JP3517504B2 - 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法Info
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- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置検出装置及び
それを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣや
ＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや
液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイス
を製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使
用される投影露光装置においてレチクル等の第１物体面
上のパターンをウエハ等の第２物体面上に投影光学系に
より投影する際のレチクルとウエハ間の相対的な位置合
わせ（焦点合わせ）を行う場合に好適なものである。
それを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣや
ＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや
液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイス
を製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使
用される投影露光装置においてレチクル等の第１物体面
上のパターンをウエハ等の第２物体面上に投影光学系に
より投影する際のレチクルとウエハ間の相対的な位置合
わせ（焦点合わせ）を行う場合に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス
の高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う
半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細
加工技術としてマスク（レチクル）の回路パターン像を
投影光学系（投影レンズ）により感光基板上に形成し、
感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小
投影露光装置（ステッパー）が種々と提案されている。
の高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う
半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細
加工技術としてマスク（レチクル）の回路パターン像を
投影光学系（投影レンズ）により感光基板上に形成し、
感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小
投影露光装置（ステッパー）が種々と提案されている。
【０００３】このステッパーにおいては、レチクル上の
回路パターンを所定の縮小倍率を持った投影光学系を介
してウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行
い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを
所定の量、移動して再び転写を行うステップを繰り返し
てウエハ全面の露光を行っている。
回路パターンを所定の縮小倍率を持った投影光学系を介
してウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を行
い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージを
所定の量、移動して再び転写を行うステップを繰り返し
てウエハ全面の露光を行っている。
【０００４】一般に投影光学系を有したステッパーを用
いて微細な回路パターンの転写を行うにはウエハ面への
露光量やウエハのフォーカス位置（投影光学系の光軸方
向の位置）等の露光条件を適切に設定することが重要に
なってくる。
いて微細な回路パターンの転写を行うにはウエハ面への
露光量やウエハのフォーカス位置（投影光学系の光軸方
向の位置）等の露光条件を適切に設定することが重要に
なってくる。
【０００５】この為、従来のステッパーでは量産工程に
入る前の試し焼き工程（センドアヘッド）で１ショット
毎に露光条件、即ちフォーカス位置と露光量（シャッタ
ー時間）の少なくとも一方を変えながら感光基板に焼き
付けた後、感光基板を現像して直線上のパターンの線幅
を光学顕微鏡や線幅測定装置で計測することで最適な露
光条件を決定している。
入る前の試し焼き工程（センドアヘッド）で１ショット
毎に露光条件、即ちフォーカス位置と露光量（シャッタ
ー時間）の少なくとも一方を変えながら感光基板に焼き
付けた後、感光基板を現像して直線上のパターンの線幅
を光学顕微鏡や線幅測定装置で計測することで最適な露
光条件を決定している。
【０００６】例えば、ウエハ上のショット領域の配列の
横方向についてはフォーカス値を一定にして露光量（シ
ャッター時間）を一定量ずつ変えて露光を行い、ショッ
ト配列の縦方向には露光量を一定にしてフォーカス値を
一定量ずつ変えて露光している。
横方向についてはフォーカス値を一定にして露光量（シ
ャッター時間）を一定量ずつ変えて露光を行い、ショッ
ト配列の縦方向には露光量を一定にしてフォーカス値を
一定量ずつ変えて露光している。
【０００７】そして現像後に形成された各ショット内の
ライン（Ｌ）アンドスペース（Ｓ）のレジストパターン
（ＬアンドＳパターン）の線幅を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で測長して検出し、これにより投影レンズの最適
焦点位置と最適露光量を算出している。
ライン（Ｌ）アンドスペース（Ｓ）のレジストパターン
