JPH01303721A - 面傾き検出装置 - 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） 本発明は物体表面の基準平面からの傾きを検知する面傾
き検出装置に関し、例えば半導体素子製造において、ウ
ニ八面上にレチクル面上のパターンを繰り返し縮少投影
露光する露光装置、所謂ステッパーにおいてウニへ面の
傾きを補正する際に好適な面傾き検出装置に関するもの
である。

（従来の技術） 従来より縮少投影型の露光装置においてウニへ面の傾き
を検出する方法は種々と提案されている０例えばエアマ
イクロセンサーを用いウニへ面上の多点を検出して行う
エアマイクロセンサ一方法やウニ八面上に斜め方向から
光束を入射させ、該光束の反射光の位置ずれ量をウニ八
面上の多点について検出して行う光学的方法そしてウニ
八面上に光束を入射させ、該光束の反射光の角度分布を
検出して行う角度分布検出方法等がある。

これらの検出方法のうちエアマイクロセンサーを用いる
方法はセンサーのヘットの構造上焼付部より少し離れた
位置で多点検出を行なわなければならない為実際の焼付
部分の傾きとセンサーによる多点検出により求めたウェ
ハー平面との傾きに誤差が生じてくるという問題点があ
った。

光学的方法はエアマイクロセンサ一方法と同様の誤差が
生じる他にウニへ面のレジスト表面からの反射光とウニ
八基板面からの反射光とが互いに干渉し、各検出点で誤
差が生じるという問題点があった。

角度分布検出方法は焼付領域を直接モニターできる利点
はあるが、入射光束がウニ八面上の画面中央の比較的小
さな領域にしか入射出来ない為にレチクルパターンの転
写される画面内でクエへ面に例えば凹凸があると画面中
央部では良好な結像性能か得られるか画面周辺部での結
像性能が低下するという問題点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 現在、半導体素子の高集積化と共に投影光学系の高性能
化が要望されている。投影光学系が高性能になると一般
にレチクルパターンの良好なる結像が得られる。所謂焦
点深度が浅くなってくる。

この為レチクルパターンの転写されるウェハの全面にわ
たって良好なる結像性能が得られるようにウニへ面の傾
きをレチクルパターンの結像面にウェハ全面にわたり高
精度に合致させることが必要となってくる。

本発明はウニ八面上に光束を入射させ、該ウニへ面から
の反射光の角度分布を検出する方法を用い、ウェハの全
面にわたり投影光学系の結像面である基準平面に精度良
く合致させることのできる面傾き検出装置の提供を目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 第１物体面上のパターンをＷ４２Ｔｈ体面上に投影する
投影光学系の近傍に配置し、該投影光学系の基準平面（
像面）と該第２物体面との相対的な面傾きを該第２物体
面上に投光系により光束を照射し、該第２物体面からの
反射光を受光系により受光することにより行う面傾き検
出装置において。

該第２物体面上のパターンが投影される領域の変化に対
応して開口可変の絞りの開口径を変化させ、第２物体面
上のパターンが投影される全領域からの反射光束を用い
て行ったことである。

（実施例） 第１図は本発明の面傾き検出装置を半導体素子製造用の
露光装置に適用したときの第１実施例の要部概略図であ
る。同図においてｌは微少型の投影光学系でありレチク
ル１００面上のパターンをウェハ２面上に縮少投影して
いる。

３はステージであり、ウェハ２をＪ！置している。ステ
ージ３はウェハ２が投影光学系２の光軸方向及び光軸と
垂直方向の平面内で平行移動可能であり、かつ光軸と垂
直な平面に対して傾き調整可能となるようにしている。

１０１．１０２は各々本発明の面傾き検出＊ｉの投光系
と受光系である。

本実施例においては光源４より射出した光束を集光レン
ズ５により集光し、開口径可変の絞り６を照明している
。絞り６は例えば液晶を用いて開口形状が種々と変化す
るように構成されている。

