JPH02126629A - 投影露光装置 - 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】 く産業上の利用分野） 本発明は投影露光装置に関し、特にＩＣ，ＬＳＩ等の集
積回路の製作において、マスク若しくはレチクル面上の
パターンを投影光学系によりウニへ面上に高精度にかつ
高速に焦点合わせをして投影露光する際に好適な投影露
光装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、微細な回路パターンを露光転写する装置として縮
小型の投影露光装置（所謂ステッパー）かＩＣやＬＳＩ
等の半導体装置の生産現場に多数使用されてきた。この
縮小型の投影露光装置はレチクル（マスク）に描かれた
回路パターンの像を投影光学系により縮小して半導体ウ
ェハ上のフォトレジスト（感光剤）の層に露光するもの
である。

最近は、投影露光装置における焼付パターンの更なる微
細化が要求されている。

従来より知られた関係として焼付パターンの線幅なＷ、
その焦点深度なｄ、露光波長をλ、投影光学系の開口数
をＮＡとするとき Ｗ＝に、λ／ＮＡ ｄ＝に２λ／　（ＮＡ）　２ （但し、ｋ、、に２は定数） なる関係が成立する。

この為、焼付パターンの線幅の微細化の為に波長を短く
、又は開口数を大きくすると、それに伴い焦点深度か比
例、又は２乗に比例して小さくなってくる。そうすると
、例えば次のような原因による焦点位置変動が大きな問
題点となってくる。

即ち、投影光学系が屈折系であるとき硝材の屈折率が周
囲の温度や空気の気圧等の変化により変わり焦点位置が
変動してくる。

又、近年エキシマレーザ−を光源とする投影露光装置か
種々と提案されているが、このうちスペクトル幅の狭帯
域化を図ったエキシマレーザ−の場合には発振波長が静
時的に変化し、これにより焦点位置か変動してくる。

このような問題点を解消する為には、露光の直前に露光
光によって焦点位置の検出を行い、その都度調整すれば
良いが、最近のレジストプロセスでは多層レジストが露
光光を吸収する性質を有している為、焦点検出に伴う信
号を効果的に検出するのか難しくなっている。

この為、精度良く焦点位置を検出し、高い解像力の焼付
パターン像を得るのが大変困難になっている。

更に高精度の焦点位置検出を行う為には多数回のデータ
をとり込み平均化する等の操作を必要とする為、時間か
かかり、ステッパーとしての重要な一ファクターである
スループット（生産歩留り）を砥ドさせる原因にもなっ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はレチクル面上のパターンを投影光学系を介して
ウニ八面上に投影し、露光する際、周囲の温度や気圧等
の環境条件が変化し、又、光源の発振波長か多少変動し
、焦点位置の変動があっても常に高精度で、かつ高速に
焦点位置にウェハを位置させることができ、高い解像力
が容易に得られる投影露光装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） ウェハを保持した保持具を可動ステージ上に載置し、マ
スクのパターンを投影光学系を介してウェハ上に投影す
る投影露光装置において、前記ウェハ又は前記保持具上
に形成した基準面に対する前記ウェハ上の所定チップの
高さを検出する第１検出手段と前記投影光学系の像面位
置を前記基準面を用いて検出する第２検出手段とを有し
、前記保持具を前記可動ステージに載置する前に前記第
１検出手段による検出を行ない、前記保持具を前記可動
ステージに載置して前記第２検出手段による検出を行な
い、面記第１及び第２検出手段からの信号に基づいて前
記ウェハのチップを前記投影レンズの像面に位置付ける
ことである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係る投影露光装置の全体の
概略図である。同図°において、照明光学系１を発した
光は第１の物体として回路パターン等が形成されている
レチクル２を照射し、そのパターンを投影光学系３によ
って第２の物体としてのウェハ５上に転写する。ウェハ
５は感光体としてレジストが塗布されており、又保持治
具であるウェハーチャック４上に固定されている。ウェ
ハーチャック４はその一部に基準面１０が設けられてお
り、ＸＹＺ方向に自由に移動可能なＸＹＺステージ（以
下「露光ステージ」という。）６上に固定されている。