（ＬアンドＳパターン）の線幅を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）で測長して検出し、これにより投影レンズの最適
焦点位置と最適露光量を算出している。
【０００８】図１０は従来のウエハ面の位置情報（光軸
方向情報）を検出する位置検出装置を有した投影露光装
置の要部概略図である。同図において、２は回路原版で
あるところのレチクル、３は原版２を１／５に縮小投影
する投影レンズ、４はレジストを塗布したウエハ、７は
ウエハを移動するステージである。光源１を点灯し光源
１からの光束でレチクル２を照明すると、レチクル２上
の回路パターンはウエハ４上に結像し、回路パターンが
レジストに焼き付けられる。１ショットの焼き付けが完
了すると、ステージ７をステップ駆動し、隣に焼き付け
る。このようにして、１枚のウエハ全面にマトリクス状
に、回路パターンが焼き付けられていく。ＩＣの量産工
程では、露光装置の常時稼働により、ウエハを１時間に
６０枚程度の速さで、焼き付けていく。
方向情報）を検出する位置検出装置を有した投影露光装
置の要部概略図である。同図において、２は回路原版で
あるところのレチクル、３は原版２を１／５に縮小投影
する投影レンズ、４はレジストを塗布したウエハ、７は
ウエハを移動するステージである。光源１を点灯し光源
１からの光束でレチクル２を照明すると、レチクル２上
の回路パターンはウエハ４上に結像し、回路パターンが
レジストに焼き付けられる。１ショットの焼き付けが完
了すると、ステージ７をステップ駆動し、隣に焼き付け
る。このようにして、１枚のウエハ全面にマトリクス状
に、回路パターンが焼き付けられていく。ＩＣの量産工
程では、露光装置の常時稼働により、ウエハを１時間に
６０枚程度の速さで、焼き付けていく。
【０００９】光源１０１と光束位置検出器１０２はウエ
ハ４の高さ位置（光軸方向位置）を検出する位置検出系
を構成している。位置検出系は投影レンズ３によるレチ
クル２上の回路パターンの結像位置にウエハ４が位置す
るようにしている。
ハ４の高さ位置（光軸方向位置）を検出する位置検出系
を構成している。位置検出系は投影レンズ３によるレチ
クル２上の回路パターンの結像位置にウエハ４が位置す
るようにしている。
【００１０】図１１はウエハ４の高さ位置を検出する検
出原理の説明図である。同図において光源１０１から出
射した光束１０４はウエハ表面１０３（ウエハ高さ１）
で反射し、光束位置検出器１０２で光束の位置（例えば
ピーク位置１０２ａ）を検出する。
出原理の説明図である。同図において光源１０１から出
射した光束１０４はウエハ表面１０３（ウエハ高さ１）
で反射し、光束位置検出器１０２で光束の位置（例えば
ピーク位置１０２ａ）を検出する。
【００１１】次にウエハ４が表面１０３ａ（ウエハ高さ
２）に動くと、反射光は位置１０２ｂまで移動する。ウ
エハ４の高さ変動量δと光束位置の変動量Δは比例関係
があり、変動量Δを測定することにより高さ変動量δを
検出している。さらにウエハ４の傾きを検出するため
に、ウエハ４のチップの中を少なくとも３点以上計測
し、その計測値をもとにウエハの傾きを算出している。
２）に動くと、反射光は位置１０２ｂまで移動する。ウ
エハ４の高さ変動量δと光束位置の変動量Δは比例関係
があり、変動量Δを測定することにより高さ変動量δを
検出している。さらにウエハ４の傾きを検出するため
に、ウエハ４のチップの中を少なくとも３点以上計測
し、その計測値をもとにウエハの傾きを算出している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の投影露光装置は
レチクルやウエハ面上にゴミや塵等が付着するとデバイ
スが不良品となるのでクリーンチャンバーに納められて
いる。クリーンチャンバーは、その内部に光源等の発熱
源を持っているため、一定の温度に保つための空調機構
を設けている。この空調機構は、一定の温度の空気を、
層流や乱流にして投影露光装置の上部から下部に向かっ
て流したり、ステージ付近を水平方向に流したりしてチ
ャンバー内を循環させており、これにより、露光装置の
機械的変形を押え、焼付け性能を維持している。
レチクルやウエハ面上にゴミや塵等が付着するとデバイ
スが不良品となるのでクリーンチャンバーに納められて
いる。クリーンチャンバーは、その内部に光源等の発熱
源を持っているため、一定の温度に保つための空調機構
を設けている。この空調機構は、一定の温度の空気を、
層流や乱流にして投影露光装置の上部から下部に向かっ
て流したり、ステージ付近を水平方向に流したりしてチ
ャンバー内を循環させており、これにより、露光装置の
機械的変形を押え、焼付け性能を維持している。
【００１３】ウエハの高さを検出する機構付近は、多く
の場合、投影光学系の下部にあり、ここにも空調機構に
より層流または乱流が流れている。この空気の流れによ
り、空気の屈折率が空間的に乱れを生ずる。そのため図
１１における光束１０４は光路の変動を起こし、検出器
１０面上で入射位置が異なってくる。そのためにウエハ
４の表面位置の検出精度を劣化させるという問題点があ
った。
の場合、投影光学系の下部にあり、ここにも空調機構に
より層流または乱流が流れている。この空気の流れによ
り、空気の屈折率が空間的に乱れを生ずる。そのため図
１１における光束１０４は光路の変動を起こし、検出器
１０面上で入射位置が異なってくる。そのためにウエハ
４の表面位置の検出精度を劣化させるという問題点があ
った。
【００１４】特に最近は、ＬＳＩの集積化が進み、回路
の線幅が微細化するに従い、投影光学系のＮＡの拡大が
進み、その結果、焦点深度が浅くなってきている。その
ため、投影光学系のベストフォーカス位置に正確にウエ
ハの高さを一致させることが重要となっている。
の線幅が微細化するに従い、投影光学系のＮＡの拡大が
進み、その結果、焦点深度が浅くなってきている。その
ため、投影光学系のベストフォーカス位置に正確にウエ
ハの高さを一致させることが重要となっている。
【００１５】一方、図１１に示すように、従来のウエハ
の高さ検出に構成している単一光路１０４だけを用いた
のでは、光路中の空気の粗密の変動により光路が揺ら
ぎ、そのため検出センサー１０２上での光束の位置変動
を生じウエハ高さの検出精度が劣化してきて、これが大
