウエハ1の近傍には基準マーク31が配設され、レチ
クル26の上部の側方にアライメント顕微鏡32が配設
されている。アライメント系29を用いて基準マーク3
1の位置を投影光学系5に対して所定の位置に設定し、
且つアライメント顕微鏡32を用いて基準マーク31に
対してレチクル26の位置決めを行うことにより、間接
的にレチクル26とウエハ1との相対的な位置合わせが
行われる。
【0028】また、33は図4の光源6〜投射用対物レ
ンズ10までの光学素子よりなる投射光学系、34は図
4の受光用対物レンズ11〜レンズ16までの光学素子
よりなる受光光学系を示す。投射光学系33によりウエ
ハ1の現在のショット領域の上に明暗の縞のパターン
(格子状のパターン)が投影光学系5の光軸に対して斜
めに投影され、ウエハ1の上の明暗の縞のパターンの像
が受光光学系34により2次元CCD17の受光面上に
再結像されている。
ンズ10までの光学素子よりなる投射光学系、34は図
4の受光用対物レンズ11〜レンズ16までの光学素子
よりなる受光光学系を示す。投射光学系33によりウエ
ハ1の現在のショット領域の上に明暗の縞のパターン
(格子状のパターン)が投影光学系5の光軸に対して斜
めに投影され、ウエハ1の上の明暗の縞のパターンの像
が受光光学系34により2次元CCD17の受光面上に
再結像されている。
【0029】本例ではその2次元CCD17の撮像信号
を検出部18を介してメモリ35に書き込む。そして、
現在のウエハ1のショット領域上で位置検出したい部分
の撮像信号S1を画像抽出手段36によりメモリ35か
ら読み出し、この読み出した撮像信号S1を微分手段3
7で微分(ディジタル処理では差分に対応する)して信
号S2を得た後、ゼロクロス点検出手段38でその信号
S2の負から正へのゼロクロス点でハイレベルのパルス
となる信号S3を得て、この信号S3を補正量算出手段
39に供給する。補正量算出手段39は、その信号S3
のパルス位置を基準位置と比較することにより、そのウ
エハ1の検出対象部分の位置を測定し、この測定された
位置が所定の位置になるように駆動手段4を介して保持
機構3を動作させる。
を検出部18を介してメモリ35に書き込む。そして、
現在のウエハ1のショット領域上で位置検出したい部分
の撮像信号S1を画像抽出手段36によりメモリ35か
ら読み出し、この読み出した撮像信号S1を微分手段3
7で微分(ディジタル処理では差分に対応する)して信
号S2を得た後、ゼロクロス点検出手段38でその信号
S2の負から正へのゼロクロス点でハイレベルのパルス
となる信号S3を得て、この信号S3を補正量算出手段
39に供給する。補正量算出手段39は、その信号S3
のパルス位置を基準位置と比較することにより、そのウ
エハ1の検出対象部分の位置を測定し、この測定された
位置が所定の位置になるように駆動手段4を介して保持
機構3を動作させる。
【0030】次に、図2及び図3を参照して本例の位置
検出動作の一例につき説明する。この場合、図2に示す
ように、ウエハ1の露光面が縦横にスクライブラインに
より多数の正方形のショット領域40に分割されている
ものとして、現在のショット領域が領域41であるとす
る。本例ではその正方形のショット領域41に対して斜
めの方向(R方向)に、且つその領域41を完全に覆う
ような領域42にR方向に一定ピッチの明暗の縞状のパ
ターンを投影する。従って、領域42の明暗の縞はショ
ット領域41を囲むスクライブラインに対して45°程
度で交差している。一般に、ショット領域41の内部に
転写されている回路パターンは領域41の各辺にほぼ平
行なパターンより構成されているので、そのように明暗
の縞と領域41を囲むスクライブラインとを交差させる
ことにより、ショット領域41に転写されている回路パ
ターンの影響を軽減することができる。
検出動作の一例につき説明する。この場合、図2に示す
ように、ウエハ1の露光面が縦横にスクライブラインに
より多数の正方形のショット領域40に分割されている
ものとして、現在のショット領域が領域41であるとす
る。本例ではその正方形のショット領域41に対して斜
めの方向(R方向)に、且つその領域41を完全に覆う
ような領域42にR方向に一定ピッチの明暗の縞状のパ
ターンを投影する。従って、領域42の明暗の縞はショ
ット領域41を囲むスクライブラインに対して45°程
度で交差している。一般に、ショット領域41の内部に
転写されている回路パターンは領域41の各辺にほぼ平
行なパターンより構成されているので、そのように明暗
の縞と領域41を囲むスクライブラインとを交差させる
ことにより、ショット領域41に転写されている回路パ
ターンの影響を軽減することができる。
【0031】この場合、図3(a)に示すように、2次
