JP3206201B2 - 投影露光方法 - Google Patents

投影露光方法

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JP3206201B2
JP3206201B2 JP08176893A JP8176893A JP3206201B2 JP 3206201 B2 JP3206201 B2 JP 3206201B2 JP 08176893 A JP08176893 A JP 08176893A JP 8176893 A JP8176893 A JP 8176893A JP 3206201 B2 JP3206201 B2 JP 3206201B2
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    • 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
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    • GPHYSICS
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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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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (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】本発明は、半導体デバイスの製造
工程において、ウェハ上に塗布したレジストを露光する
露光工程に係り、特に、微細な回路パターンを線幅のば
らつきを押さえて高い解像度で露光するのに適した投影
露光方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体回路の微細化や、液晶ディスプレ
イの高精細化等に伴い、これらデバイスのパターン露光
等の製造工程ではウエハ面や基板面等の表面の傾きや高
さを高精度に検出し、得られた検出値に基づき上記面の
位置を正確に制御することが益々重要に成ってきてい
る。半導体回路の露光に例をとれば、0.5ミクロンの
線幅のパターンの露光を水銀ランプのi線で行うと、焦
点深度は1ミクロン以下となり、ウエハのそり、ウエハ
表面のパターン凹凸を考慮すると、傾きについては約1
0マイクロラジアン、高さは0.1ミクロンの精度で制
御する必要がある。このような要求に対し、以下のよう
な技術が有った。
【0003】例えば、従来のウエハの高さや傾きの検出
法にはウェハ上の3〜5点にスポット光を照射して用い
る方法と、エアーノズルの先端と被検物の間隙により生
ずる差圧から間隙即ち高さを求める方法が有った。後者
は被検物の光学的特性に左右されることなく、正確に表
面を捕らえることができる反面、半導体露光装置のよう
に高さや傾きを検出したい露光領域に検出器を配置でき
ない場合には、真に検出したい場所の周辺しか検出でき
ない。他方前者は露光領域内の数点の高さを検出して高
さや傾きに換算するが、半導体回路の微細化に伴い、例
えば4MDRAMではチップの表面に1μmに及ぶ段差
が存在し、また、ASIC等のチップでは、チップの表
面形状がメモリチップの様に対称では無くなってくるた
め、露光領域上の高々5点の高さデータだけでは露光領
域全面を露光レンズの焦点深度内に収めることは困難に
なってくる。また、ウェハに透明なレジストが塗布され
ている場合、照射光がウェハの表面と回路表面で多重反
射し、スポットの反射する位置がずれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術の問題
点にたいし、本発明ではウェハ或いは基板上の露光領域
上の線状の広い領域の平均的な高さと傾きを同時に検出
し、その情報に基づいて露光装置の高さ及び傾きを制御