きな問題点になっている。
の高さ検出に構成している単一光路１０４だけを用いた
のでは、光路中の空気の粗密の変動により光路が揺ら
ぎ、そのため検出センサー１０２上での光束の位置変動
を生じウエハ高さの検出精度が劣化してきて、これが大
きな問題点になっている。
【００１６】本発明は、ウエハの周囲の空気のゆらぎを
検出するゆらぎ検出部からの信号とウエハ表面の位置を
検出する位置検出部からの信号とを利用することにより
ウエハ表面の光軸方向の位置情報を空気のゆらぎがあっ
ても高精度に検出し、ウエハ表面を投影光学系の結像位
置に高精度に位置させ、高集積度のデバイスを容易に製
造することができる位置検出装置及びそれを用いたデバ
イスの製造方法の提供を目的とする。
検出するゆらぎ検出部からの信号とウエハ表面の位置を
検出する位置検出部からの信号とを利用することにより
ウエハ表面の光軸方向の位置情報を空気のゆらぎがあっ
ても高精度に検出し、ウエハ表面を投影光学系の結像位
置に高精度に位置させ、高集積度のデバイスを容易に製
造することができる位置検出装置及びそれを用いたデバ
イスの製造方法の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の位置検
出装置は、第１物体面上のパターンが投影光学系を介し
て投影される第２物体面の、前記投影光学系の光軸方向
における位置を検出する位置検出装置であって、 第１光
路を有し、前記第２物体面を介した光束の位置を検出す
る第１の検出部と、 前記第１光路とは異なる第２光路を
有し、前記第２物体面を介さず且つ前記投影光学系と前
記第２物体面との間の領域を介した光束の位置を検出す
る第２の検出部と を有し、 前記第１及び第２の検出部の
検出結果に基づいて前記第２物体面の前記光軸方向にお
ける位置を検出することを特徴としている。請求項２の
発明は、請求項１の発明において、前記第１の検出部
は、前記第２物体面上に斜め方向から光束を照射する投
光部と、前記第２物体面からの反射光束の所定面上にお
ける入射位置を検出する光電変換部とを有することを特
徴としている。請求項３の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記第２の検出部は、前記投影光学系と前記第２
物体との間の領域に光束を照射する光源部と、該領域を
介した光束を受光する受光部とを有することを特徴とし
ている。請求項４の発明は、請求項３の発明において、
前記第２の検出部は、前記領域に反射部材を有すること
を特徴としている。請求項５の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項の発明において、前記第１及び第２の検
出部によりそれぞれ検出された光束の位置の差に基づい
て前記第２物体面の前記光軸方向における位置を検出す
ることを特徴としている。請求項６の発明は、請求項４
の発明において、前記反射部材は前記投影光学系を保持
する筐体又は前記第２物体を載置するステージの基盤に
支持されていることを特徴としている。
出装置は、第１物体面上のパターンが投影光学系を介し
て投影される第２物体面の、前記投影光学系の光軸方向
における位置を検出する位置検出装置であって、 第１光
路を有し、前記第２物体面を介した光束の位置を検出す
る第１の検出部と、 前記第１光路とは異なる第２光路を
有し、前記第２物体面を介さず且つ前記投影光学系と前
記第２物体面との間の領域を介した光束の位置を検出す
る第２の検出部と を有し、 前記第１及び第２の検出部の
検出結果に基づいて前記第２物体面の前記光軸方向にお
ける位置を検出することを特徴としている。請求項２の
発明は、請求項１の発明において、前記第１の検出部
は、前記第２物体面上に斜め方向から光束を照射する投
光部と、前記第２物体面からの反射光束の所定面上にお
ける入射位置を検出する光電変換部とを有することを特
徴としている。請求項３の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記第２の検出部は、前記投影光学系と前記第２
物体との間の領域に光束を照射する光源部と、該領域を
介した光束を受光する受光部とを有することを特徴とし
ている。請求項４の発明は、請求項３の発明において、
前記第２の検出部は、前記領域に反射部材を有すること
を特徴としている。請求項５の発明は、請求項１乃至４
のいずれか１項の発明において、前記第１及び第２の検
出部によりそれぞれ検出された光束の位置の差に基づい
て前記第２物体面の前記光軸方向における位置を検出す
ることを特徴としている。請求項６の発明は、請求項４
の発明において、前記反射部材は前記投影光学系を保持
する筐体又は前記第２物体を載置するステージの基盤に
支持されていることを特徴としている。
【００１８】請求項７の発明のデバイスの製造方法は、
請求項１〜６のいずれかの位置検出装置を用いて前記第
１物体面としてのレチクル面の上のパターンと前記第２
物体面としてのウエハ面との位置合わせを行う工程を含
むことを特徴としている。
請求項１〜６のいずれかの位置検出装置を用いて前記第
１物体面としてのレチクル面の上のパターンと前記第２
物体面としてのウエハ面との位置合わせを行う工程を含
むことを特徴としている。
【００１９】請求項８の発明の投影露光装置は、請求項
１〜６のいずれかの位置検出装置と前記投影光学系とを
含むことを特徴としている。
１〜６のいずれかの位置検出装置と前記投影光学系とを
含むことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
概略図、図２は図１の側面概略図、図３は図１の一部分
の拡大説明図である。本実施形態は本発明をデバイス製
造用のステップアンドスキャン方式を用いた投影露光装
置に適用した場合を示している。
概略図、図２は図１の側面概略図、図３は図１の一部分
の拡大説明図である。本実施形態は本発明をデバイス製
造用のステップアンドスキャン方式を用いた投影露光装
置に適用した場合を示している。
【００２１】図中１は露光光を照射する照明系であり、
ＤＵＶのｉ線やＫｒＦ，ＡｒＦのエキシマレーザ等から
の露光光を出射している。２は回路パターンが描画され