露光ステージ６は定盤７上に設置されている。

本実施例では照明光学系１から定盤７に至る各要素より
露光系を構成している。

定盤７上又は別に設けた定盤上には該定盤上とＸＹＺ方
向に自由に移動可能な別の露光及び計測用のＸＹＺステ
ージ（以下「計測ステージ」という。）が配置されてい
る。

同図のウェハーチャック４及びウェハ５は最初は計測ス
テージ８上にセットされている。そして計測ステージ８
上にセットされた状態で第１の高さ検出手段であるレー
ザ測長器１４によってウェハーチャック４上の基準面１
０に対してウェハ５上の各チップ又は任意チップの高さ
を計測し、そのときの計測データをメモリ１３０に記憶
している。

レーザ測長器１４の発振波長はウェハ５面上に塗布した
フォトレジストが感光しない波長となるように設定して
いる。又ウェハーチャック４上の基準面１０は計測精度
を高める為にウェハ５と略凹−の高さとなるように、例
えば金属薄膜や金属板等を付して構成している。

次に本実施例では真空吸着や静電気等の手段によってウ
ェハ５をウェハーチャック４に吸着したまま露光系の一
部である露光ステージ６上に移動している。そして所定
面上に位置するように合焦操作を行っている。このとき
第２の高さ検出手段１００により基準面１０を利用して
高さ検出に相当する合焦操作を行っている。

合焦操作としては、例えばレチクル２上の露光可能領域
（回路パターン）内又はその境界線上に設けた合焦用の
マーク９と基準面１．０とを利用して行っている。該マ
ーク９は例えばピンホールから成っており、露光波長で
ある照明光学系１からの光が通過し、投影光学系３によ
ってウェハーチャック４上の基準面１０の近傍に結像す
る。そして基準面１０で反射した光は再び投影光学系３
でマーク９近傍に再結像する。このときＺステージを移
動させながら合焦状態を検出するが、レチクル２と基準
面ｌＯが完全に合焦状態となったとき、どンホール９を
通過する光量は最大となる。

本実施例ではこのときの光量をＺステージを駆動させな
がらハーフミラ−１１と集光レンズ１２を用いて検出器
１３により検出し、コントローラ１１０へ人力するよう
にしている。コントローラ１１０ては光量が最大になっ
た時の位置でステージ６が止まるように、ドライバ１２
０を介してステージ位置（Ｚ方向）を制御する。

このようにウェハーチャック４上の基準面１０に対する
合焦操作を行い、ドライバ１２０によりステージ６をＸ
−Ｙ面内で移動させてウェハ面上の各チップを順次露光
位置に移動させる。そして先に計測ステージ８上で計測
し、メモリー１３０に記憶しておいたウェハ５面上の基
準面１０に対する各チップの高さ情報をコントローラ１
１０に入力し、これに基づいて各チップが合焦位置にく
るようにステージ６のＺステージをドライバ１２０で駆
動させ、その後露光を行っている。

又、先に計測ステージ８上でウェハ５の全チップについ
て計測を行なわなかった場合は、計測を行なわなかった
チップの高さは計測を行った複数のチップの高さ情報か
ら補間法を用いて求めるようにしている。

第２図に以上の各シーケンスのフローチャートを示す。

本実施例においては第１図に示す実施例の他に次のよう
な変形例も適用可能である。

（イ）基準面をウェハーチャック上の一部に設ける代わ
りに第３図に示すようにウェハ５のフォトレジストが施
されていない領域、又はウェハ上のフォトレジストを露
光して現像し、アブレーション等の手段により一部の領
域若しくは複数領域のラオトレジストを消去し、該領域
３１に基準面を設けても良い。

