JPH01112726A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被測定面、例えばウェハ面の基準面からの隔り
やウェハ面の傾き等の面位置を検出する面位置検出する
手段を具備した露光装置に関する。

特に本発明は、例えば半導体製造の分野において、半導
体ウェハ表面にレチクルパターンを繰返し縮少投影露光
する所謂ステッパと呼ばれる露光装置における自動焦点
制御装置用として上記ウニ八表面とレチクルパターン結
像面との位置関係を調整する際に好適な面位置検出装置
を具備した露光装置に関する。

（従来の技術） 従来の縮少投影露光装置のウェハ面の基準位置からのず
れ量である焦点面位置を検出する面位置検出手段を有し
た露光装置としては、エアマイクロセンサーを用いる方
法やウェハ而に斜め方向から光束を入射させ、その反射
光の位置ずれ量を検出する方法（光学方法）等を用いた
装置が知られている。

又、近年、パターンの微細化が進み、投影レンズの許容
深度か狭まってきているなかでパターン焼き付は部全面
にわたって高解像力を得る為には、パターン焼き付は面
であるウェハ面の傾きも同時に良好に補正することので
きる面位置検出手段を有した露光装置が必要となってき
ている。

ウェハ面等の被測定面の傾き補正機構として、例えばエ
アマイクロセンサーを用いる方法では焼き付は部を直接
計測することができないがセンサー自体が小型である為
、焼き付は部の回りに多点のセンサーを設ければ、これ
らのセンサーを用いて傾き補正を行うと同時に被測定面
の焦点面位置を検出することができる。

しかしながら、この方法は焼き付は部を直接計測するこ
とができない為、計測点と焼き付は部の間に段差構造が
あると傾き補正及び焦点面位置の検出に誤差が生じてし
まう。

又、ウニ八周辺部のショットでは測定点がウェハ面上よ
りはずれてしまう為に傾き補正や焦点面位置の検出が行
なえない場合が生じるという問題があった。

これに対して光学方式の場合には、パターン焼き付は部
の直接測長が可能であるが、画面内の多点を計測し、傾
き補正を行う為に限られた装置内のスペースに複数（３
本以上）異なる光路を持つ光学系を配置しなければなら
ず、このことは実用上大変困難であると共に、ウェハ面
上に塗布したレジストの存在によりレジスト表面で反射
されてきた光束とウニ八表面で反射された光とか干渉を
起こし、検出精度を低下させるという問題がある故、多
点計測での傾き補正の検出値に誤差が生じやすい。

この為、従来は先ず画面内の一点を検出する面位置検出
手段を用いてステージによりウェハを移動させることに
より、焼き付けを行う前に予めウェハ面上の各ショット
、又は一部のショットの位置検出を行っておき、それよ
りウェハ面全体の傾きやそり量を算出している。

次に各ショットの焼き付は時に、この情報より被測定面
の傾き補正を行うようにしている。

しかしながら、この方法では露光装置のスルーブツトを
低下させると共にステージ移動の際の駆動誤差が傾き補
正値に入り込むという問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はウェハ面等の被測定面の基準位置からのずれ量
や被測定面の傾き等を同時に、しかも高精度に１出する
ことのできる簡易な構成の面位置検出手段を有した露光
装置の提供し、高速度な検出が可能となるので、スルー
プットを低下させることなく焼き付はショット毎に傾き
補正を含めた面位置制御を行うことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） レチクルの回路パターンを投影光学系を介してウェハ上
の各ショット領域に転写して露光する露光装置であって
、面記ウェハの前記投影光学系の光軸方向の位置を所定
の基準位置に合わせると共に、前記各ショット領域の露
光面に各ショットの面の所定基準面に対する傾きを検出
し、各露光毎に各ショットの面の傾きを補正することで
ある。

（実施例） 第１図は本発明を縮少投影露光装置に適用したときの一
実施例の概略図である。本実施例では特に被測定面とし
てのウェハ面の自動焦点制御を行う場合を示している。

同図において、１は投影レンズ、２は被測定面としての
ウェハであり投影レンズ１により不図示のレチクルパタ
ーンが縮少投影されている。又、ウェハ２は上下方向に
移動で、かつ紙面に垂直な平面内で傾き補正可能なステ
ージ３上に載置されている。４は光源でレ−ザー、若し
くはＬＥＤ等である。５は照明レンズであり光源４から
の光束を反射プリズム６ａを介してステージ３上のウェ
ハ２面上を所定の角度で照明している。

７は検出レンズ、８は光分割器であり、ウェハ２面上か
らの反射光束のうち反射プリズム６ｂと検出レンズ７を
通過した光束を２つの光束に分割している。１２は第１
検出器であり入射光束の１次元的位置検出が可能な受光
面を有している。