元CCD17の受光面には明部43及び暗部44が所定
ピッチで繰り返される縞のパターン45と回路パターン
の像46とが重畳して結像される。図3(a)の内で回
路パターンの像46と交差する走査ライン上の撮像信号
を図1の画像抽出手段36で取り出すと、図3(b)に
示すように明部のピークがばらついている撮像信号S1
が得られる。図3(b)の横軸は時間tであるが、この
時間tは図2のR方向の座標に対応している。その撮像
信号S1の内の矢印47で指示する暗部のピークの位置
を特定することが本例の目的である。
元CCD17の受光面には明部43及び暗部44が所定
ピッチで繰り返される縞のパターン45と回路パターン
の像46とが重畳して結像される。図3(a)の内で回
路パターンの像46と交差する走査ライン上の撮像信号
を図1の画像抽出手段36で取り出すと、図3(b)に
示すように明部のピークがばらついている撮像信号S1
が得られる。図3(b)の横軸は時間tであるが、この
時間tは図2のR方向の座標に対応している。その撮像
信号S1の内の矢印47で指示する暗部のピークの位置
を特定することが本例の目的である。
【0032】そこで、図1の微分手段37によりその撮
像信号S1を微分すると、図3(c)の信号S2が得ら
れ、図1のゼロクロス点検出手段38によりその信号S
2の負から正へのゼロクロス点を抽出することにより、
図3(d)の信号S3が得られる。この信号S3は図3
(b)の暗部のピークでハイレベルのパルスとなる信号
である。この信号S3が図1の補正量算出手段39に供
給され、補正量算出手段39では信号S3のハイレベル
のパルス位置を基準位置と比較することにより、その走
査ライン上の各点の投影光学系5の光軸方向の位置を計
測することができる。
像信号S1を微分すると、図3(c)の信号S2が得ら
れ、図1のゼロクロス点検出手段38によりその信号S
2の負から正へのゼロクロス点を抽出することにより、
図3(d)の信号S3が得られる。この信号S3は図3
(b)の暗部のピークでハイレベルのパルスとなる信号
である。この信号S3が図1の補正量算出手段39に供
給され、補正量算出手段39では信号S3のハイレベル
のパルス位置を基準位置と比較することにより、その走
査ライン上の各点の投影光学系5の光軸方向の位置を計
測することができる。
【0033】このように本例では、2次元CCD17の
受光面に結像されたパターンの内の暗部のピークを検出
するようにしている。この場合、ウエハ1のショット領
域に回路パターンが形成されていても、その暗部のピー
クが更に低くなることはないので、その本来の暗部のピ
ークの位置は常に正確に検出することができる。また、
回路パターンによりノイズ的な暗部のピークが形成され
る場合があるが、これは暗部のピークを例えば所定領域
で平均化することにより除去することができる。
受光面に結像されたパターンの内の暗部のピークを検出
するようにしている。この場合、ウエハ1のショット領
域に回路パターンが形成されていても、その暗部のピー
クが更に低くなることはないので、その本来の暗部のピ
ークの位置は常に正確に検出することができる。また、
回路パターンによりノイズ的な暗部のピークが形成され
る場合があるが、これは暗部のピークを例えば所定領域
で平均化することにより除去することができる。
【0034】なお、図1の例では微分手段37を用いて
暗部のピークを検出しているが、それ以外に図3(b)
に示すように、撮像信号S1の内のレベルが所定の閾値
TLよりも低い部分を抽出するようにしてもよい。この
場合の閾値TLは、例えば撮像信号S1の最小レベルよ
りも所定レベルだけ高いレベルに設定すればよい。ま
た、より回路パターンの像46の影響を少なくするに
は、コントラスト比が高く、できるだけ暗部の照度が低
い明暗のパターンをウエハ1上に投影することが望まし
い。
暗部のピークを検出しているが、それ以外に図3(b)
に示すように、撮像信号S1の内のレベルが所定の閾値
TLよりも低い部分を抽出するようにしてもよい。この
場合の閾値TLは、例えば撮像信号S1の最小レベルよ
りも所定レベルだけ高いレベルに設定すればよい。ま
た、より回路パターンの像46の影響を少なくするに
は、コントラスト比が高く、できるだけ暗部の照度が低
い明暗のパターンをウエハ1上に投影することが望まし
い。
【0035】また、コントラスト比を高めて暗部の照度
を低くするためには、図4において、反射型位相格子8
の0次光が消えるようにして、反射型位相格子8からの
±1次回折光のみによりウエハ1に縞状のパターンが投
影されるようにするとよい。また、0次光と1次回折光
との強度が一致するような振幅型又は位相型の格子を反
射型位相格子8の代わりに使用して、0次光と+1次回
折光と(又は0次光と−1次回折光と)よりウエハ1に