し、ウェハ或いは基板上の露光領域の表面を正確に投影
レンズの焦点マージン内に制御して露光しようとするも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題に対して本発
明者らが特願平3−218259に示すように、検出光
が被検物に入射する角度を85°以上にし、S偏光を用
いることにより、フォトレジスト内への入射光量を少な
くし、フォトレジスト表面をより正確に検出する方式を
採用することにより、レジスト表面を検出することが出
来る。この時入射光にレーザ光を用い、入射角をできる
かぎり90°に近付ければ効果が大きい。レーザ光を用
い、被検物への入射角を88°にし、反射光と参照光を
干渉させ、この干渉縞を演算処理している。即ち、被検
物が傾くことによって干渉縞のピッチの変化が生じ、被
検物の高さが変わることによって干渉縞の位相の変化が
生じる。これを干渉縞強度信号をFFTすることによっ
て得られるスペクトルのピーク位置の周波数と位相とか
ら検知して、これによって被検物の表面の平均的な傾き
と高さを検知していた。
【0006】しかし離散的フーリエ変換を行っているた
め、FFTスペクトルのピーク位置はとびとびの値とな
る。そこで特願平3−218259では、干渉縞の振幅
とピッチが場所によらず一様である場合に、それをフー
リエ変換したスペクトルのピーク形状がシンク関数(s
in(f)/f:fは周波数)となることから、離散ス
ペクトルをシンク関数で補間して真のスペクトルピーク
位置を求めていた。この時、スペクトルのピーク形状が
シンク関数から多少離れても精度を維持できるように、
2種類の補間式による結果を重み付け平均して使用して
いた。しかし、この方法では、レーザ光の強度分布が平
坦でないために干渉縞の振幅が場所によって変化するこ
との影響は低減できるが、実プロセスウェハを検出する
場合には誤差が大きくなる。なぜなら、実プロセスウェ
ハではウェハの表面に段差が存在するために干渉縞のピ
ッチが場所によって変化し、これによってスペクトルピ
ークの形状が大きく変化するためである。そこで本発明
では、FFTのデータの与え方を工夫してスペクトルの
周波数分解能を向上し、スペクトルの頂点付近のデータ
のみを使用して2次関数近似を行うことによって、スペ
クトルピークの形状の変化に影響されずに精度良く干渉
縞のピッチを検出できる。なお、本発明による干渉縞信
号の処理方法は、一般の信号処理分野において略正弦波
状に変化する信号を処理してその周波数と位相を高精度
に検出する場合にも適用できる。
【0007】
【作用】ウェハ或いは基板上の露光領域の表面の起伏・
光学系の波面収差による干渉縞のピッチの揺らぎや、レ
ーザ光の強度分布による干渉縞振幅のうねりによって、
スペクトルピークの形状が変化するが、スペクトルピー
クの頂点付近のデータを取り出して補間を行うことので
きる本方法によれば、露光領域の平均的な高さ傾きを高
精度に検出することができ、この情報に基づいてテーブ
ルの姿勢を制御し、ウェハ或いは基板の表面を正確に投
影レンズの焦点マージン内に制御して露光することが可
能となる。
【0008】
【実施例】図1は本発明の実施例図である。本発明の高
さ傾き検出方法を半導体露光を行う投影露光装置(ステ
ッパ)に適用したものである。81は露光照明系、8は
縮小投影レンズ、7はxyz方向の粗微動機構と少なく
ともxy軸の回りに回転可能なあおり機構を有し、被露
光物であるウエハ4を保持するステージ機構である。レ
チクル9上の回路パターンは81により露光照明され、
その透過光は縮小レンズ8によりウエハ4上に回路パタ
ーンの像を結像する。この時ブレード91によって露光
エリアを限定することが出来る。回路パターンの線幅が
0.35ミクロンメートルでは、ウエハ上の焦点深度は
1ミクロンメートル以下となり、縮小レンズの像面湾曲
や、ウエハのそり、凹凸を考慮し、傾きと高さをそれぞ
れ、5マイクロラジアン、0.05ミクロンに制御する
ため、ウェハの高さ傾きを主に光学的手段を用いて計測