絞り６を通過した光束はフィルター７により光束中のう
ちウェハ２面上のレジストの感光波長成分が除かれた後
照明用レンズ８に入射している。そして照明用レンズ８
によりミラー９ａを介してウェハ２面上を照射している
。このとき絞り６の開口部とウェハ２への光束の入射点
がレンズ８により略共役関係となるように設定され、こ
れにより絞り６の開口形状をウェハ２面上に投影してい
る。又絞り６はウェハ２面上におけるレチクルパターン
の投影される画面の大きさに合わせて、開口形状を変え
、これによりウニ八面上のレチクルパターンが投影され
る画面の略全面を照射するようにしている。

ウェーハー２の表面で反射された光束はミラー９ｂで反
射した後、検出レンズ１０により絞り１１を介して検出
レンズｌＯの瞳位置近傍におかれたポジションセンサー
ダイオードなどの２次元位置検出用の検出素子１２に入
射している。

この時、絞り１１は、検出レンズｌＯの後側主点より、
検出レンズｌＯの焦点距離だけ離れた位置に置れている
。これにより絞り１１は１周波数カットフィルターとし
て作用し、ウェーハー２面上にパターンが形成されてい
る時に生じる。パターンエツジでの散乱光をカットし、
２次元位置検出用の検出素子１２にウェハー２で反射さ
れる光束の０構成分の光束のみを入射させノイズの少な
い高精度の検出を可能としている。

第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本実施例における開口
径可変の絞り６の一実施例の概略図である０本実施例で
は絞り６の開口径を液晶を利用して制御している。

即ち同図（Ａ）に示すｙ方向にストライプ状に電圧の印
加に対して、個々独立して不透明若しくは黒化する核形
成された液晶板６ａと、同図（Ｂ）に示すＸ方向にスト
ライプ状に、電圧の印加に対して個々独立して黒化する
核形成された液晶板６ｂを、同図（Ｃ）に示すように互
いに直交させて貼り合わせて構成している。

一般にレチクルパターンの転写される画面は矩形である
ため１本実施例では開口可変な絞り６の開口形状を矩形
の場合を例にとり示した。

電圧の印加に対して、個々独立して黒化するストライプ
状の液晶部の幅は、十分細く、ウェーハー面上にレチク
ルパターンを転写する際の焼き付は画面の様々な変化に
対しても、はぼ画面全面に検出光束が照射される様に設
定している。

第３図（Ａ）、（Ｂ）は第２図（Ｃ）に示す絞り６の開
口径を種々と変化させたときの一実施例の説明図である
０本実施例では絞り６は、レチクルパターンの転写され
る画面１３の大きさによつて、斜線て示す部分が黒化し
、２点鎖線で囲まれた領域１４のみが光束に対して透過
性をもつようにしている。この時、同図の右方に示すよ
うにウェーバー上のレチクルパターンの転写される画面
１３に対して、検出光の光束は、２点鎖線で囲まれた台
形形状をした領域１５を照明し、レチクルパターンの転
写される画面１３のほぼ全面にわたり、光束があたるよ
うにしている。

本実施例において検出用の光束がウェーハー上のレチク
ルパターンの転写される画面１３に対して台形形状の照
明領域となるのは、開口可変な絞り６を含む平面と、レ
チクルパターンの転写される平面とが、完全に結像関係
にないために生じるデイスト−ジョンによっている。

又同図に示す様に光束がレチクルパターンの転写される
画面に対してたて方向に、斜めに入射するため、開口可
変の絞り６の矩形開口は、ウェーハー面上て、たて方向
に伸びて投影される。この点を考慮して開口可変の絞り
６の矩形開口のたてよこ比を、レチクルパターンの転写
される画面１５に対して照明領域がほぼ一致するよう調
整している。

