JPH02199815A - 投影露光装置及び投影露光方法 - 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、例えば半導体集積回路の製造等に用いられる
投影露光装置に関するものであり、特に焦点合せ手段の
改良に関するものである。

［従来の技術］ 近年の集積回路の高集積化に伴って、半導体集積回路の
製造に用いられる投影露光装置も、高解像力の縮小投影
レンズを備え、ウェハ上の複数の露光領域にレチクルに
形成されたパターンの像を順次縮小投影するいわゆるス
テッパーが主流となっている。

かかる投影露光装置は、焦点合せのための手段として、
投影レンズ直下にある露光領域の光軸中心における表面
の高さを検出するＺセンサとウェハを上下移動させるＺ
ステージを備え、第３図に示される如くｚセンサによる
高さの検出点Ｐ″が投影レンズの結像面（図では点線で
示す）上に位置するようにクエへの光軸方向の位置決め
を行なっていた。

また、投影レンズ直下の露光領域の投影レンズの光軸に
対する平均的な傾斜を検出し、露光領域表面と結像面が
ほぼ平行になるようにクエへの傾きを調節する傾斜調節
手段を有する装置もあった。

［発明が解決しようとする課Ｒ］ しかし、上記の如き従来の技術に於いては、露光領域の
局部的な一点で検出した高さを基準として、この高さが
投影レンズの結像面の高さと一致するようにクエへを上
下動して位置決めしていため、高さ検出点（光軸中心）
以外の露光領域表面がウニへの凹凸、曲りなどによって
結像面から外れるということに対しては何等対処するこ
とができなかった。即ち、ウニ八表面の線形な傾斜成分
については前述した傾斜調節手段により調節が可能であ
ったが、ウニ八表面の非線形な曲りや凹凸による焦点外
れについては避けることができなかった。

本発明はこの様な従来の問題点に鑑みてなされたもので
、露光領域表面に曲りや凹凸がある場合でも鮮明な像を
投影転写することのできる投影露光装置を提供すること
を目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、光源から射出された光を第１物体（レチク
ル）に照射する照射光学系と、第１物体に形成されたパ
ターンの像を所定の位置に結像させる投影光学系と、複
数の露光領域を有する感光性の第２物体（ウェハ）の所
定の露光領域が前記投影光学系の直下に位置するように
第２物体を投影光学系の光軸と直交する方向に移動させ
る移動手段（ＸおよびＹステージ）と、第２物体の投影
光学系直下に位置する露光領域表面の所定の基準点の高
さに対応する値を検出する高さ検出手段（Ｚセンサ）と
、この高さ検出手段によって検出された値に基づいて、
前記基準点が前記投影光学系の結像面上に位置するよう
に第２物体の高さを調節する高さ調節手段（Ｚステージ
）とを備え、第２物体の複数の露光領域に第１物体のパ
ターンの像を順次投影転写する投影露光装置において、
第２物体の投影光学系直下に位置する露光領域の投影光
学系の光軸に対する平均的な傾きに対応する値を検出す
る傾斜検出手段（ティルトセンサ）と、この傾斜検出手
段によフて検出された値に基づいて、投影光学系直下に
位置する露光領域表面が投影光学系の結像面に対してほ
ぼ平行となるように第２物体の光軸に対する角度を調節
する傾斜調節手段（ティルトステージ）と、第２物体の
それぞれの露光領域表面の高さ分布に対応するデータを
、投影光学系の、直下に位置する前に予め露光領域毎（
ウェハ上の全ての露光領域、又はそのうち代表的ないく
つかの領域）に検知する高さ分布検知手段（形状センサ
）と、この高さ分布検知手段によって検知されたデータ
を露光領域毎に記憶する記憶手段（メモリ）と、この記
憶手段に記憶された高さ分布データに基づいて、前記傾
斜調整手段によって第２物体の傾斜を調整した後の投影
光学系直下の露光領域表面と投影光学系の結像面との平
均的なＩＮ差が最少となるように、第２物体の高さを調
節した場合における投影光学系直下の露光領域表面の前
記基準点の高さに対応する値を算出する演算手段（ＣＰ
Ｕ：中央処理装置）と、この演算手段によって算出され
た基準点の高さと投影光学系結像面の基準点に対応する
点の高さとの差分を、高さ検出手段によって検出された
基準点の高さに対応する値に対して補正する補正手段（
フォーカスコントローラ）とを備えたことによって、上
記の課題を達成している。