する高さ傾き検出光学系3と、その結果を処理して高さ
傾き情報を取り出し、その情報に基づいてステージ機構
7の傾きと高さを制御する高さ傾き検出・制御機構5を
下記に示す構成と機能にしている。
【0009】図1の3の部分が高さ傾き検出光学系3の
一実施例である。高さ傾き検出光学系3は照明光学系1
と干渉縞検出系2とから構成される。高さ傾き検出光学
系3の出力は処理回路と制御回路から成る高さ傾き検出
・制御機構5に渡される。図1の実施例図には傾き検出
の1軸分しか図示されていないが、これと直角な紙面に
垂直な方向に向かいウエハに照射する系は省略されてい
る。まず照明系1を説明する。可干渉性光源11を出射
した光ビームはウエハ上で所望のビーム径となるように
照射レンズ系110を通る。ビームスプリッタ10は光
源11から出射したビームを2つに分離し、ハーフミラ
ー12を介し、一方はウエハに照射する検出光に、他方
はウエハに当たらず、しかし検出光と近い光路を進む参
照光になる。検出光はウエハに立てた垂線に対し88
°、即ち入射角88°で入射する。しかも前記垂線と入
射光線が含む面に直角な方向に直線偏光する状態(S偏
光)で光を照射する。このような検出光と参照光は折り
返しミラー14で共に反射し、元の光路を逆に進み、ハ
ーフミラー12を通過する。12を透過した光は干渉縞
検出系2に進む。検出系2にはミラー210,220、
結像レンズ21,22,22’によりCCD20上に干
渉縞を形成させる。結像レンズ21,22,22’はウ
エハ4の表面から折り返しミラー14近傍の位置とCC
Dをほぼ結像の関係にしている。光路シフタ24は上記
の結像関係を満たし、かつCCD上で干渉縞が発生する
役割をしている。CCD20の出力を処理して、高さ傾
き検出・制御機構5で被検物の高さ傾きを検出する。高
さ傾き検出光学系3は2軸の傾き検出のため、図に垂直
な方向にもう1組設けられている。
【0010】図2は干渉縞による高さ傾き検出方法を用
いた投影露光装置の別の実施例である。図2の3の部分
の高さ傾き検出光学系のみが図1の実施例と異なってい
るのでこの部分について説明する。この実施例では高さ
傾き検出光学系3に図1の実施例の折り返しミラー14
を持たず、照明光学系1を出た検出光は一度ウェハを照
射した後、干渉縞検出系2に入り干渉縞信号を出力す
る。その他の部分の構成は図1に示した実施例と同様で
ある。図1に示した実施例では、CCD20は折り返し
ミラー14と光学的に共役となっており、CCD20を
ウェハ4と完全な光学的共役関係にすることが出来ない
ため、図5によって後述する干渉縞のピッチとウェハ表
面の傾きの対応が幾分ぼけて、表面高さ・傾き検出の横
方向解像度が3mm程度であるのに対して、図2に示し
た実施例では、CCD20がウェハ4と光学的に共役で
あるため、表面高さ・傾き検出の横方向解像度が向上す
る。このため、FFTに入力する干渉縞データの範囲を
変えることにより、露光するチップの大きさに応じてウ
ェハ上の任意の領域の高さ・傾きを検出することが可能
になる。
【0011】本発明における高さ・傾き検出原理につい
て説明する。CCDのk番地目の素子で検出される干渉縞
の強度信号I(k)はレーザ光の強度分布をガウス分布と
し、ノイズのない理想系では数1、数2、数3のように
なる。
【0012】
【数1】I(k)=|O(k)+R(k)|2
【0013】
【数2】
【0014】
【数3】
【0015】ここで O(k) はウエハから反射した光のCC
D上の複素振幅分布、R(k) は参照光のCCD上の複素振幅
分布である。δはウエハの水平基準面からの微小な傾き
を表しており、nは物体光をウェハに反射させる回数
(本光学系ではn=2)である。c1,c2 および σo
σr はウエハ反射光と参照光のガウス分布の中心および
広がりを表す。θo,-θrはCCD上のウエハ反射光と参照
光の入射角である。またθはウエハへの入射角を表して
おり、ΔZはウエハの高さの変化を表している。更にm
はウエハとウエハとほぼ共役な位置にあるCCDとの間の
結像倍率、pcはCCDの画素ピッチである。本光学系では