たレチクル（第１物体）である。３は投影レンズ（投影
光学系）であり、レチクル２上の回路パターンをレジス
トが塗布されたウエハ（第２物体）４に縮小投影してい
る。
ＤＵＶのｉ線やＫｒＦ，ＡｒＦのエキシマレーザ等から
の露光光を出射している。２は回路パターンが描画され
たレチクル（第１物体）である。３は投影レンズ（投影
光学系）であり、レチクル２上の回路パターンをレジス
トが塗布されたウエハ（第２物体）４に縮小投影してい
る。
【００２２】尚、本実施形態ではレチクル２とウエハ４
とを投影光学系３の結像倍率に応じて同期をとりながら
所定の速度比で走査（スキャン）させながら投影露光を
行っている。
とを投影光学系３の結像倍率に応じて同期をとりながら
所定の速度比で走査（スキャン）させながら投影露光を
行っている。
【００２３】５は光源手段であり、ウエハ４の投影レン
ズ３の光軸方向の位置を検出する為の光束５ａ１（図で
は１本しか図示されていないが複数本用いるときもあ
る）をウエハ４面上に投光する投光部５ａと、ウエハ４
近傍の空気のゆらぎを検出する為の光束５ｂ１（図では
１本しか図示していないが複数本用いるときもある）を
投光する光源部５ｂとを有している。
ズ３の光軸方向の位置を検出する為の光束５ａ１（図で
は１本しか図示されていないが複数本用いるときもあ
る）をウエハ４面上に投光する投光部５ａと、ウエハ４
近傍の空気のゆらぎを検出する為の光束５ｂ１（図では
１本しか図示していないが複数本用いるときもある）を
投光する光源部５ｂとを有している。
【００２４】本実施形態において投光部５ａと光源部５
ｂとを同一の光源より構成して光路が別光路となるよう
にしても良い。
ｂとを同一の光源より構成して光路が別光路となるよう
にしても良い。
【００２５】６は受光手段であり、ウエハ４面からの反
射光束６ａ１を検出する検出部６ａとウエハ４近傍の空
気のゆらぎを検出する為の光束６ｂ１を受光する受光部
６ｂとを有している。
射光束６ａ１を検出する検出部６ａとウエハ４近傍の空
気のゆらぎを検出する為の光束６ｂ１を受光する受光部
６ｂとを有している。
【００２６】検出部６ａと受光部６ｂとは独立、又は同
一の光電変換素子より成り、例えばＣＣＤ（charge cou
ppled device）や、ＰＳＤ（position sensing devic
e）等から成っている。尚、投光部５ａと検出部６ａは
位置検出部（第１の検出部）の一要素を構成しており、
光源部５ｂと受光部６ｂは、ゆらぎ検出部（第２の検出
部）の一要素を構成している。
一の光電変換素子より成り、例えばＣＣＤ（charge cou
ppled device）や、ＰＳＤ（position sensing devic
e）等から成っている。尚、投光部５ａと検出部６ａは
位置検出部（第１の検出部）の一要素を構成しており、
光源部５ｂと受光部６ｂは、ゆらぎ検出部（第２の検出
部）の一要素を構成している。
【００２７】７はウエハ４の位置や傾き等をかえる、ｘ
／ｙ／ｚ及びティルト可能なステージである。８０，８
１は各々光束５ｂ１をウエハ４付近で反射させる補助光
学部材（反射部材）である。９０，９１は補助光学部材
８０，８１を支持する支持部材である。８は駆動部であ
り、ステージ７をｘ，ｙ，ｚ方向及びティルトさせてい
る。９は制御部（コントローラ）であり、受光手段６か
らの出力信号に応じてウエハ４を所定位置に配置すべき
信号を駆動部８に出力している。１２はステージ基盤で
ある。
／ｙ／ｚ及びティルト可能なステージである。８０，８
１は各々光束５ｂ１をウエハ４付近で反射させる補助光
学部材（反射部材）である。９０，９１は補助光学部材
８０，８１を支持する支持部材である。８は駆動部であ
り、ステージ７をｘ，ｙ，ｚ方向及びティルトさせてい
る。９は制御部（コントローラ）であり、受光手段６か
らの出力信号に応じてウエハ４を所定位置に配置すべき
信号を駆動部８に出力している。１２はステージ基盤で
ある。
【００２８】図２では特に補助光学部材８０，８１及び
その支持部材９０，９１と投光光学系３との位置関係を
示している。補助光学部材８０，８１は支持部材９０，
９１を通して、投影光学系３の筐体の一部に固定されて
おり、さらに投影光学系３は全体のフレーム（筐体）に
固定されている。
その支持部材９０，９１と投光光学系３との位置関係を
示している。補助光学部材８０，８１は支持部材９０，
９１を通して、投影光学系３の筐体の一部に固定されて
おり、さらに投影光学系３は全体のフレーム（筐体）に
固定されている。
【００２９】これにより補助光学部材８０，８１を筐体
と一体の構造としている。図３は主に光源手段５と受光
手段６、そして補助光学部材８０，８１との位置関係を
示している。図３において１０はレチクル２面上のパタ
ーンを投影光学系３で投影する露光領域を示している。
１１は１チップの大きさを示している。露光領域１０は
スリット状の形をしており、ステージ７とレチクル２を
同期スキャンしてステップアンドスキャン露光を行って
いる。尚、本実施形態の投影露光装置は走査を行なわな
い通常の投影露光装置（ステッパー）にもそのまま適用
できる。
と一体の構造としている。図３は主に光源手段５と受光
手段６、そして補助光学部材８０，８１との位置関係を
示している。図３において１０はレチクル２面上のパタ
ーンを投影光学系３で投影する露光領域を示している。
１１は１チップの大きさを示している。露光領域１０は
スリット状の形をしており、ステージ７とレチクル２を
同期スキャンしてステップアンドスキャン露光を行って
いる。尚、本実施形態の投影露光装置は走査を行なわな
い通常の投影露光装置（ステッパー）にもそのまま適用
できる。
【００３０】本実施形態ではウエハ４の光軸方向（Ｚ方
向）の高さを光束５ａ１，５ａ４がチップ１１の表面で
反射して光束６ａ１，６ａ４となって検出部６ａに入射
したときの光束６ａ１，６ａ４の位置情報を検出して求
めている。
向）の高さを光束５ａ１，５ａ４がチップ１１の表面で
反射して光束６ａ１，６ａ４となって検出部６ａに入射
したときの光束６ａ１，６ａ４の位置情報を検出して求
めている。
【００３１】本実施形態では検出する計測点が露光領域
１０を両側に挟み込む位置となるようにしている。これ