又、第１検出器１２は検出レンズ７を介してウェハ２面
と略共役関係となるように設定されている。

２点鎖線で示す９ａ、９ｂは各々検出レンズ７の射出瞳
位置を示している。１０は集光レンズ、１１は第２検出
器であり、入射光束の２次元的検出が可能な受光面を有
している。ここで集光レンズ１０は検出レンズ７の射出
瞳における振幅の強度分布を第２検出器１１面上に再結
像させている。

本実施例では光源４からの光束を照明レンズ５により反
射プリズム６ａを介してウェハ２面上に入射させ、ウェ
ハ２面上からの反射光束を反射プリズム６ｂと検出レン
ズ７を介し、光分割器８で２つの方向に分割している。

そして、一方の光束を第１検出器１２に入射させウニ八
面２の基準位置からのずれ量である投影レンズ１に対す
る光軸方向のずれ量（上下方向の位置ずれ）、即ちウェ
ハ而２の面位置を検出し、他方の光束を集光レンズ１０
により第２検出器１１に入射させウニ凸面２の傾き状態
を検出している。

ここでウェハ２の面位置検出はウェハ２面の入射光束の
反射点と第１検出器１２への光束の入射点とが結像関係
となるように設定されている為に、ウェハ２の傾きによ
るウェハ２の上下方向の位置検出に関する誤差を原理的
に除くと共に、ウェハ２の上下方向の位置ずれを第１検
出器への光束の入射位置のずれとして検出している。そ
して、このときのずれ量をなくすように自動制御を行い
投影レンズ１の焦点位置にウェハ２か位置するようにし
ている。

次にウェハ２面の傾き検出方法を第２図（Ａ）。

（Ｂ）を用いて説明する。同図（Ａ）　、　（Ｂ）は第
１図におけるウェハ２、検出レンズ７、そして検出レン
ズ７の射出瞳位置９を展開した状態で示している。

第２図（Ａ）はウェハ２に傾きがない場合、第２図（Ｂ
）はウェハ２が一定角度β傾いた場合のウェハ２への入
射光束とウェハ２からの反射光束の状態を各々示してい
る。

同図（Ａ）に示すようにウェハ２面が傾いていないとき
には反射光束は検出レンズ７を通り射出Ｒ９の中心に入
射する。

これに対してウェハ２面が同図（Ｂ）に示すように角度
βだけ傾いているとウェハ２からの反射光束は検出レン
ズ７を通り、射出瞳９上の中心よりΔｄだけずれた位置
に入射する。このときのずれ量Δｄを光学的に射出瞳位
置に相当する位置に配置した第２検出器１１により検出
している。

そして、このときのずれ量Δｄよりウェハ２面の傾き、
即ち投影レンズ１の光軸に対して直交する平面に対する
ウェハ２面の傾き量を検出している。

第３図にフィードバック制御系１３によるウェハ而の位
置検出、傾き検出、及び焼き付は時の制御のフローチャ
ートを示す。

本実施例のウニ凸面の位置、傾き検出、及び焼き付は方
法を第３図に従って説明する。まずウェハを搬入し、最
初の焼き付は領域を焼き付は位置にセットする。この後
に光源４が発光し、焼き付は対象物であるウェハ２で反
射された光が、第１検出器１２と第２検出器１１に同時
に入光し、各々の検出器より信号出力がフィードバック
制御系１３に対する。

すると、フィードバック制御系は不図示の２つ（７）Ｃ
ＰＵを持ツ（ＣＰ　Ｕ　−１、ＣＰ　Ｕ　−２とする）
。ｃｐｕ−ｉは第１検出器１２からの信号出力よりウニ
凸面の位置ズレ量の算出を行う、これと同時にＣＰＵ−
２は第２検出器１１からの信号出力よりウニ八面の傾き
量の算出を行う。

次にＣＰＵ−１はウニ八面の位置が許容値内にないと判
断すると、ウニ凸面を基準位置（投影レンズの最良像面
）に近づく様、ステージ３中の不図示の上下位置調整機
構で駆動させる。

これと同時にＣＰＵ−２はウニ凸面の傾きが、許容値内
にないと判断すると、ウニ凸面の傾きを投影レンズの最
良像面の傾きに近づく様、ステージ３中の不図示の傾き
調整機構で駆動させる。

これらの動作はウニ凸面の位置と傾きが許容値内に入る
まで、それぞれＣＰＵ、−１，ＣＰＵ−２によって独立
に、かつ同時に行う。

ウニへ面の位置と傾きが共に許容値内に入ると本露光装
置は、ウェハ上の第１シヨツトにレチクルパターンの投
影焼き付けを行う。この焼き付は作業はウェハ上の最終
ショットまで繰り返し行なわれ、全ショット焼き付けの
行なわれたウェハを検出し、−枚のウェハの焼き付は処
理を完了する。