数4、数5の関係が成り立つ。
【0016】
【数4】θo=θr
【0017】
【数5】sinθo=cosθ/m
数1〜数3よりI(k)は数5になる。
【0018】
【数6】
【0019】数6は3つの項からなり、第1,2項はレ
ーザのガウス分布に伴う低周波数成分の分布を持つバイ
アスであり、第3項は干渉縞の高周波成分である。この
ように高さと傾きの情報は第3項の中に含まれている。
第3項の余弦関数の中の第1項は傾きの情報を含み、第
2項は高さの情報を含む。従って第3項の高周波成分か
ら成る干渉縞の信号のうち、第1項の傾きを表すピッチ
の情報と、第2項の高さを表す位相の情報を求れば良
い。
【0020】ここでθが約88°,θoが1〜3°, δが
1〜200μradであるため、δ≪cosθ,θr≪1,θo
1と考えられる。 また、ウエハからの反射光と参照光
のCCD上の中心と広がりが一致しているとして、c1=c2
≡c ,σo=σr≡σが成り立つとする。またao 2+ar 2
1,2aoar=bと置き、ウエハの高さに比例する位相項
をφhと置くと、数6は次の数7と数8になる。
【0021】
【数7】
【0022】
【数8】
【0023】更に数4、数5を使用すると数7式は数
9、数10となる。
【0024】
【数9】
【0025】
【数10】
【0026】ここで、傾きδがゼロの時のfをf0とす
ると、傾きδと高さ■Zは数11と数12によって求め
られる。
【0027】
【数11】
【0028】
【数12】
【0029】ここで、pを干渉縞のピッチ(1周期あた
りのCCDデータ数)として、傾きδがゼロの時のpを
0とすると、数12は干渉縞のピッチをパラメータと
した数13で書き替えられる。
【0030】
【数13】
【0031】図3は干渉縞の位相、傾きの変化の様子を
示したものである。数12は図3(a)に示されるよう
に被検物の高さΔZに対応して干渉縞の位相φhがずれる
ことを表し、数13は図3(b)に示されるように被検
物の傾きδに対応して干渉縞のピッチpが変化すること
を表している。
【0032】このような干渉縞が検出されたら図4に示
すように、高さ傾き検出・制御機構5によって高さ・傾
きを検出しステージ機構7を制御する。検出信号をA/D
変換しディジタル情報にした(51)後に、高速フーリ
ェ変換演算回路52を通し、複素フーリェ変換(FFT)を
実行する。その結果得られる離散的なスペクトルデータ
をスペクトルデータ処理回路50によって処理してスペ
クトルピークの位置と位相を取り出して、干渉縞の位相
φhとピッチpを検出し、被検物の高さと傾きに変換す
る。テーブル駆動信号発生回路53は被検物の高さと傾
きを投影露光レンズ8のフォーカスマージン内に収める
ようにステージ機構7を制御する信号を発生する。
【0033】実際のウェハでは、凹凸があるために干渉
縞のピッチが場所によって変化する。その様子を示した
のが図5である。例えばこの図のようにウェハに局所的
な傾きの差があるときには、干渉縞のそれぞれ対応する
領域の干渉縞が数13で決められるピッチpを持つこと
になる。これをフーリエ変換したスペクトルはそれぞれ
のピッチpに対応した個所のピークを足し合わせたもの
となり、ウェハの局所的な傾きを各領域の長さとその領
域の干渉縞の振幅で重みを掛けて平均した傾きに近くな
る。この場合、スペクトルピークの形状が非対称に拡が
るため、ピークの形状全体がsinc関数であると仮定
してピークを求める特願平3−218259に示される
方法では誤差が大きくなる。本発明では高速フーリェ変
換演算回路52の工夫により周波数分解能を高め、ピー
クの頂点近傍のデータのみを使用してスペクトルデータ
処理回路50において補間を行なうため、そのような問
題がない。
【0034】以後、高速フーリェ変換演算回路52とス
ペクトルデータ処理回路50の動作について説明する。
f=0と、干渉縞のピッチに対応する空間周波数成分に
相当するスペクトル位置f=j0に極大値が表れる。従
って傾きを正確に求めるにはf=j0の近辺に有る真の
ピーク位置を与える場所fR=j0+Δ(fRは実数、j0
