JPH0210361B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対物レンズの光軸に対してウエハ面
や被検物体面を垂直位置に正確に設置するための
傾き検出装置、特に所謂焦点検出装置を組み合わ
せた水平位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、集積回路製造用の縮小投影型露光装置
には大きな開口数（N.A）を有する投影対物レン
ズが用いられているため、許容焦点範囲が非常に
小さい。このため、ウエハの露光領域を投影対物
レンズの光軸に対して正確な垂直位置に維持しな
い限り、露光領域全体にわたつて鮮明なパターン
の露光を行うことができない。ウエハ全体は別途
に設けられたオートフオーカス機構によりウエハ
面上３点の検出によつて対物レンズの光軸に対し
てほぼ垂直に位置合せされ得るが、ウエハの大型
化やシリコンに変わるガリウム・ヒ素等の新材料
ではウエハ自体の平面性が不安定になるため、ウ
エハの部分的な垂直位置検出が必要になる。そし
て、各回の露光と化学処理によりさらにウエハの
変形が増大されるため、露光領域の正確な水平検
出が不可欠となつてきている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このために露光される各領域ごとに最も良好な
状態に維持できるように、各領域ごとにその領域
内の平面の傾斜状態を検出する必要があるが、傾
きばかりではなく対物レンズの光軸上での位置を
正確に合わせるための焦点検出装置も設ける必要
がある。しかしながら、対物レンズとウエハ面と
の間の限られた空間内に、種々の測定のための光
学装置を介挿することは極めて難しかつた。

本発明の目的は、対物レンズによる被検領域や
露光領域等、対物レンズに関して所定の共役関係
に形成される被検面上の領域が、対物レンズの光
軸に対して正確な垂直位置にあることを検出でき
るのみならず、対物レンズの光軸上の位置を検出
するための焦点位置検出装置を組み合わせた簡単
な構成の水平位置検出装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による水平位置検出装置は、被検面上の
所定の領域を所定の共役関係に形成するための主
対物レンズと、該主対物レンズの光軸外から被検
面上へ平行光束を供給するために光源と照射対物
レンズとを有する照射光学系、及び該照射光学系
から供給され被検面上で反射される光束を第１受
光素子上へ集光するための集光対物レンズを有す
る集光光学系を有し、該両光学系はその光軸が主
対物レンズの光軸に関して対称になるように配置
され、第１受光素子の出力信号により前記共役領
域の主対物レンズの光軸に対する垂直からの傾き
検出を行なうものである。そして、このとき照射
光学系による被検面上への平行光束の照射領域は
主対物レンズによつて所定の共役関係に形成され
る被検面上の共役領域とほぼ同じ大きさであるこ
とを主たる特徴とするものである。さらに、照射
対物レンズと光源との間に第１ビームスプリツタ
ーを斜設し、該第１ビームスプリツターと前記照
射対物レンズとを介して前記共役領域へ所定形状
のパターンを投射し、また前記集光対物レンズと
前記第１受光素子との間に第２のビームスプリツ
ターを斜設し、該第２ビームスプリツターを介し
て前記共役領域に投射された所定形状のパターン
を第２の受光素子上に集光し、該第２受光素子の
出力信号により前記被検面の主対物レンズの光軸
上での位置検出を行なうものである。

〔作用〕

上記本発明の構成の如く、照射光学系による被
検面上への平行光束の照射領域を主対物レンズに
よつて所定の共役関係に形成される被検面上の共
役領域とほぼ同じ大きさとすることにつて、被検
面上の共役領域についての平均的な平面の傾き検
出が可能となり、投影型露光装置においては、ウ
エハへの一回の露光毎に、その露光される部分領
域についての最適な角度位置を設定することがで
きる。また、照射対物レンズ及び集光対物レンズ
を焦点検出のために必要な所定形状パターンの投
影及び検出のための対物レンズとして兼用してい
るため、簡単な構成にできると共に、主対物レン
ズとエハ等の被検面との間に限られた空間におい
て水平位置検出装置と焦点検出装置とをまとめて
配置することが可能となり、装置の小型化にも有
利である。

〔実施例〕

以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

まず、第１図を参照して、本願発明の基本とな
る水平位置検出装置について説明する。第１図は
本発明における水平位置検出の光学系を縮小投影
型露光装置に採用した構成を示す概略光路図であ
る。