本実施例では入射光束をウェハ２面に対してＳ偏光成分
とし、かつウェハ２面への入射角度が８０度以上となる
ようにしてウニ八基板からの反射光を減少させ、ウェハ
基板上に塗布され、平坦化したレジスト表面からの反射
光を主に検出している。これによりパターンのあるウェ
ハに対しても検出誤差を少なくし、傾き検出精度を向上
させている。

又、ウェハ２面上にパターンがある場合、検出レンズ７
の射出瞳面上においては、反射光束の０次回折光とその
回りに高次の回折パターンが生じてくる。

そこで、第１図に示すように検出レンズの射出側主点よ
り該検出レンズの焦点距離の長さに相当する位置に絞り
２９を配置して高次の回折パターンの散乱光を除去して
いる。これにより集光レンズ１０により射出瞳面（２点
鎖線で示す９ａの位置）上での光束の振幅分布を高精度
に第２検出器１１に導光し、ウェハ２面の傾きの検出精
度を向上させている。（射出側テレセントリックな光学
系で照明レンズ５を構成すると、該検出レンズの射出瞳
位置と、本絞り２９の位置は一致する）第４図は本発明
の他の一実施例の概略図である。本実施例では第１図の
実施例に比べてウェハ２面上に異った２つの波長の光束
を入射させ面位置検出、及び傾き検出の高精度化を図っ
ている。

同図において第１図に示す要素と同一要素には同符番な
付している。

同図において、３１は第１光源、３２は第２光源であり
、これらの各光源３１．３２は互いに異った波長の光を
放射している。第１．第２光源３１．３２からの光束を
ハーフミラ−１４を介して照明レンズ５に入射させてい
る。照明レンズ５からの光束をウェハ２面上に入射させ
た後の作用は第１図の実施例と同様である。

ウェハ２面上に入射させる光束が単色光であるときは、
レジスト表面からの反射光束とウニ八基板面からの反射
光束が互いに干渉して検出器での検出光の光量が増減し
たり、ウェハ面上の様々のパターンにより反射光束の振
幅分布に歪や片よりか生じ測定誤差を生じる場合がある
。

この為、本実施例では波長の異なる複数個（本実施例で
は２つであるが３つ以上であっても良く、又、白色光を
用いても良い。）の光源を用いて反射光束が互いに干渉
するのを防止したり、反射光束の振幅分布の歪や片より
等を平均化して検出精度を向トさせている。

第１図、第４図に示す実施例では検出レンズ７の射出瞳
面上での光束のズレ量を２次元位置検出素子（２次元ポ
ジションセンサー、２次元ＣＣＤ等）を用いた場合を示
した。射出瞳面上での光束の広がりが大きい光学システ
ムにおいては、大面積の２次元位置検出素子が必要とな
ってくる。

一般に２次元位置検出素子が大面積になると、検出リニ
アリティが低下したり（２次元ポジションセンサー）演
算処理時間が長くなってくる。

（２次元ＣＣＤ）そこで、大面積の２次元位置検出素子
を用いる代わりに射出瞳面上を分割し、分割された各領
域に入射する光束を小さな面積の複数の受光素子で受光
し、各受光素子からの出力信号を利用するようにしても
良い。

第５図、第６図は各々第１図において第２受光器１１の
代わりに複数のフォトダイオード等の受光素子を配置し
た場合の第１図にあけるＡＡ’方向から見たときの説明
図である。

第５図において１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄはフォ
トダイオード等の受光素子であり、第１．４図における
射出瞳面（９ａ、９ｂ）と共役な位置におかれている。

２点鎖線で示した領域１５はウェハ２に傾きがない場合
の検出光であるウェハ２からの反射光束の広がりを示し
ている。

この時の反射光束は４つのフォトダイオード１７ａ　、
　１７ｂ　、　１７ｃ　、　１７ｄに対し、均等に入力
し、４つのフォトダイオード＋７ａ、１７ｂ、１７ｃ、
１７ｄからの出力が均一となるように設定されている。

フォトダイオード＋７ａ　、　１７ｂ　、　１７ｃ　、
　１７ｄからの出力値をそれぞれＡ＋　、Ａ２　、Ａ３
．Ａ４とし、傾き検知に用いる信号出力を Ｔ　ｉ　１　ｔ　（ｙ）　＝Ａ、　−Ａ３Ｔ　ｉ　ｌ　
ｔ　（ｘ）　＝Ａ、　−Ａ４と定めると、ウェハ２に傾
きがない場合の信号出力は Ｔｉ１ｔ（ｙ）＝Ｏ Ｔｉｌｔ（ｘ）＝０ となる。

次にウェハ２が、例えばｙ方向に傾いたときは射出瞳面
上における反射光束は図中、点線で示す領域１６に変倍
する。この時、傾き検知に用いる信号出力は Ｔｉ１ｔ（ｙ）＞０ Ｔｉｌｔ（ｘ）＝０ となり、ｙ方向の傾き量を信号出力Ｔｉ１ｔ（ｙ）によ
って独立に知ることができる。