は整数、Δは絶対値が0.5以下の実数である)を得られ
たFFTの離散的データ結果から内挿法により求めること
が必要になる。その結果得られる離散的なスペクトルデ
ータはf=0と、干渉縞のピッチに対応する空間周波数
成分に相当するスペクトル位置f=j0に極大値が表れ
る。従って傾きを正確に求めるにはf=j0の近辺に有
る真のピーク位置を与える場所fR=j0+Δ(fRは実
数、j0は整数、Δは絶対値が0.5以下の実数である)を
得られたFFTの離散的データ結果から内挿法により求め
ることが必要になる。
【0035】この補間精度を向上させるために、高速フ
ーリエ演算回路52では、FFTのスペクトル分解能を
向上し、スペクトルピークの形状を細かく知って、その
頂点付近のデータのみを用いて真のピーク位置を求めら
れるように、図6に示すようにFFTを実行することと
する。図6(b)に示すように n点の干渉波形データ
をそのままFFTに入力するのではなく、FFT入力点
数Nを干渉波形データ点数nより多くしてFFT入力の
残りをゼロにしてFFTを行うと、周波数分解能は
【0036】
【数14】
【0037】となり向上する。FFTを高速に実行する
ためのFFTプロセッサでは一般に、FFTを実行でき
る入力点数Nに上限が有るが、干渉波形データを実数部
と虚数部に交互に振り分けてN点FFTを行ってから後
処理を行うと2N点FFTを実行できる。これによって
FFTの周波数分解能を2N/n倍にできる。以後この
処理を、スペクトル分解能向上処理と呼ぶこととする。
【0038】また同様の効果を得られる別の実施例とし
て、干渉縞の1周期当たりのCCD20の画素数が充分
ある場合には、図6(c)のように干渉縞データを2個
おきに間引きしてn点の波形データをn/2点にしてN
点のFFTを行えば、FFTの周波数分解能を2N/n
倍にでき、同じ効果が得られる。
【0039】N=nの時は図6(a)に示すように、ス
ペクトルのピークには2点から3点のデータしか無い
が、スペクトル分解能向上処理を行なえば、図6(b)
(c)に示すようにスペクトルのピークの形状が詳細に
得られることとなる。
【0040】但しn点のデータの両側をいきなりゼロに
落してしまうとスペクトルに高周波成分が重なり悪影響
がでるため、窓関数をn点のデータに掛けてからFFT
を行なう。窓関数として例えば Hanningの窓関数(数1
5)を使用する。データを切り出す窓の幅をLとする
と、
【0041】
【数15】
【0042】これはウィンドウの中心部(x=L/2)
で1、両端(x=0,2)で0、x=1/4 Lおよびx=
3/4 Lで1/2と入力波形の両側をゆるやかに減衰され
る関数である。また、別の窓関数として、被測定領域の
全体の情報を均一に反映したデータを得るために、大部
分が平坦で両端の長さmの領域のみ余弦関数でゆるやか
におとした、例えば数16のような窓関数を使用しても
よい。
【0043】
【数16】
【0044】また、図6に図示したようにデータをFF
Tに与える場合、スペクトルピークの位相から求められ
るのは検出領域の左端の高さで、傾き検出値を使用して
検出領域の中央の高さデータに換算するために、傾き検
出値の誤差が高さ検出値にも影響するという問題を解決
するために、本発明では次のようにしている。図7を用
いて、検出領域中央(1ショット露光領域中央)の高さ
を位相データから直接求める方法を述べる。干渉波形デ
ータを2分して、干渉縞波形データの中央がFFT入力
の原点と右端に一致するようにデータを回転させて与え
る(FFTは周期関数を前提にしているのでこの原点と
右端は連続している)。これを以後、データローテーシ
ョン処理と呼ぶ。FFT結果のスペクトルピークの位相
はFFT入力の原点位置の位相に対応するので、検出領
域中央に対応する高さがスペクトルピーク位相データか
ら直接求められることになる。スペクトル分解能向上処
理を行っているので、FFT入力の左側と右側に分けら
れたデータの間にゼロを入力してやればよい。
【0045】上記説明したようにFFT回路52によっ