によりウエハ４のスキャン方向を左右どちら側にスキャ
ンしてもウエハ４の高さを先読みでき、ウエハが露光位
置に来たとき、ウエハの高さをベストフォーカス位置に
正確に位置するように制御している。尚、５ａ１，５ａ
４は後述する図４に示すようにウエハ面の高さを検出す
る為の光束、５ｂ１，５ｂ４は空気のゆらぎを検出する
為の光束を示している。
１０を両側に挟み込む位置となるようにしている。これ
によりウエハ４のスキャン方向を左右どちら側にスキャ
ンしてもウエハ４の高さを先読みでき、ウエハが露光位
置に来たとき、ウエハの高さをベストフォーカス位置に
正確に位置するように制御している。尚、５ａ１，５ａ
４は後述する図４に示すようにウエハ面の高さを検出す
る為の光束、５ｂ１，５ｂ４は空気のゆらぎを検出する
為の光束を示している。
【００３２】図４は図３のチップ１１の部分付近を更に
拡大し、光源手段５を構成する各光源面５１〜５６から
出射する光束と、補助光学部材８０，８１、そして受光
手段６を構成する各受光面６１〜６６との位置関係を明
確にした図である。露光領域の左側には図に示すよう
に、例えば計測点を３点配置するとウエハのスキャンに
垂直方向のティルトが検出でき、その結果をもとにウエ
ハのティルト制御をすることによりスキャン露光系の利
点を発揮している。
拡大し、光源手段５を構成する各光源面５１〜５６から
出射する光束と、補助光学部材８０，８１、そして受光
手段６を構成する各受光面６１〜６６との位置関係を明
確にした図である。露光領域の左側には図に示すよう
に、例えば計測点を３点配置するとウエハのスキャンに
垂直方向のティルトが検出でき、その結果をもとにウエ
ハのティルト制御をすることによりスキャン露光系の利
点を発揮している。
【００３３】尚、図４においてはウエハ４の高さを検出
する為の光束５ａ１〜５ａ６を放射する投光部と空気の
ゆらぎを検出する為の光束５ｂ１〜５ｂ６を放射する光
源部を同一の光源５０より構成し、又ウエハ４の高さを
検出する為の光束を受光する検出部６ａと、空気のゆら
ぎを検出する為の光束を受光する受光部６ｂとを同一の
受光面６０より構成している。光源５０は６つの光源面
５１〜５６を有し、受光面６０は６つの受光素子６１〜
６６を有している。
する為の光束５ａ１〜５ａ６を放射する投光部と空気の
ゆらぎを検出する為の光束５ｂ１〜５ｂ６を放射する光
源部を同一の光源５０より構成し、又ウエハ４の高さを
検出する為の光束を受光する検出部６ａと、空気のゆら
ぎを検出する為の光束を受光する受光部６ｂとを同一の
受光面６０より構成している。光源５０は６つの光源面
５１〜５６を有し、受光面６０は６つの受光素子６１〜
６６を有している。
【００３４】図５は図４の一部分の要部斜視図である。
図５においてウエハ４の高さを検出する為の光束５ａ１
（５ａ２，５ａ３）はチップ１１の表面で反射した後に
光束６ａ１（６ａ２，６ａ３）として受光素子６１（６
２，６３）に入射している。又空気のゆらぎを検出する
為の光束５ｂ１（５ｂ２，５ｂ３）は補助光学部材８０
で正反射した後に光束６ｂ１（６ｂ２，６ｂ３）として
受光素子６１（６２，６３）に入射している。光束５ｂ
１〜５ｂ３は筐体から支持された補助光学部材８０で反
射し、受光素子６１に入射するようにしてこの光束がウ
エハ４の高さや傾きに影響されず、単に光束５ｂ１〜５
ｂ３が通過する空気のゆらぎのみ検出するようにしてい
る。
図５においてウエハ４の高さを検出する為の光束５ａ１
（５ａ２，５ａ３）はチップ１１の表面で反射した後に
光束６ａ１（６ａ２，６ａ３）として受光素子６１（６
２，６３）に入射している。又空気のゆらぎを検出する
為の光束５ｂ１（５ｂ２，５ｂ３）は補助光学部材８０
で正反射した後に光束６ｂ１（６ｂ２，６ｂ３）として
受光素子６１（６２，６３）に入射している。光束５ｂ
１〜５ｂ３は筐体から支持された補助光学部材８０で反
射し、受光素子６１に入射するようにしてこの光束がウ
エハ４の高さや傾きに影響されず、単に光束５ｂ１〜５
ｂ３が通過する空気のゆらぎのみ検出するようにしてい
る。
【００３５】次に図６を用いて本実施形態において空気
のゆらぎがあったときのウエハ４の高さ情報の検出方法
について説明する。図６は図５の１つの受光素子６１上
に光束６ａ１と光束６ｂ１が入射したときの光量分布Ｓ
６ａ１，Ｓ６ｂ１を示した説明図である。
のゆらぎがあったときのウエハ４の高さ情報の検出方法
について説明する。図６は図５の１つの受光素子６１上
に光束６ａ１と光束６ｂ１が入射したときの光量分布Ｓ
６ａ１，Ｓ６ｂ１を示した説明図である。
【００３６】図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はウエハ４の
高さが一定のとき空気の粗密によるゆらぎが生じた場合
に受光素子６１に入射する光束６ａ１と光束６ｂ１の位
置及び受光素子６ｂ１からの出力信号Ｓ６ａ１，Ｓ６ｂ
１の説明図である。光束６ａ１，６ｂ１（出力信号Ｓ６
ａ１，Ｓ６ｂ１）の重心の位置は光束５ａ１（６ａ
１），５ｂ１（６ｂ１）が通過する空気の密度がゆらい
でも、何れも略同一の空間内を通過するので、受ける影
響が同じとなる。この為、変動の仕方が双方共に等しく
なる。
高さが一定のとき空気の粗密によるゆらぎが生じた場合
に受光素子６１に入射する光束６ａ１と光束６ｂ１の位
置及び受光素子６ｂ１からの出力信号Ｓ６ａ１，Ｓ６ｂ
１の説明図である。光束６ａ１，６ｂ１（出力信号Ｓ６
ａ１，Ｓ６ｂ１）の重心の位置は光束５ａ１（６ａ
１），５ｂ１（６ｂ１）が通過する空気の密度がゆらい
でも、何れも略同一の空間内を通過するので、受ける影
響が同じとなる。この為、変動の仕方が双方共に等しく
なる。
【００３７】従って図６に示す出力信号Ｓ６ａ１，Ｓ６
ｂ１の重心間距離Δ0 は空気のゆらぎの影響が同じく受
けたものとなる為、空気のゆらぎの影響がキャンセルさ
れた補助光学部材８０からウエハ４のチップ１１の表面
までの距離情報だけのものとなる。本実施形態ではこの
ときの重心間距離Δ0 を求めて、これより補助光学系８
０からウエハ４までの高さ（光軸方向）情報を得てい
る。
ｂ１の重心間距離Δ0 は空気のゆらぎの影響が同じく受
けたものとなる為、空気のゆらぎの影響がキャンセルさ