Ｘ方向の傾きを含む場合も同様であり、第７図に示す様
ウェハの傾き量と方向とは、信号出力Ｔ　ｉ　ｌ　ｔ　
（ｙ）及びＴ　ｉ　ｌ　ｔ　（ｘ）によって検知、制御
することが可能である。

第６図では射出瞳面上（又は射出瞳面と共役な面上）に
四角錐のプリズム１８によって２点鎖線で示される領域
１５に入射する検出光束を４方向に分割し、各々の分割
された光束をレンズ１９によりフォトダイオード２０上
に入射させている。

（同図では簡単の為、一方向のみ、レンズ１９及びフォ
トダイオード２０を示している）この場合の傾く検出方
法は第５図で説明したと同様であり、より小さい径のフ
ォトダイオードを用いてシステムを構成することができ
る。

又、本実施例ではスルーブツトを向上させる為、２つの
ＣＰＵを用い、ウェハ面の位置、傾き制御を独立に行な
っているが、これを単一のＣＰＵを用い制御しても何ら
かまわない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ウェハの面位置検
出とウェハの傾き検出を同時に、同一の検出光束である
ウェハ面からの反射光束を用いて行うことができる為、
光学系や装置全体をコンパクトに、かつ安価に構成する
ことが可能となる。

又、焼き付は画面内の一点を測定することで、ウェハの
面位置検出、及び傾き検出が可能であるので、焼き付は
画面周辺の多点検出によってウェハの面位置検出と傾き
検出を行う方法に比べて、ウニ八周辺部のショットに対
しても、センサーがウェハ上よりはずれることがないの
で、ウェハ中心部と同じ精度でウェハの面位置検出と傾
き検出が可能となる。

又、焼き付は画面内の一点を測定することで、つ°エバ
の面位置検出と傾き検出を同時に行うことが可能である
ので、多点検出により傾き補正を行う方法や焼き付は前
にウェハの傾きやゆがみの情報を知り、焼き付は時に傾
き補正を行う方法に比べ、ウニ八面位置の検出と傾き補
正の演算が独立して同時にできる為、より高速な検出が
可能となる。

又、投影露光装置のスループットを低下させることなく
、焼き付は各ショット毎にウェハの傾き補正を行い、投
影レンズの最良な結像位置でウェハの焼き付けが可能と
なるので、より微細なパターンをもつ集積回路の製造に
おいて、高スループツトでしかも高歩留りを実現するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を縮少投影露光装置に適用したときの一
実施例の概略図、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１図の
一部分の説明図、第３図は本発明の一実施例のフローチ
ャート図、第４図は第１図の実施例の一部分を変化した
ときの概略図、第５図、第６図は本発明に係る検出器の
他の一実施例の説明図、第７図は第５．第６図に示す受
光素子より得られる傾き検出用の信号出力を示す説明図
である。 図中、１は投影レンズ、２はウェハ、３はステージ、４
，３１．３２は光源、５は照明レンズ、６ａ、６ｂは反
射プリズム、７は検出レンズ、８は光分割器、９ａ、９
ｂは検出レンズ７の射出瞳位置、１０は集光レンズ、１
２は第１検出器、１１は第２検出器、１３はフィードバ
ック制御系、１４はハーフミラ−１１７ａ、１７ｂ、１
７ｃ、＋７ｄは受光素子、１８はプリズム、１９はレン
ズである。 特許出願人　　キャノン株式会社 勇　　　　１　　　　ロ 第　　　　４　　　　図 竜　　　５　　　口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レチクルの回路パターンを投影光学系を介してウ
   ェハ上の各ショット領域に転写して露光する露光装置で
   あって、前記ウェハの前記投影光学系の光軸方向の位置
   を所定の基準位置に合わせると共に、前記各ショット領
   域の露光前に各ショットの面の所定基準面に対する傾き
   を検出し、各露光毎に各ショットの面の傾きを補正する
   ことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記ウェハの前記投影光学系の光軸方向の位置の
   所定の基準位置に対する位置合わせをウェハ面上のショ
   ット領域からの反射光束を第１検出器に導光して行い、
   各ショットの面の該所定の基準位置に対する傾きの検出
   を該ウェハ面上のショット領域からの反射光束を第２検
   出器に導光して行い、各ショット毎に該ショット領域の
   傾き補正を行ったことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の露光装置。
3. （３）前記ウェハ面に入射させる光束をＳ偏光成分とし
   、該光束と該ウェハ面とのなす角が１０度以下となるよ
   うに設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の露光装置。
4. （４）前記ウェハ面に入射させる光束を少なくとも異っ
   た２つの波長を有する光束より構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の露光装置。