てスペクトルピークデータが高い周波数分解能で得られ
るので、スペクトルデータ処理回路50によって処理
し、スペクトルピークの周波数と位相を検出し、ウェハ
の高さ傾きに換算する。以下スペクトルデータ処理回路
50の動作について説明する。
【0046】まず、スペクトルピーク位置の複素スペク
トルデータAj0、とその左右位置の複素スペクトルデー
タAj0+1,Aj0-1を実数の値として補間に使用するため
に、各複素スペクトルを数17、数18、数19によっ
てスペクトルピークの複素ベクトルに射影してS0
+,S-を生成する。
【0047】
【数17】S0=(Aj0・Aj0
【0048】
【数18】S+=(Aj0・Aj0+1
【0049】
【数19】S-=(Aj0・Aj0-1
または、S0,S+,S-をそれぞれAj0,Aj0+1,A
j0-1の絶対値、あるいは絶対値の二乗として計算しても
よい。
【0050】次にスペクトルデータ処理回路50は、S
0,S+,S-を補間して、スペクトルピーク位置を求め
る。図8には3点二次関数/ガウス関数補間による例を
示した。スペクトル最大位置とその両隣の2点に対して
二次関数/ガウス関数をあてはめ、あてはめた関数の頂
点を真のスペクトルピークとする。3点二次関数補間の
補間式は数20、3点ガウス関数補間の補間式は数21
となる。
【0051】
【数20】
【0052】
【数21】
【0053】また、3点二次関数補間値とガウス関数補
間値の平均値をスペクトルピーク位置としてもよい。
【0054】また、別の実施例として、スペクトル最大
位置を中心とする4点以上の点に対して、その絶対値に
比例した重みをつけた最小二乗法によって二次関数/ガ
ウス関数をあてはめ、あてはめた関数の頂点を真のスペ
クトルピークとする方法もある。
【0055】次にスペクトルデータ処理回路50はスペ
クトルピーク位相φhを算出する。例えば、スペクトル
最大位置とその次に大きい位置の位相を求めて、真のピ
ーク位置のずれを示すΔの値に応じて線形補間を行う。
|S-|>|S+|の場合はA=Aj0-1,|S-|≦|S+|の場
合はA=Aj0+1として、
【0056】
【数22】
【0057】によってスペクトルピーク位相を計算す
る。或いは、さらに精度を上げるために、Aj0
j0+1,Aj0-1の3点の位相データを2次関数補間して
求めてもよい。
【0058】以上述べてきた処理の流れを図9にまとめ
て示す。CCD20で検出した干渉縞は、A/D変換5
1によって干渉波形データとして収集される(90
1)。次にFFT回路52において、必要によって間引
きされた後、データローテーションが行なわれる(90
2)。このデータにウィンドウ関数が掛けられ(90
3)、FFTを行ないスペクトルデータを生成する(9
04)。スペクトルデータ処理回路50はこのスペクト
ルデータを受けとって、最大となるスペクトルデータの
位置をサーチし(905)、真のスペクトルピーク位置
を補間によって求め(906)、これを干渉縞ピッチに
換算し、さらに、ウェハの傾きデータに換算する(90
7)。また真のスペクトルピーク位置に置おける位相を
補間によって求め(908)、この値をウェハの高さに
換算する(909)。
【0059】以上の構成によりウェハの高さ/傾きを広
い領域の平均値として安定して高精度に検出し、ウェハ
の露光領域の表面を正確に投影レンズの焦点マージン内
に制御して露光することが可能となる。
【0060】別の実施例として、図10は本発明の傾き
検出方法を水準器に実施した例である。水準器本体は点
線300内に示した部分から構成されている。11はレ
ーザ光源であり、ここを出射したレーザ光はコリメータ
系11によりほぼ平行な平面波になる。この平面波は干
渉光学系50内のビームスプリッタ51により参照光5
2と物体光51に分離される。参照光52は反射面14
5で全反射し液体が封入された水平基準容器140の液
体表面141で反射する。この反射光は再びもときた光
路を逆に進み、ビームスプリッタ101で反射され、レ
ンズ55,56を通り干渉縞検出器20に達する。他方