れた補助光学部材８０からウエハ４のチップ１１の表面
までの距離情報だけのものとなる。本実施形態ではこの
ときの重心間距離Δ0 を求めて、これより補助光学系８
０からウエハ４までの高さ（光軸方向）情報を得てい
る。
【００３８】即ち本実施形態では受光手段６からの信号
により投影光学系２の筐体と一体的に設けた補助光学部
材８０（８１）の所定面からウエハ４までの距離情報を
空気のゆらぎの影響を除去して求め、このときの距離情
報を用いて制御部９により駆動部８を駆動させて、これ
によりウエハ４を所望の位置（投影光学系の最良結像面
位置）に制御している。
により投影光学系２の筐体と一体的に設けた補助光学部
材８０（８１）の所定面からウエハ４までの距離情報を
空気のゆらぎの影響を除去して求め、このときの距離情
報を用いて制御部９により駆動部８を駆動させて、これ
によりウエハ４を所望の位置（投影光学系の最良結像面
位置）に制御している。
【００３９】図７は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態では図１の実施形態１に比べて補助光
学部材８０，８１をステージ基盤１２より支持した支持
部材１３の一部に設けている点が異なっており、その他
の構成は同じである。本実施形態ではレンズ鏡筒の熱的
変形等に伴う誤差を排除して空気のゆらぎによる補正を
良好に行っている。
ある。本実施形態では図１の実施形態１に比べて補助光
学部材８０，８１をステージ基盤１２より支持した支持
部材１３の一部に設けている点が異なっており、その他
の構成は同じである。本実施形態ではレンズ鏡筒の熱的
変形等に伴う誤差を排除して空気のゆらぎによる補正を
良好に行っている。
【００４０】図８は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べてウエハ４
面の位置を検出する為の投光部５ａより放射される光束
５ａ１と空気のゆらぎを検出する為の光源部５ｂより放
射される光束５ｂ１の光路をダイクロイックミラー７３
を用いて略同一光路となるようにしたことが異なってお
り、その他の構成は略同じである。
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べてウエハ４
面の位置を検出する為の投光部５ａより放射される光束
５ａ１と空気のゆらぎを検出する為の光源部５ｂより放
射される光束５ｂ１の光路をダイクロイックミラー７３
を用いて略同一光路となるようにしたことが異なってお
り、その他の構成は略同じである。
【００４１】本実施形態では投光部５ａと光源部５ｂは
波長の異なる光束を放射する光源である。ダイクロイッ
クミラー７３により光源部５ｂからの光束５ｂ１を透過
し、投光部５ａからの光束５ａ１は反射して同軸の光束
としている。７１，７２はダイクロイックミラーで２つ
の光束のうち、光束５ａ１は透過し、光束５ｂ１は反射
する。７０はミラー、９はミラー７０を支持する支持部
材である。７４はケスラープリズムであり、分割面７５
はやはりダイクロミラーより成っている。
波長の異なる光束を放射する光源である。ダイクロイッ
クミラー７３により光源部５ｂからの光束５ｂ１を透過
し、投光部５ａからの光束５ａ１は反射して同軸の光束
としている。７１，７２はダイクロイックミラーで２つ
の光束のうち、光束５ａ１は透過し、光束５ｂ１は反射
する。７０はミラー、９はミラー７０を支持する支持部
材である。７４はケスラープリズムであり、分割面７５
はやはりダイクロミラーより成っている。
【００４２】光源部５ｂと投光部５ａは同時に点灯し、
光束５ａ１はウエハ４の高さと空気ゆらぎの情報をもっ
て検出部６ａに入射し、光束５ｂ１はダイクロミラー７
３，７１，７２，７５及びミラー７０によりウエハ４の
高さを検出せずに光束５ａ１近辺の空気ゆらぎのみの情
報をもって受光部６ｂに入射する。この２光束の重心位
置の差Δ0 は空気ゆらぎ誤差がキャンセルされたウエハ
の高さのみの情報となる点は実施形態１と同じである。
又、検出部６ａと受光部６ｂとは同一の受光素子を用い
ている。尚、実施形態では２波長をダイクロミラーで光
路を分離する方式を示したが、光束を１波長として偏光
方位の違いで同様に２光束を得るように構成しても良
い。
光束５ａ１はウエハ４の高さと空気ゆらぎの情報をもっ
て検出部６ａに入射し、光束５ｂ１はダイクロミラー７
３，７１，７２，７５及びミラー７０によりウエハ４の
高さを検出せずに光束５ａ１近辺の空気ゆらぎのみの情
報をもって受光部６ｂに入射する。この２光束の重心位
置の差Δ0 は空気ゆらぎ誤差がキャンセルされたウエハ
の高さのみの情報となる点は実施形態１と同じである。
又、検出部６ａと受光部６ｂとは同一の受光素子を用い
ている。尚、実施形態では２波長をダイクロミラーで光
路を分離する方式を示したが、光束を１波長として偏光
方位の違いで同様に２光束を得るように構成しても良
い。
【００４３】図９は本発明の実施形態４の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べてゆらぎ検
出部が補助光学部材を用いずに空気のゆらぎを検出して
いる点が異なっており、その他の構成は略同じである。
光源手段５からの光束のうちウエハ４面の高さを検出す
る為の光束５ａ１はハーフミラー７６を通過してウエハ
４面で反射して光束６ａ１として受光手段６に入射して
いる。
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べてゆらぎ検
出部が補助光学部材を用いずに空気のゆらぎを検出して
いる点が異なっており、その他の構成は略同じである。
光源手段５からの光束のうちウエハ４面の高さを検出す
る為の光束５ａ１はハーフミラー７６を通過してウエハ
４面で反射して光束６ａ１として受光手段６に入射して
いる。
【００４４】一方、空気のゆらぎを検出する為の光束５
ｂ１はハーフミラー７６で反射した後、光束５ａ１と同
じ空間内を通過して光束６ｂ１として受光手段６に直接
入射させている。そして受光手段６からの光束６ａ１，
６ｂ１の重心位置の差より実施形態１と同様にしてウエ
ハ４の高さ情報を検出している。
ｂ１はハーフミラー７６で反射した後、光束５ａ１と同