縞状のパターンを投影するようにしてもよい。このよう
に、±1回折光、0次光及び+1次回折光又は0次光及
び−1次回折光のみをウエハ1に投影して、ウエハ1上
に同じピッチの縞状のパターンを投影する場合は、0次
と±1次光とを合わせて使う場合に比べて半分の開口数
(NA)の対物レンズで済み、光学系の小型化が可能で
ある。
を低くするためには、図4において、反射型位相格子8
の0次光が消えるようにして、反射型位相格子8からの
±1次回折光のみによりウエハ1に縞状のパターンが投
影されるようにするとよい。また、0次光と1次回折光
との強度が一致するような振幅型又は位相型の格子を反
射型位相格子8の代わりに使用して、0次光と+1次回
折光と(又は0次光と−1次回折光と)よりウエハ1に
縞状のパターンを投影するようにしてもよい。このよう
に、±1回折光、0次光及び+1次回折光又は0次光及
び−1次回折光のみをウエハ1に投影して、ウエハ1上
に同じピッチの縞状のパターンを投影する場合は、0次
と±1次光とを合わせて使う場合に比べて半分の開口数
(NA)の対物レンズで済み、光学系の小型化が可能で
ある。
【0036】また、縞状のパターンを被検面に投影する
代わりに、例えばメッシュ状のパターン等を被検面に投
影するようにしてもよい。更に、上述実施例ではオート
フォーカス用の焦点位置検出及びレベリング用の傾斜検
出を行う場合に本発明を適用したものであるが、本発明
は、既に何等かのパターンが描かれた被検面に明暗のパ
ターンを投影し、その被検面の各部の位置や間隔を求め
る装置全般に適用することができる。このように、本発
明は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の構成を取り得る。
代わりに、例えばメッシュ状のパターン等を被検面に投
影するようにしてもよい。更に、上述実施例ではオート
フォーカス用の焦点位置検出及びレベリング用の傾斜検
出を行う場合に本発明を適用したものであるが、本発明
は、既に何等かのパターンが描かれた被検面に明暗のパ
ターンを投影し、その被検面の各部の位置や間隔を求め
る装置全般に適用することができる。このように、本発
明は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の構成を取り得る。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、撮像された暗部を基準
として位置検出を行うようにしているので、被検面上に
回路パターン等が形成されていても検出誤差を生ずるこ
とがない利点がある。また、明暗のパターンとしてコン
トラストの高い格子状のパターンを使用する場合には、
以後の画像処理が容易である。
として位置検出を行うようにしているので、被検面上に
回路パターン等が形成されていても検出誤差を生ずるこ
とがない利点がある。また、明暗のパターンとしてコン
トラストの高い格子状のパターンを使用する場合には、
以後の画像処理が容易である。
【図1】本発明の一実施例が適用された縮小投影型露光
装置の要部を示す構成図である。
装置の要部を示す構成図である。
【図2】図1のウエハ1を示す平面図である。
【図3】(a)は図1の2次元CCD17の受光面の像
を示す正面図、(b)は撮像信号S1の一例を示す波形
図、(c)はその撮像信号S1を微分して得られた信号
S2の波形図、(d)はその信号S2のゼロクロス点を
示す信号S3の波形図である。
を示す正面図、(b)は撮像信号S1の一例を示す波形
図、(c)はその撮像信号S1を微分して得られた信号
S2の波形図、(d)はその信号S2のゼロクロス点を
示す信号S3の波形図である。
【図4】本出願人の先願に係る縮小投影型露光装置の要
部を示す構成図である。
部を示す構成図である。
【図5】(a)は図4の2次元CCD17の受光面に結
像された像の一例を示す正面図、(b)はその像の一部
に対応する撮像信号の波形図である。
像された像の一例を示す正面図、(b)はその像の一部
に対応する撮像信号の波形図である。
【図6】(a)は凹凸のある被検面1aの一例を示す平
面図、(b)は図6(a)に対応して2次元CCD17
の受光面に結像された像を示す正面図である。
面図、(b)は図6(a)に対応して2次元CCD17
の受光面に結像された像を示す正面図である。
【符号の説明】 1 ウエハ 3 保持機構 5 投影光学系 17 2次元CCD 26 レチクル 32 アライメント顕微鏡 33 投射光学系 34 集光光学系 37 微分手段 38 ゼロクロス点検出手段 39 補正量算出手段 43 明部 44 暗部 45 縞状のパターン 46 回路パターンの像
Claims (5)
- 【請求項1】 被検面に明暗のパターンを投影する投影