なお、本発明で検出する高さや光軸に対する傾きは高さ
や傾き自体である必要はなく、高さや傾きに対応する値
であれば良いものであるが、以下の説明では便宜上単に
高さ（または傾き）の検出という。

［作　用］ この発明においては、露光領域表面の高さ分布データを
予め検知して露光領域毎に記憶しておき、この高さ分布
データに基づいて、投影光学系直下の露光領域表面と投
影光学系の結像面との平均的な偏差が最少となるように
露光対象の高さ調節を行なった場合の基準点の高さを算
出する。そして、算出された基準点の高さと投影光学系
結像面上のこの基準点に対応する点の高さとの差分を、
高さ検出手段によって検出された基準点の高さに対して
補正する。

即ち、本発明では従来のように高さを検出した局部的な
検出域が投影光学系の結像面上に位置するように制御す
るのではなく、露光領域表面の曲りや凹凸も検知した上
で露光領域表面と投影光学系の結像面との平均的な偏差
が最少となるように、露光対象物の光軸方向の位置ぎめ
を行なっているので、露光領域表面の凹凸等による部分
的な焦点外れを回避することがでミる。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例を示すブロック図である０図に
おいて、レチクル２には露光対象であるウェハ５上に転
写する所定のパターンが形成されており、光源から射出
された光が照射光学系（図示せず）によりレチクル２に
照射されると、レチクル２のパターンの像は投影レンズ
３によって所定の位置に結像される。

一方、レチク２のパターンが投影転写されるべき複数の
露光領域を有するウェハ５は、ウェハホルダ６に保持さ
れており、ＸおよびＹステージ９．１０によってＸＹ方
向（投影レンズの光軸と直交する方向）に移動可能とな
っているとともに、ティルトステージ７及びＺステージ
８によって投影レンズ３の光軸（以下単に光軸という）
に対する傾きの調節あるいは上下方向（光軸方向）の８
動が行なわれるようになっている。

ここで、ウェハ５を載置するステージのＸ、　Ｙ方向の
位置はレーザ干渉計（第１図では計測用のビーム１１の
みを示す）によって検出され、その値は装置全体の動作
を制御するＣＰＵ　（中央処理装置）１２に送られる。

そして、ＣＰＵ１２はウェハ５の所定の露光領域（ショ
ット）が投影レンズ３の直下に位置するようにＸ、Ｙ方
向の移動量を算出し、Ｘ、Ｙステージ９．１０を駆動す
る駆動手段１６．１７に信号を送る。これにより、ウェ
ハ５のＸ、Ｙ方向の位置決めがなされる。

また、ウェハ５の投影光学系３直下の露光領域について
、表面の基準点（実施例では光軸中心）における高さが
Ｚセンサ４によって検出されるとともに、不図示のティ
ルトセンサによって露光領域の光軸に対する平均的な傾
きが検出される。高さの検出結果は、露光領域表面の高
さと結像面の高さとが一致するようにサーボ制御するフ
ォーカスコントローラ１４に送られ（後述）、傾きの検
出結果は、前出のＣＰＵ１２に送られる。ＣＰＵ１２は
投影レンズ３直下の露光領域表面と投影レンズ３の結像
面がほぼ平行となるような傾斜調節量を算出し、ティル
トステージ７の駆動手段１５に信号を送る。これにより
、ウェハ５の傾きが調節される。