第４図（Ａ）、（Ｂ）は第１図に示す検出レンズｌＯの
瞳位置てウェハ２面の傾きを検出することができる様子
を示す説明図である。

第４図（Ａ）に示す様に、ウェーハー２に傾きがない場
合は、光束はウェーハー２て反射した後、検出レンズを
通り、検出レンズｌＯの瞳位置１６の中央に入射する。

一方、第４図（Ｂ）に示す様、ウェーハー２が５４４図
（Ａ）で示す状態より角度Δ０傾いた場合、光束はウェ
ーハー２で反射した後、検出レンズｌＯを通り、検出レ
ンズｌＯの瞳位置１６の中央より距離Δｄ離れた位置に
入射する。ここでΔａＸｔΔθ、但しｆは検出レンズｌ
Ｏの焦点距離である。

すなわち、ウェーハー２の傾きΔθが、瞳位置での位置
ズレΔｄに対応する。

この為１本実施例では検出レンズ１０の瞳位置に２次元
の位置検出用の検出素子１２（２次元ポジションセンサ
ー、２次元ＣＣＤ、４分割センサー等）を置き、検出光
束の入射位置のズレ蚤を求め、ウェーハー２の傾き量を
検出している。

本実施例ではこの様に、構成された面傾き検出装置を用
いることによりレチクルパターンを転写する画面全域に
わたって、良好な結像を得ている。

次に本実施例においてウェハ前面にわたり傾きを良好に
調整することができることを第５図（Ａ）、（Ｂ）を用
いて説明する。

第５図（Ａ）は従来のクエへ面の傾きを示す説明図であ
る。

同図においてレチクルパターンの転写される画面の大き
さの変更に対応する為、最大の焼付けることの可能な画
面の大きさに対して画面中央の比較的小さい領域にしか
光束を照射していない。

今、レチクルパターンを転写しようとしている画面の大
きさをＡとすると、従来の面傾き検出装置では画面のう
ちの領域Ｂの傾きの平均値のみを検出し、領域Ｂのウェ
ハー面の傾きを、２点鎖線で示すレチクルパターン結像
面の最良像面に対して合致させるよう、ウェーハー２の
のっているステージの傾きを制御する。この時、ウェー
ハー２のフォーカス方向（上下方向）の位置制御は１例
えば本出願人による特開昭６２−１４０４１８号公報で
示す様な、他の面位置検出ｒ装置によってウェーハー２
のレチクルパターンを転写しようとしている画面の中央
部は、レチクルパターン結像面の最良像面に制御されて
いる。

この状態で、レジストの塗布された凹凸のある表面形状
をもつウェーハー２にレチクルパターン像の焼き付けを
行なうと、実用上良好なレチクルパターンの結像が行わ
れる焦点深度なりとすると、レチクルパターンの転写さ
れる画面Ａのうち、領域Ｃ１，Ｃ２で示される範囲は、
焦点深度り内に入らず、良好なレチクルパターンの転写
がおこなわれない。

これに対して本発明における面傾き検出装置では第５図
（Ｂ）に示すようにレチクルパターンを転写しようとし
ている領域Ａｔに対し、傾き検出を行なう、検出光束の
照射される領域Ｂ１を、はぼ一致させている。

この為、レジストの塗布された凹凸のある表面形状をも
つウェーハー２に対しても、レチクルパターンを転写し
ようとしている領域ＡＩにほぼ等しい領域Ｂｌ内のウェ
ーハー平面の平均的な傾きを、レチクルパターン結像面
の最良像面の傾きに一致するよう制御している。これに
よりレチクルパターンの転写される領域Ａ１を全面に渡
り、実用上良好なレチクルパターンの結像が行なわれる
焦点深度り内におさめることを可能としている。

このような状態によりレジストの塗布された凹凸のある
表面形状をもつウェーハー２に対しても、レチクルパタ
ーン像の焼き付けを行ないレチクルパターン転写される
領域Ａｌ全面に渡って実用上良好なレチクルパターンの
結像、転写を行っている。

本実施例では開口可変な絞り６と、レチクルパターンの
結像面が最良となるところの基準平面との結像関係を所
謂シャインプルーフの条件を満たす様、開口可変な絞り
６を、照明用レンズ８の光軸に対して傾けて配置してい
る。