じ空間内を通過して光束６ｂ１として受光手段６に直接
入射させている。そして受光手段６からの光束６ａ１，
６ｂ１の重心位置の差より実施形態１と同様にしてウエ
ハ４の高さ情報を検出している。
【００４５】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施例を説明する。図１２は半導体デ
バイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或は液晶パネ
ルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
イスの製造方法の実施例を説明する。図１２は半導体デ
バイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或は液晶パネ
ルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００４６】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路
を形成する。
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路
を形成する。
【００４７】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００４８】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００４９】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００５０】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、ウエハの
周囲の空気のゆらぎを検出するゆらぎ検出部からの信号
とウエハ表面の位置を検出する位置検出部からの信号と
を利用することによりウエハ表面の光軸方向の位置情報
を空気のゆらぎがあっても高精度に検出し、ウエハ表面
を投影光学系の結像位置に高精度に位置させ、高集積度
のデバイスを容易に製造することができる位置検出装置
及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することが
できる。
周囲の空気のゆらぎを検出するゆらぎ検出部からの信号
とウエハ表面の位置を検出する位置検出部からの信号と
を利用することによりウエハ表面の光軸方向の位置情報
を空気のゆらぎがあっても高精度に検出し、ウエハ表面
を投影光学系の結像位置に高精度に位置させ、高集積度
のデバイスを容易に製造することができる位置検出装置
及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することが
できる。
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】図１の側面概略図
【図３】図１の一部分の拡大説明図
【図４】図１の一部分の拡大説明図
【図５】図１の一部分の拡大説明図
【図６】図１の受光手段からの出力信号の説明図
【図７】本発明の実施形態２の要部概略図
【図８】本発明の実施形態３の要部概略図
【図９】本発明の実施形態４の要部概略図
【図１０】従来の位置検出装置を有した投影露光装置の
要部概略図
要部概略図
【図１１】従来の位置検出装置での位置検出方法の説明
図
図
【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
【図１３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト
ト
１ 照明系
２ レチクル（第１物体）
３ 投影光学系
４ ウエハ（第２物体）
５ 光源手段
５ａ 投光部
５ｂ 光源部
６ 受光手段
６ａ 検出部
６ｂ 受光部
７ ステージ
８０，８１ 補助光学部材
１０ 露光領域
１１ チップエリア
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭61−183928（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−7915（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−104158（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/027
G03F 9/00
G01B 11/00
Claims (8)
- 【請求項１】 第１物体面上のパターンが投影光学系を
介して投影される第２物体面の、前記投影光学系の光軸
方向における位置を検出する位置検出装置であって、 第１光路を有し、前記第２物体面を介した光束の位置を
検出する第１の検出部と、 前記第１光路とは異なる第２光路を有し、前記第２物体
面を介さず且つ前記投影光学系と前記第２物体面との間
の領域を介した光束の位置を検出する第２の検出部とを
有し、 前記第１及び第２の検出部の検出結果に基づいて前記 第
２物体面の前記光軸方向における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】 前記第１の検出部は、前記第２物体面上
に斜め方向から光束を照射する投光部と、前記第２物体
面からの反射光束の所定面上における入射位置を検出す
る光電変換部とを有することを特徴とする請求項１の位
置検出装置。 - 【請求項３】 前記第２の検出部は、前記投影光学系と
前記第２物体との間の領域に光束を照射する光源部と、
該領域を介した光束を受光する受光部とを有することを
特徴とする請求項１の位置検出装置。 - 【請求項４】 前記第２の検出部は、前記領域に反射部
材を有することを特徴とする請求項３の位置検出装置。 - 【請求項５】 前記第１及び第２の検出部によりそれぞ
れ検出された光束の位置の差に基づいて前記第２物体面
の前記光軸方向における位置を検出することを特徴とす
る請求項１乃至４のいずれか１項の位置検出装置。 - 【請求項６】 前記反射部材は前記投影光学系を保持す
る筐体又は前記第２物体を載置するステージの基盤に支