投影対物レンズ１に関してレチクル２とウエハ
３とが共役に配置され、図示なき照明光学系によ
つて照明されたレチクル２上のパターンがウエハ
３上に縮小投影される。このようなウエハの焼付
露光はステツプ・アンド・リピートと呼ばれるよ
うにウエハを所定量だけ移動させて繰り返され、
異なるパターンを有するレチクルに交換するごと
に同様の操作が繰り返される。照射光学系１０は
光源１１、コンデンサーレンズ１２、微小円形開
口を有する絞り１３、照明対物レンズ１４からな
り、コンデンサーレンズ１２は光源１１の像を絞
り１３上に形成し、絞り１３上に焦点を有する照
射対物レンズ１４により平行光束がウエハ３上に
供給される。照射光学系１０から供給する光はウ
エハ３上のレジストを感光させないために、露光
光と異なる波長の光である。また集光光学系２０
は集光対物レンズ２１と４分割受光素子２２とか
らなり、照射光学系１０から供給されウエハ３で
反射された光束は集光対物レンズ２１により集光
対物レンズの焦点位置に設けられた４分割受光素
子２２上に集光されるここで、投影対物レンズ１
の光軸１ａに関して、照射光学系１０の光軸１０
ａと集光光学系２０の光軸２０ａとは対称であ
る。従つて、投影対物レンズの光軸１ａに対して
エハ３の露光領域が垂直を保つているならば、照
射光学系１０からの光束は４分割受光素子２２の
中心位置に集光される。またウエハ３の露光領域
が垂直からθだけ傾いているならば、ウエハ３で
反射される照射光学系１０からの平行光束は集光
光学系の光軸２０ａに対して2θ傾くため、４分割
受光素子２２上で中心から外れた位置に集光され
る。４分割受光素子２２上での集光点の位置から
ウエハ３の露光領域の傾き方向が検出され、制御
手段３１は４分割受光素子上の集光点の変位方向
及び変位量に対応する制御信号を発生し、駆動手
段３２により支持装置３３を移動させて、ウエハ
３が載置されたステージ３４がウエハ３の露光領
域表面の傾きを補正するように移動される。

このような構成によれば、照射光学系１０によ
つて照射される範囲のウエハ面について部分的な
傾き検出がなされ、ウエハ３上への照射領域を投
影対物レンズ１による露光領域とほぼ同じ大きさ
とすることによつて、露光領域を投影対物レンズ
１の光軸１ａに対して平均的に正確な垂直位置に
自動的に設定することができる。

第２図は上記の如き水平位置検出光学系の構成
に焦点検出光学系を組み合わせた本発明による装
置の概略構成を示す光路図である。図中、制御手
段３１、駆動手段３２、支持手段３３、ステージ
３４は省略され、第１図に示した部材と同等の機
能を有する部材には同一の番号を付した。

照射光学系１０と集光光学系２０とは第１実施
例と同一であり、照射光学系１０中の照射対物レ
ンズ１４と絞り１３との間に第１ダイクロイツク
ミラー４１が斜設され、集光光学系２０中の集光
対物レンズ２１と４分割受光素子２２との間に第
２ダイクロイツクミラー４１′が斜設されている。
第２の光源４２は照射光学系１０中の光源１１と
は異なる光を発生し、この光は投影対物レンズ１
によつてウエハ３を焼付露光するための光とも異
なる第３の光である。第２の光源４２からの光束
はコンデンサーレンズ４３により線条開口を有す
る絞り４４上に集光され、コリメーターレンズ４
５により平行光束となつて第１ダイクロイツクミ
ラー４１に達する。第１ダイクロイツミラー４１
で反射さた平行光束は、照射対物レンズ１４によ
りその焦点位置に集光されウエハ３で反射された
後集光対物レンズ２１に入射する。集光対物レン
ズ２１を通り第２ダイクロイツクミラー４１′で
反射された光束はコンデンサーレンズ４６、振動
ミラー４７を介して線条開口を有する絞り４８を
通りその後方に隣接する第２の受光素子４９上に
集光される。

ここで、ウエハ３が照射対物レンズ１４及び集
光対物レンズ２１との両者の焦点位置に合致して
いる場合には、集光対物レンズ２１を射出する光
束は平行光束になり、線条開口を有する絞り４８
上に絞り４４の線条開口像が形成される。振動ミ
ラー４７は絞り４４及び４８の線条開口に直角な
方向で光束を振動させる機能を有する。絞り４４
の像はコリメーターレンズ４５及び照射対物レン
ズ１４によりウエハ面上に投影され、またウエハ
面は集光対物レンズ２１とコンデンサーレンズ４
６とに関して絞り４８と共役になるように配置さ
れるならば、各レンズのパワーは任意であり、コ
リメーターレンズ４５とコンデンサーレンズ４６
を削除することも可能である。これら焦点検出機
構については、特開和56―42205号公報等に詳述
されており、自動合焦も可能である。