第６図（Ａ）、（Ｂ）は本実施例において絞り６と照明
用レンズ８そしてウェハ２との配置関係を説明する為の
概略図である。

第１図に示す実施例において絞り６と、レチクルパター
ンの結像が最良となるところの基準平面との関係は、第
６図（Ａ）に示される様に絞り６の開口部が照明用レン
ズ８によって、図中点線で示される様に照明用レンズ８
の光軸に垂直な平面としての結像面である。

絞り６の中央の光束は、ウェーハー２の表面に結像して
いるが（第６図（Ａ）においてはレチクルパターンの結
像が最良となるところの基準平面と、ウェーハー２の表
面を一致させている。）、絞り６の端の部分は、ウェー
ハー２の表面において、デイフォーカスした状態にある
。

この時、絞り６での光束の振幅の強度が一様に分布して
いた場合でも、ウェーハー２の表面上の絞り６の開口部
が投影されるところの、検出光の照明領域Ｅ内での光束
の振幅の強度の分布状態は例えば第７図（Ａ）に示すよ
う開口部の端が投影される部分ではデイホーカスにより
強度が弱くなり、中央部近くの強度が強いという傾向を
もつ。

このような検出光の照明領域Ｅ内で、光束の強度にかた
よりがあるとその強度の強い領域によって照明されてい
るウェーハー表面の傾き情報を重視して傾き検出を行な
ってしまう。

それ故、凹凸のある表面形状をもつウェーへ−表面の傾
きを基準平面の傾きに一致させる場合。

レチクルパターンを転写しようとしている領域の周辺部
ではウェーハー表面が焦点深度内よりはずれることもあ
りえる。

そこで、第６図（Ｂ）に示すよう、照明用レンズ８の光
軸に垂直でかつ、照明用レンズ８の中心を通る平面と開
口可変な絞り１丁を含む平面と。

レチクルパターンの結像が最良となるところの基準平面
の３つの平面が一つの直線で交じわるように開口可変な
絞り１７を配置している。このときの条件は所謂シャイ
ンプルーフの条件と呼ばれている。

このように絞り１７．照明用レンズ８そしてウェハ２と
を配置することにより第６図（Ｂ）に示すように絞り１
７の開口をウェーハー２上にデイフォーカスすることな
く結像させ、この時絞り１７の開口の照明状態が一様で
あれば第７５！１（Ｂ）に示す様にウェーハー２上の検
出光の照明領域Ｅ内での光束の強度を一様とすることが
できる。

又、第７図（Ｃ）に示すように絞りの開口１４ａの形状
とウェーハー上で検出光光束の照射される領域１５ａを
相似形とし、この光束の照射される領域をよりレチクル
パターンの転写される画面１３に一致させることがてき
る。

このように本実施例ではレチクルパターンの転写される
画面の全領域に渡つてウェーハー表面の傾き情報を等し
い重みで検出できるようにし、凹凸のある表面形状をも
つウェーハー表面の傾きをレチクルパターンの転写され
るウェーハー表面の周辺部まで、ウェーハー中心部と同
等に基準平面の傾きによりよく一致させている。

第８図は本発明の第２実施例の要＊＊略図である。

同図において１８は開口径一定の絞り、２０は開口径可
変の絞りである。

本実施例では第１図に示す第１実施例において開口可変
の絞りの位置を投光系１０１と受光系１０２で入れ替え
ている。

又受光系１０２において開口可変の絞りｚＯの後方に検
出素子を配置する代わりに検出レンズ２１を配置してい
る。そして検出レンズ２１の瞳面上に２次元位置検出用
の検出素子２３を配置している。