かかる装置の露光動作は、いわゆるステップ・アンド・
リピート方式で行なわれ、ウェハ５の移動−位置決めと
露光が交互に繰り返される０本実施例では各露光領域に
ついて投影レンズ３直下に位置する前に予め形状センナ
１（詳細後述）によって表面の高さ分布が検知され、高
さ分布データは露光領域毎にメモリ１３に記憶される。

そして、ＣＰＵ１２ではこの高さ分布データに基づいて
、露光領域表面と結像面が平行になるようにウェハ５の
傾きを調節した後の露光領域表面と結像面のずれが最少
となるような基準点（Ｚセンサでの高さ検出点）の高さ
が算出され、さらに算出された基準点の高さと結像面の
対応する点の高さの差分（Ｚ補正量と呼ぶ）が算出され
る。このＺ補正量は各露光領域毎に算出され、露光位置
に位置決めされた露光領域のＺ補正量がフォーカスコン
トローラ１４に送られる。

フォーカスコントローラ１４では、ＣＰＵ１２で算出さ
れたＺ補正量を前述したＺセンサ４で実際に検出した値
に対して補正し、補正された基準点の高さと結像面の対
応する点の高さが一致するか否かを判断してＣＰＵ１２
に信号を送る。ＣＰＵ１２では、フォーカスコントロー
ラ１４からの信号に応じて補正された基準点の高さと結
像面の対応する点の高さとの差が零となるようなＺステ
ージ８の穆動量を算出してを駆動手段１６に信号を送る
。即ち、これにより、露光領域表面と結像面のずれが平
均的に最少となるようにウェハ５の光軸方向の位置決め
がなされることになり、Ｚセンサでの高さ検出点（基準
点）からＺ補正量だけ離れたところに結像面が位置する
ことになる。

次に、ウェハ５の光軸方向の位置決め動作についてさら
に第２図ａ、ｂを用いて詳しく説明する。まず、本発明
では未露光の露光領域表面の高さ分布が形状センサｌに
よりて検知される。形状センサ１としては、例えば局所
的な１点の高さを測定するセンサが考えられ、このよう
な形状センサ１によって露光領域表面の高さが一定間隔
でサンプリング計測される。第２図ａではこの計測デー
タが火点で示されている。なお、図では１次元方向の断
面のみを示したが、言うまでもなく実際には２次元的な
データの配列が得られ、メモリ１３に記憶される。そし
て、メモリ１３に記憶された高さ分布データに基づいて
ＣＰＵ１２で補間計算が行なわれ、計測していない部分
の高さが推定される。図には補間計算によって推定され
たウェハ５表面が実線で示されている。

次に、露光領域表面が投影レンズ３の結像面とほぼ平行
になるように、ウェハ５の傾斜を調節した後の露光領域
表面の高さ分布をＣＰＵ１２で算出する。ここで、投影
レンズ３の結像面の高さ及び形状（高さ分布）は予め求
められており、第２図すでは点線で示されている。なお
、図では結像面が平面として示されているが、曲面であ
ってもかまわない。

そして、第２図すに示されるように、傾斜調節後の露光
領域表面と投影レンズの結像面との平均的な偏゛差が最
小となる場合における露光域表面の基準点Ｐと結像面の
対応する点との高さの差分がＺ補正量（図中△Ｚｃ）と
して算出される。この２補正量がＺセンサ４での検出値
対して補正され、フォーカスコントローラ１４では補正
された値に基づいて露光表面の高さの適・否が判断され
る。

即ち、本発明では第２図すに示される如く、投影レンズ
直下の露光領域の基準点Ｐが結像面からΔＺｃ［れたと
ころに位置するようにウェハ５の光軸方向の位置ぎめが
行なわれ、この状態で露光領域表面と結像面が誤差最少
で一致していることになる。

なお、上記の実施例では、高さ分布を検知する形状セン
サとして局所的な１点の高さを測定するセンサを用いた
が、これにに限らず、例えばモアレトポグラフィを応用
したセンサなどを用いても良い、この場合には、一定の
検出領域（例えば１露光領域）全体の高さ分布を一度に
検出することが可能であり、補間計算の必要がない、ま
た前述のＺセンサを複数個、並置して一度に数個所の高
さを検知するようにしても良い、このようにすれば、計
測及び演算時間が短縮され、生産性の向上を図ることが
できる。