ビームスプリッタ101で反射した物体光51は被測定
面49上に設置した測定治具41に入射し、その反射光
は再びもとの光路を逆に進む。測定治具41はその上面
は光学的に研磨された平面であり、下面には3本の脚、
即ち411,412,413が付いており、これらの脚
の下方の3つの先端が含まれる平面と上記41の上面の
平面は高い精度で平行が保たれている。測定治具41で
反射した光は、ビームスプリッタ101、レンズ55,
56を通過した後、干渉縞検出器3上で上記のの参照光
と重なり、干渉縞を発生する。反射面145もしくはビ
ームスプリッタ101の反射面は水平面から45゜であ
る訳ではなく、その傾きから一定の数度ずらされて作ら
れている。この結果、干渉縞検出器で検出される縞信号
は被測定面が水平のときに一定のピッチを有する信号と
して検出される。この縞信号はもとのレーザ光の分布が
ガウス分布であること、また測定時には少なからぬ振動
のため、そのスペクトル分布は若干拡がりを持つことに
なる。そこで図4〜図9を用いて説明した本発明方法の
傾き検出方法を実現する高さ傾き検出・制御回路5から
テーブル駆動信号発生回路53を除いた高さ傾き検出回
路5’を用い、このスペクトルのピーク位置を正確に求
めれば水平面からの傾きを正確に検出することができ
る。検出値は表示器500に表示される。
【0061】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればレ
ーザの干渉を利用して被測定面の高さ・傾きを、測定条
件に影響されずに、高精度に測定可能となる。これを半
導体露光装置に用いることによって、半導体回路のウエ
ハへの露光等において、被露光チップの表面の凹凸等の
状態に左右されずにフォトレジストの表面の平均的な高
さ・傾きを高精度に検出し、これに基づいてウェハステ
ージの高さ・姿勢を制御することにより、微細パターン
をパターン線幅のバラツキなく解像度高く露光すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の光路折り返し型の高さ傾き
検出方式とそれを使用した投影露光装置の構成図であ
る。
【図2】本発明の一実施例の投げ込み型の高さ傾き検出
方式とそれを使用した投影露光装置の構成図である。
【図3】図1、図2の干渉縞の位相/ピッチと被検物の
高さ/傾きの関係を示す図である。
【図4】図1、図2の高さ傾き検出・制御機構5の構成
を示す図である。
【図5】本発明の被検物凹凸と干渉縞波形、スペクトル
形状の関係を示す図である。
【図6】本発明のスペクトル分解能向上処理を示す図で
ある。
【図7】本発明のデータローテーション処理を示す図で
ある。
【図8】本発明の二次関数/ガウス関数補間処理を示す
図である。
【図9】本発明の高さ傾き検出処理の流れ図である。
【図10】本発明の高さ傾き検出方法を水準器に適用し
た例を示す図である。
【符号の説明】
1…高さ傾き検出光学系のうちの照明系、 2…高さ傾き検出光学系のうちの干渉縞検出系、 3…高さ傾き検出光学系、 4…被検物または被露光物、 5…高さ傾き検出・高さ傾き制御機構、 7…チルト及び高さ微動を含む機構、 8…露光レンズ、 11…光源、 20…検出器(CCD)、 81…露光照明系、 91…レチクル、 92…ブレード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G03F 9/00 G03F 9/00 H (72)発明者 稲垣 晃 茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立 製作所計測器事業部内 (72)発明者 二宮 拓 茨城県勝田市市毛882番地株式会社日立 製作所計測器事業部内 (56)参考文献 特開 平3−40417(JP,A) 特開 平3−120478(JP,A) 特開 平5−55115(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G01B 11/00 G01B 11/26 G01B 11/30 102 G03F 7/20 521 G03F 9/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウェハ表面に形成したフォトレジスト膜に