この場合、一般に精度を出すために重くて大型のウェハ
ーチャックをつけたままウェハを移動させずに済むとい
う利点がある。

（ロ）露光ステージ６上及び計測ステージ８上での合焦
操作及び高さ計測の方法は、前述の方法以外の公知のさ
まざまな方法を応用することができる。例えば基準面上
及びウェハのチップ上にマークを設は該マークの結像状
態のコントラストを利用するようにしても良い。このよ
うにマークを設ける場合は、該マークを利用して同様の
方法でマスクとウェハのＸＹ力方向位置合わせにも通用
することかできる。

この際、ウェハ上の全チップを計測するタイ・パイ・タ
イアライメント方法や、一部のチップのみ計測し、他の
チップは計測したチップの計測値から補間するグローバ
ル・アライメント方法等を採ることができる。

いずれの場合も露光ステージ上の合焦は露光波長若しく
は露光のときと同一の光源を用い、計測ステージ上の高
さ計測は該ウェハに塗布されたフォトレジストに実質的
に感光しない波長を用いて行うようにしている。

（ハ）本発明は計測ステージと露光ステージとが別個に
存在している、所謂オフラインでシステムが成立するこ
とを特徴としているので、１台の計測ステージから複数
の露光ステージにウェハな供給することができ、また逆
に１台の露光ステージか複数の計測ステージからウェハ
の供給を受けるように構成することもできる。尚、この
ときのステージの台数の比はそれぞれの処理時間で決定
される。

（発明の効果） 本発明によれば航速の如くウェハ面上の各チップの高さ
計測をフォトレジストの非感光光で行うことにより、フ
ォトレジストの吸収や感光といった問題点を解決し、又
基準面の合焦を投影光学系を介して露光光で、即ち本露
光のときと全く同じ条件で行うことにより、環境温度や
気圧の変動、そして光源の発振波長の変動によるピント
変化を補正した状態で合焦操作を行うことかでき高い解
像力を有した投影露光装置を達成することができる。

又本発明ではウニへ面−Ｆの各チップの基準面に対する
計測をオフラインで行い、露光系では基準面の合焦状態
のみを検出する方法をとることにより、高速な合焦が出
来、スループットの向上な図ることかできる等の特長を
有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図は第１
図に示す実施例のフローチャート、第３図は本発明の他
の実施例の一要素であるウェハ面上の説明図である。 図中、１は照明光学系、２はレチクル、３は投影光学系
、４は保持治具、５はウェハ、６は露光ステージ、７は
定盤、８は計測ステージ、９は合焦用のマーク、１０は
基準面、１４は第１の高さ検出手段、１００は第２の高
さ検出手段、１１はハーフミラ−１１２は集光レンズ、
１３は検出器である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハを保持した保持具を可動ステージ上に載置
   し、マスクのパターンを投影光学系を介してウェハ上に
   投影する投影露光装置において、前記ウェハ又は前記保
   持具上に形成した基準面に対する前記ウェハ上の所定チ
   ップの高さを検出する第１検出手段と前記投影光学系の
   像面位置を前記基準面を用いて検出する第２検出手段と
   を有し、前記保持具を前記可動ステージに載置する前に
   前記第１検出手段による検出を行ない、前記保持具を前
   記可動ステージに載置して前記第２検出手段による検出
   を行ない、前記第１及び第２検出手段からの信号に基づ
   いて前記ウェハのチップを前記投影レンズの像面に位置
   付けることを特徴とする投影露光装置。
2. （２）前記基準面を前記保持具に形成したことを特徴と
   する請求項１記載の投影露光装置。
3. （３）前記基準面を前記ウェハ上に形成したことを特徴
   とする請求項１記載の投影露光装置。
4. （４）前記基準面は前記ウェハ上の所定部分のフォトレ
   ジストを除去して形成することを特徴とする請求項３記
   載の投影露光装置。
5. （５）前記基準面は前記ウェハ上のフォトレジストが塗
   布された所定部分に形成されることを特徴とする請求項
   ３記載の投影露光装置。
6. （６）前記第２検出手段は、前記マスクパターンの投影
   に用いる露光光とほぼ波長が同じ光を用いることを特徴
   とする請求項１記載の投影露光装置。