２２は絞りであり第１実施例と同様に検出レンズ２１の
後側主点より検出レンズ２１の焦点距離だけ離れた位置
に配置している。

開ロ一定な絞り１８の開口径は投影レンズ１のレチクル
パターンを転写することのできる最大画面より大きな領
域を、ウェー八−２上で照明するようにしている。

本実施例では投光系１０１によりウェハ２面上を一定の
画面を照明しておき、結像レンズ１９を用いてウェーハ
ー２上の照明されている領域を開口可変の絞り２０上に
結像させ絞り２０よりの検出光束を検出レンズ２１・を
用いて検出レンズ２１の瞳上に配置した検出素子２３に
入射させ、つニー八−２の傾きを検出している。

本実施例においては第１実施例と同様にレジストの塗布
された凹凸のある表面形状をもつウェーハーに対して、
レチクルパターンを転写する領域全面に渡つて、良好な
レチクルパターンの結像、転写を可能としている。

＄９図は本発明の第３実施例の要部概略図である。

第１．第２実施例において２次元位置検出用の検出素子
１２として、２次元のＰＳＤ　（ポジシ剛ンセンサーダ
イオード）や、４分割センサーダイオードを用いて、検
出光束の位置ズレよりウェーハー２の傾きを検出する場
合、２次元のＰＳＤのゼロ点の経時変化や、４分割セン
サーダイオードの各分割センサ一部の感度の経時変化等
によりゼロ点のドリフトが生じる。

そこで本実施例では検出素子１２に対して検出光の光束
とは別の光路により、即ち第９図に示すように参照用の
光源２４を配置し、該光源２４力）らの光束をレンズ２
５によりハーフミラ−２６を介して検出素子１２に入射
させている。

このとき光源２４からの光束を光ｓ４からの検出光が検
出素子１２上に入射するときの拡がりと略等しい拡がり
及び輝度を持つように入射させている。

今、光源４及び光源２４からの光束を時分割して検出素
子に入射させ、このとき得られる信号出力をそれぞれθ
、０゜とする、２次元のＰＳＤや４分割センサーを検出
素子１２として用いた場合に生じるゼロ点の経時変化に
よる誤差分Δとの関係は ０　＝　θ゛＋Δ　、θ。＝θ。９＋Δとなる。

この経時変化による影響をなくす為に１本実施例ではウ
ェーハー２の傾きの制御に用いる信号出力として θ−θ。＝（θ°◆Δ）◆（θ。°◆Δ）−θ°◆θ　
１としている。これにより検出素子１２のもつ経時変化
によるゼロ点のドリフトの誤差Δを含まないようにしウ
ェーハー２の傾きの制御を高精度に行っている。

一般に多くの半導体素子の製造においては、投影レンズ
のレチクルパターンの転写が行われる領域を複数個に分
割し、−画面内に複数個の半導体チップの回路パターン
の転写を行なっている。

例えば第１Ｏ図（Ａ）に示すように領域１３で示すレチ
クルパターンの転写が行われる一画面内に一点鎖線で囲
まれた領域２７ａ、２７ｂの２つの領域に各々半導体チ
ップの回路パターンが形成されている。

第１Ｏ図（Ｂ）はステッパーと呼ばれる縮小投影型の露
光装置においてウェーハー２８面上にレチクルパターン
の転写を逐次性なった状態を示しており１図中領域２９
で示す実線で囲まれた領域が一回の焼きっけでレチクル
パターンの転写かおこなわれる画面を示している。

ウェーハ−２８を有効に利用する為に、レチクルパター
ンの転写がおこなわれる画面の一部がウェーハー２８外
にある場合でも１図中領域３０の点線で示した領域の様
に一画面内の片方の半導体チップの回路パターン転写領
域がウェーハー２８内にある時は、その画面３０の焼き
付けを実行している。

従来の面傾き検出装置では、図中領域３０で示す領域に
レチクルパターンの転写を行なう場合、面傾き検出の為
の光束の一部がウェーハー２８外に出てしまうため、ウ
ェーハー平面の面傾き検出が行なえず、レチクルパター
ンの最良結像面の傾きに対してレチクルパターンの転写
される領域のウェーハー平面の傾きを一致させることな
く焼き付けを行なわざるを得なかった。