手段と、前記明暗のパターンの像を撮像する撮像手段
と、該撮像された像の内の光量が所定のレベルより低い
部分を特定する特定手段と、該特定された部分と基準位
置とを比較する比較手段とを有し、 前記特定された部分により前記被検面の位置を検出する
ことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項2】 前記明暗のパターンはコントラストの高
い格子状のパターンであることを特徴とする請求項1記
載の位置検出装置。 - 【請求項3】 マスクのパターンの像を投影光学系を介
して基板上に投影することにより前記基板を露光する露
光装置において、 明暗縞からなる格子状パターンの像を照明光束を用いて
基板上に投射する投射部と、前記基板上の前記格子状パ
ターンの像を光電検出する検出部とを備え、前記検出部
から得られる検出信号のうち、前記格子状パターンの像
の前記明暗縞の暗部に対応する検出信号に基づいて、前
記基板の前記投影光学系の光軸方向における位置情報を
求める計測手段を有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項4】 前記計測手段は、前記検出部からの検出
信号を微分することによって前記暗部に対応する検出信
号を得ることを特徴とする請求項3記載の露光装置。 - 【請求項5】 前記計測手段は、前記検出部からの検出
信号を所定の閾値と比較することによって前記暗部に対
応する検出信号を得ることを特徴とする請求項3記載の
露光装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08476092A JP3198466B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 位置検出装置、及び露光装置 |
US08/264,841 US5416562A (en) | 1992-03-06 | 1994-06-22 | Method of detecting a position and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08476092A JP3198466B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 位置検出装置、及び露光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05251306A JPH05251306A (ja) | 1993-09-28 |
JP3198466B2 true JP3198466B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=13839644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08476092A Expired - Fee Related JP3198466B2 (ja) | 1992-03-06 | 1992-03-06 | 位置検出装置、及び露光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3198466B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104950592A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 校准dmd光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法 |
-
1992
- 1992-03-06 JP JP08476092A patent/JP3198466B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104950592A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 校准dmd光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的新方法 |
CN104950592B (zh) * | 2015-06-10 | 2017-02-01 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 校准dmd光刻系统中投影镜头焦面和相机焦面位置的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05251306A (ja) | 1993-09-28 |
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