第２図においては、水平位置検出用光束を実線
で、また焦点検出用の光束を破線で示した。

尚、自動合焦用の光は水平位置検出用の光と異
なる光を用い、４分割受光素子２２と受光素子４
９とは異なる感度特性を有することが望ましく、
これにより両者を同時に機能させても互いの信号
を独立に扱うことができる。しかし、両者を同時
に機能させない場合には、同一波長の光であつて
もよい。この場合、第１及び第２ダイクロイツク
ミラー４１，４２はそれぞれ半透過鏡等のビーム
スプリツタを用いればよい。いずれにしろ、照射
対物レンズ１４と集光対物レンズ２１とがそれぞ
れ水平位置検出と焦点位置検出との２つの機能に
兼用されており、ウエハ３に関して焦点検出の場
合には両対物レンズの間の光束が結像系であるの
に対し、水平位置検出の場合には平行系であるこ
とが特徴である。

〔発明の効果〕

以上のごとく本発明によれば、縮小投影対物レ
ンズによるウエハの露光領域など、主対物レンズ
と所定の共役関係に形成される部分領域を、主対
物レンズの光軸に対して正確な垂直位置に設定さ
れていることを非接触で容易に検出することがで
きる。そして、平行光束が照射される部分領域に
微小な凹凸があつてもこの部分領域の平均的平面
が主対物レンズ光軸に対して垂直に配置できるた
め、主対物レンズの許容焦点範囲が非常に狭い場
合にもこの部分領域全体にわたつて最良の像を得
ることができる。しかも、本発明の構成によれ
ば、水平位置検出用の２つの対物レンズ１４と２
１が、焦点検出用に共用されるため、２つの検出
光学系を簡単に構成でき、投影対物レンズ１の周
囲を複雑化することがない。特に、集積回路製造
用の縮小投影型露光装置では、ウエハの全体的位
置合わせのための複数本の顕微鏡や、ウエハの自
動搬送機構が投影対物レンズの周囲に設けられて
いるため、新たな光学系のための光路を設けるこ
とは空間的に大きな制約を受けるが、本発明によ
る水平位置検出装置では、従来の自動合焦機構の
光学系を組み込むことができるため極めて有用で
ある。

尚、本発明は実施例に示した縮小投影型露光装
置に限らず、顕微鏡にも用いることができること
はいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における水平位置検出光学系を
縮小投影型露光装置に適用した概略構成を示す光
路図、第２図は水平位置検出光学系と焦点位置検
出光学系とを組み合わせた本発明の構成の概略を
示す光路図である。 〔主要部分の符号の説明〕１……主対物レン
ズ、１０……照射光学系、２０……集光光学系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検面上の所定の領域を所定の共役関係に形
   成するための主対物レンズと、該主対物レンズの
   光軸外から前記被検面上へ平行光束を供給するた
   めに光源と照射対物レンズとを有する照射光学
   系、及び該照射光学系から供給され前記被検面上
   で反射される光束を第１受光素子上へ集光するた
   めの集光対物レンズを有する集光光学系を設け、
   該両光学系の光軸を前記主対物レンズの光軸に関
   して対称に配置し、前記照射光学系による前記被
   検面上への平行光束の照射領域は前記主対物レン
   ズによつて所定の共役関係に形成される前記被検
   面上の共役領域とほぼ同じ大きさであるととも
   に、前記照射対物レンズと前記光源との間に第１
   ビームスプリツタ―を斜設し、該第１ビームスプ
   リツターと前記照射対物レンズとを介して前記共
   役領域へ所定形状のパターンを投射し、また前記
   集光対物レンズと前記第１受光素子との間に第２
   のビームスプリツターを斜設し、該第２ビームス
   プリツターを介して前記共役領域に投射され反射
   された所定形状のパターンを第２の受光素子上に
   集光し、該第２受光素子の出力信号により前記被
   検面の前記主対物レンズの光軸上での位置検出を
   行ない、前記第１受光素子の出力信号により前記
   共役領域の前記主対物レンズの光軸に対する垂直
   からの傾き検出を行なうことを特徴とする水平位
   置検出装置。 ２ 前記被検面は前記主対物レンズによつて所定
   のパターンが投影露光されるウエハであり、前記
   照射光学系による前記ウエハ面上への平行光束の
   照射領域は前記主投影対物レンズによつて前記所
   定のパターンが投影される露光領域の大きさとほ
   ぼ同じ大きさであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の水平位置検出装置。