    マスクに形成されたパターンを投影して前記フォトレジ
    スト膜を露光する方法であって、前記フォトレジスト膜
    の表面に偏光光を前記ウェハの法線方向に対して85度
    以上の入射角度で入射させ、該入射して前記フォトレジ
    ストの表面で反射した光を参照光と干渉させて干渉光を
    形成し、該形成した干渉光をサンプリングして検出し、
    該検出した干渉光のサンプリング検出信号をサンプリン
    グの数よりも多いデータ数で離散的フーリエ変換を行っ
    てスペクトルデータを求め、該スペクトルデータのピー
    ク位置近傍のデータを用い前記スペクトルデータを補間
    して前記干渉光の干渉縞の情報を得、該得た干渉縞の情
    を用いて前記ウェハ表面の露光する領域の平均的な高
    さと傾きのデータを求め、該求めた高さと傾きのデータ
    に基づいて前記ウェハの表面を0.05マイクロメート
    ル以下の高さ精度と5マイクロラジアン以下の傾き精度
    で制御し、該高さと傾きを制御したウェハの表面にマス
    クに形成されたパターンを投影して前記フォトレジスト
    膜を露光することを特徴とする投影露光方法。
  2. 【請求項2】前記フォトレジスト膜の表面に入射させる
    偏光光が、S偏光であることを特徴とする請求項1記載
    の投影露光方法。
  3. 【請求項3】 前記求める干渉縞の情報が、該干渉縞の位
    相とピッチに関する情報であることを特徴とする請求項
    1記載の投影露光方法。
  4. 【請求項4】 前記干渉縞を、CCDで検出することを特
    徴とする請求項1記載の投影露光方法。
  5. 【請求項5】ウェハ上に形成した表面が凹凸形状を有す
    るフォトレジスト膜にマスクに形成されたパターンを投
    影して前記フォトレジスト膜を露光する方法であって、
    前記表面が凹凸形状を有するフォトレジスト膜の表面に
    偏光光を前記ウェハの表面に対して浅い入射角度で入射
    させ、該入射して前記フォトレジストの表面で反射し
    光を参照光と干渉させてピッチが場所によって変化する
    干渉縞を有する干渉光を形成し、該形成した干渉光をサ
    ンプリングして検出し、該検出した干渉光のサンプリン
    グ検出信号をサンプリングの数よりも多いデータ数で離
    散的フーリエ変換を行ってスペクトルデータを求め、該
    スペクトルデータのピーク位置近傍のデータを用いて演
    算することにより前記干渉縞の場所によって変化するピ
    ッチの影響を低減して前記ウェハ表面の露光する領域の
    平均的な高さと傾きのデータを求め、該求めた高さと傾
    きのデータに基づいて前記ウェハ表面の高さと傾きとを
    制御し、該高さと傾きを制御したウェハの表面にマスク
    に形成されたパターンを投影して前記フォトレジスト膜
    を露光することを特徴とする投影露光方法。
  6. 【請求項6】前記スペクトルデータのピーク位置近傍の
    データを用いて演算することにより前記干渉縞の場所に
    よって変化するピッチの影響を低減して前記ウェハ表面
    の露光する領域の平均的な高さと傾きのデータを求める
    ことを、先ず前記スペクトルデータのピーク位置近傍の
    データを用いて補間によりスペクトルの真のピーク位置
    を求め、次に該求めた真のピーク位置の情報から前記干
    渉縞の位相とピッチを検出し、更に該検出した干渉縞の
    位相とピッチを変換して前記ウェハ表面の露光する領域
    の平均的な高さと傾きのデータを求めることにより行う
    ことを特徴とする請求項5記載の投影露光方法。
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