持されていることを特徴とする請求項４の位置検出装
置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの位置検出装置
を用いて前記第１物体面としてのレチクル面の上のパタ
ーンと前記第２物体面としてのウエハ面との位置合わせ
を行う工程を含むことを特徴とするデバイスの製造方
法。 - 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかの位置検出装置
と前記投影光学系とを含むことを特徴とする投影露光装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34793895A JP3517504B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| US08/766,755 US6124601A (en) | 1995-12-15 | 1996-12-13 | Position sensor having a reflective projecting system and device fabrication method using the sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34793895A JP3517504B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09167737A JPH09167737A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3517504B2 true JP3517504B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=18393626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34793895A Expired - Fee Related JP3517504B2 (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6124601A (ja) |
| JP (1) | JP3517504B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
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|---|---|---|---|---|
| KR100307825B1 (ko) * | 1999-10-23 | 2001-11-02 | 윤종용 | 웨이퍼 예비정렬 스테이지에 사용되는 웨이퍼 온도 제어장치 |
| US6791095B2 (en) * | 2002-03-21 | 2004-09-14 | Hermes-Microvision (Taiwan) Inc. | Method and system of using a scanning electron microscope in semiconductor wafer inspection with Z-stage focus |
| AU2003289272A1 (en) * | 2002-12-10 | 2004-06-30 | Nikon Corporation | Surface position detection apparatus, exposure method, and device porducing method |
| JP2005159213A (ja) * | 2003-11-28 | 2005-06-16 | Canon Inc | シアリング干渉を利用した測定方法及び装置、それを利用した露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法 |
| US7315381B2 (en) * | 2004-10-26 | 2008-01-01 | Mitutoyo Corporation | Monolithic quadrature detector |
| FR2883369B1 (fr) * | 2005-03-18 | 2007-06-01 | Sagem | Dispositif de mesure optique par triangulation optique |
| US7411667B2 (en) | 2005-06-03 | 2008-08-12 | Asml Netherlands B.V. | Method for correcting disturbances in a level sensor light path |
| JP5401770B2 (ja) * | 2006-07-14 | 2014-01-29 | 株式会社ニコン | 面位置検出装置、露光装置及びデバイスの製造方法 |
| WO2008007765A1 (fr) * | 2006-07-14 | 2008-01-17 | Nikon Corporation | Appareil de détection de position de surface, appareil d'exposition, et procédé de fabrication du dispositif |
| JPWO2009093594A1 (ja) * | 2008-01-24 | 2011-05-26 | 株式会社ニコン | 面位置検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法 |
| US8223345B2 (en) * | 2008-06-05 | 2012-07-17 | Nikon Corporation | Surface position detecting apparatus, exposure apparatus, surface position detecting method, and device manufacturing method |
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