また、本発明において露光領域表面の高さ分布を検知す
るにあたっては、必ずしも全ての露光領域についてＺセ
ンサ等で高さを実測する必要はない。即ち、ウェハ上の
幾つかの露光領域について表面の高さをサンプリング計
測し、その値から実測していない露光領域の高さ分布を
補間計算によって求めても良い。

［発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、投影光学系直下の露光領域
表面と投影光学系の結像面の平均的な偏差が最少となる
ように露光対象の光軸方向の位置決めされるので、露光
領域表面にうねりや凹凸があフてもその部分が結像面か
ら大きく外れるということがない、即ち、本発明によれ
ば、焦点合せ余裕（フォーカス・マージン）を実効的に
大きくすることができ、露光領域全体に鮮明な像を投影
転写することができる。

かかる投影露光装置を集積回路の製造に用いれば、微細
な回路パターンのを精度良く形成するとが可能となり、
集積回路の歩留りの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成を示すブロック図、第２図
ａ、ｂは本発明実施例の光軸方向の位置決め動作を説明
する模式図で、第３図は従来例を説明する模式図である
。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・形状センサ（高さ分布検知手段）２・・・レチ
クル（第１物体） ３・・・投影レンズ（投影光学系） ４・・・Ｚセンサ（高さ検出手段） ５・・・ウェハ（第２物体） ７・・・ティルトステージ（傾斜調節手段）８・・・Ｚ
ステージ（高さ調整手段） ９・・・Ｘステージ、　１０・・・Ｙステージ（８動手
段）１２・・・ＣＰＵ　（演算手段） １３・・・メモリ（記憶手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源から射出された光を第１物体に照射する照射光学系
   と、 前記第１物体に形成されたパターンの像を所定の位置に
   結像させる投影光学系と、 複数の露光領域を有する感光性の第２物体の所定の露光
   領域が前記投影光学系の直下に位置するように第２物体
   を投影光学系の光軸と直交する方向に移動させる移動手
   段と、 前記第２物体の投影光学系直下に位置する露光領域表面
   の所定の基準点の高さに対応する値を検出する高さ検出
   手段と、 該高さ検出手段によって検出された値に基づいて、前記
   基準点が前記投影光学系の結像面上に位置するように前
   記第２物体の高さを調節する高さ調節手段とを備え、 前記第２物体の複数の露光領域に前記第１物体のパター
   ンの像を順次投影転写する投影露光装置において、 前記第２物体の投影光学系直下に位置する露光領域の前
   記投影光学系の光軸に対する平均的な傾きに対応する値
   を検出する傾斜検出手段と、該傾斜検出手段によって検
   出された値に基づいて、前記投影光学系直下に位置する
   露光領域表面が前記投影光学系の結像面に対してほぼ平
   行となるように前記第２物体の光軸に対する角度を調節
   する傾斜調節手段と、 前記第２物体のそれぞれの露光領域表面の高さ分布に対
   応するデータを、前記投影光学系の直下に位置する前に
   予め露光領域毎に検知する高さ分布検知手段と、 該高さ分布検知手段によって検知されたデータを露光領
   域毎に記憶する記憶手段と、 該記憶手段に記憶された高さ分布データに基づいて、前
   記傾斜調整手段によって第２物体の傾斜を、調整した後
   の投影光学系直下の露光領域表面と前記投影光学系の結
   像面との平均的な偏差が最少となるように、前記第２物
   体の高さを調節した場合における投影光学系直下の露光
   領域表面の前記基準点の高さに対応する値を算出する演
   算手段と、 該演算手段によって算出された基準点の高さと前記投影
   光学系結像面の該基準点に対応する点の高さとの差分を
   、前記高さ検出手段によって検出された基準点の高さに
   対応する値に対して補正する補正手段とを有することを
   特徴とする投影露光装置。