これに対して本実施例では図中領域３０て示す領域の様
にレチクルパターンの転写の行なわれる領域の一部がウ
ェーハー外に出るショフトは（この事は、投影露光装置
を制御するコンソールにて、ウェーハーに対するショッ
トレイアウトを決定した段階で既知である）第１０図（
Ｃ）に示す如く、ウェーハー内に有効にレチクルパター
ンの転写が行なわれる片方の半導体チ・ンブの回路パタ
ーンの転写領域３１に対してのみ、検出光光束が照射さ
れるよう開口可変の絞りの開口形状を変化させている。

これによりウェーハー内に有効にレチクルパターンの転
写が行なわれ４片方の半導体チップの回路転写領域３１
内のウェーハー面の傾きを検出し、この面傾きを投影露
光装置のレチクルパターンの最良結像面の傾きに一致す
るよう制御して焼き付けを行なつている。

このように本実施例によれば、レチクルパターンの転写
される領域の一部がウェーハー外に出るような場合であ
ってもウェハ内の片方の半導体チウブの回路パターンの
良好なる転写が可能となリーウエハでの半導体チップの
比率を上げることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば開口径可変の絞りを投光系
又は受光系に設けることにより、半導体素子の製造にお
いてレチクルパターンの転写される画面全域にわたって
良好なレチクルパターンの転写が可能となり、今までレ
チクルパターンの転写不良による半導体チップの回路の
欠陥等をなくし、高品位の半導体チップの製造及び高歩
留りの製造が可能となり、更に半導体チップのコストを
低減させることができる面傾き検出装置を達成すること
がてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の面傾き検出装置を半導体製造用の露光
装置に適用したときの第１実施例の概略図、第２図（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明に係る開口可変の絞りの説
明図、第３図（Ａ）。 （Ｂ）は本発明に係る開口可変の絞りと照射面との関係
を示す説明図、第４図（Ａ）、（Ｂ）は面傾きを検出す
る原理図、第５図（Ａ）、（Ｂ）は面傾きの検出領域を
示す説明図、第６図（Ａ）。 （Ｂ）はシャインプルーフの条件の説明図、第７図（Ａ
）、（Ｂ）、（Ｃ）は第６図のシャインプルーフの条件
を満たす照明系の照度分布の説明図、第８、！１！９図
は本発明の第２．第３実施例の概略図、第１Ｏ図（Ａ）
、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明においてウニへ面の周辺部を
ショットするときの説明図である。 図中１は投影レンズ、２はウェハ、３はステージ、１０
０はレチクル、ｌｏｔは投光系、１０２は受光系、４．
２４は光源、５は集光レンズ。 ６．２０は開口可変の絞り、８は照明用レンズ。 ９ａ、９ｂはミラー、１０は検出レンズ、１１は絞り、
１２．２３は検出素子、１８．２２は絞り、である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１物体面上のパターンを第２物体面上に投影す
   る投影光学系の近傍に配置し、該投影光学系の基準平面
   と該第２物体面との相対的な面傾きを該第２物体面上に
   投光系により光束を照射し、該第２物体面からの反射光
   を受光系により受光することにより行う面傾き検出装置
   において、該第２物体面上のパターンが投影される領域
   の変化に対応して開口径が可変の絞りを前記投光系に内
   在させたことを特徴とする面傾き検出装置。
2. （２）前記絞りの開口平面と前記投影光学系の基準平面
   はシャインプルーブの条件を満足するように設定されて
   いることを特徴とする請求項１記載の面傾き検出装置。
3. （３）前記受光系は前記第２物体面からの反射光の受光
   位置に応じたアナログ電気信号を出力する受光素子と、
   該受光素子に参照光を入射させる参照光源とを有し、前
   記第２物体面からの反射光と該参照光の２つの光に基づ
   く出力信号を利用して該第２物体面を該基準平面に一致
   するように制御したことを特徴とする請求項１記載の面
   傾き検出装置。