JPH02207520A - 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） 本発明は露光袋１置に関し、特にＩＣ，ＬＳＩ等の半導
体集積回路の製作において、マスク若しくはレチクル等
の第１物体面上の回路パターンを投影光学系によりウェ
ハ等の第２物体面上に高鯖度に焦点合わせなして投影露
光する際に好適な自動焦点制御手段を有した縮少投影型
の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
小投影型の露光装置（所謂ステッパー）がＩＣやＬＳＩ
等の半導体製造装置の生産現場に多数使用されてきた。

この縮小型の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ウェハ上
のフォトレジスト（感光剤）の層に投影露光するもので
ある。

最近は、投影露光する回路パターンの更なる微細化及び
高集積化に伴い、より高分解能、高精度な投影露光ので
きる露光装置が要求されている。

一般に投影露光する回路パターンの焼付は線幅の微細化
の為に例えば露光光の波長を短く、又は投影光学系の開
口数を大きくすると、それに伴い焦点深度が比例、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
投影光学系を構成する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（ビット面）が変
動してくるという問題点が生じてくる。

又ウェハは平面加工技術の点からある程度の厚さと曲り
のバラツキを有している。通常ウェハの曲りについては
平面度１μｍ以下に加工されたウェハーチャック面上に
ウェハを吸着固定することにより平面矯正を行っている
。しかしながらウェハに厚さのバラツキがあるときはこ
れを矯正することができない。

そこで従来は投影光学系と所定の位置に関係づけたビッ
ト検出器を露光装置内の一部に設け、投影光学系のビッ
ト面は固定のものとして、その位置にウニへ面がくるよ
うにして位置決めを行っていた。

このビット検出器を用いた位置決め方法は間接的にビッ
ト面を検出するものであり、直接的にビット面を検出し
ていない。この為、例えば温度変動や気圧変動等の要因
によりビット検出器の取付面から実際に投影された回路
パターン像面までの機械的な距離及び投影光学系のビッ
ト面か変化したり又、露光光の吸収により投影光学系の
光学的性質が変化し、ビット面が変動したりして高い焼
付は解像力を得るのが大変難しいという問題点があった
。

特にこのような問題点は露光光としてｇ線を用いた露光
装置はもとより例えば波長２４８ｎｍの光を放射するエ
キシマレーザ−を用いた露光装置においては、より重要
な問題点となフている。

（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投影光学系の焦点位置が変動したり
、又ウェハに厚さや曲り等のバラツキがあっても常に高
精度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） 第１物体面のパターンを投影光学系を介して第２物体面
上に投影露光する露光装置において、該第２物体面の高
さを検出する第１検出手段と該投影光学系による該第２
物体面上のビット位置検出用のパターンの該第１物体面
近傍への逆投影像のビット位置を検出する第２検出手段
と該第１、第２検出手段からの出力信号を利用して、該
第２物体面の該投影光学系の光軸方向の最適位置を求め
る演算手段と該演算手段からの出力信号に基づいて該第
２物体の位置制御を行う補正駆動手段とを有しているこ
とである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の露光装置の要部概略図であ
る。

同図において１１は光源で例えばエキシマレーザ−Ｈｅ
−Ｃｄレーザー、超高圧水銀灯等である。光源１１から
の直線偏光の光束はミラー１０．９で反射させた後、照
明系８に入射している。照明系８はミラー９からの光束
を偏光ビームスプリッタ−７を介して第１物体としての
レチクル又はマスク（以下「レチクル」という。）を°
照射している。そして該レチクル１面上の回路パターン
を投影光学系３によって第２物体としてのウェハ２面上
に投影露光している。

ウェハ２面上には感光体としてのレジストが塗布されて
七り、ウェハチャック４により吸着支持されている。こ
のとき偏光ビームスプリッタ−７は照明系８からの所定
方向に振動している直線偏光の光束は効率よく反射させ
る。５は補正駆動手段としてのθ−Ｚ−ｔｉＩＬｔステ
ージであり、ウェハチャック４を投影光学系３の光軸方
向であるビット方向（Ｚ方向）と傾き及び回転方向に駆
動制御している。６はＸＹステージであり、ウエハチャ
ック４をＸ方向とＹ方向に駆動制御している。

１０１は第１検出手段であり、ウェハ２面の高さ方向の
検出用の光束を発する投光部１２と被測定面からの反射
光を受光する受光部１３とを有しており、ウェハ２面の
Ｚ方向の高さを検出している。

このときの高さ方向（２方向）の検出方法としては例え
ば特開昭６２−１４０４１８号公報で示したような方法
により行っている。

即ちウェハ２面上からの光束の反射点と受光素子（ＣＣ
Ｄ）上の入射点とが結像関係となるようにし、ウェハ２
の上下方向の位置ずれを受光素子面上に入射する光束の
入射位置として検出し、これにより高さ方向の位置を検
出している。

１４は第２検出手段であり、投影光学系３によるウニ八
面上のパターンのレチクル１近傍に逆投影された像のビ
ット位置を検出している。第２検出手段１４は例えば第
２図に示すような構成より成っており、このような検出
手段が投影光学系３の光軸に対称に４つ、かつレチクル
と平行面内で移動可能に設けられている。但し、４つで
なくともよい。３つ以上あればよい。

第２図において２２はレチクル１面上のパターン面であ
る。１５は結像レンズ、１６．１７は各々ハーフミラ−
１８〜２０は各々撮像素子であり、例えば固型のＣＯＤ
等から成っている。

２１は各々レチクル面上のパターン面２２の結像レンズ
１５による結像位置を示している。即ちＣＯＤ　１８は
結像レンズ１５を介してパターン面２２と共役の関係に
あり、ＣＣＤ　１９は結像レンズ１５による後ビンの位
置にあり、ＣＯＤ　１　Ｂは逆に前ビンの位置にあり、
各々所定量オフセットして配置されている。

第３図（Ａ）はレチクル１の要部平面図である。図中２
４は有効画面範囲、２５は実素子回路パターン領域であ
る。２６，３４，３５．３６は各々レチクル面上の透明
領域であり、例えばウェハ面２上のスクライプライン上
に設けた第３図（Ｂ）に示すようなパターンが逆投影さ
れ、透過する領域に相当している。そして透明領域２６
゜３４．３５．３６は投影光学系３の光軸に対称に配置
されている４つの第２検出手段１４に各々対応して設け
られている。

第２図に戻って、４１は照明用レンズであり、４２は導
光用の光ファイバーであり、４５はハーフミラ−である
。そして第１図に示す光路切換ミラー４３により露光と
同一波長の照明光が導入される。そして照明光は前記ウ
ェハースクライブ上に設けたパターン２７の領域のみを
照明する様、設定されている。

次に本実施例の動作について説明する。

本実施例では不図示の搬送系によりウェハ２がウェハチ
ャック４に装填され固定されている。そして不図示のア
ライメント系によりレチクル１とウェハとが所定の位置
関係となるように位置決めしている。次いでウェハ２の
上面の高さを第１検出手段１０１によりＸＹステージ６
を駆動してウェハ２面内の各位置について計測し、これ
よりウェハ２の曲りや厚さ等のバラツキを計測している
。

次に第２検出手段による検出を行なうが、それに先たち
第２検出手段１４は予め指定されているレチクル上の位
置（この例では２６，３４゜３５．３６の位置）に移動
設定されている。そして光源１１からの光が光路切換ミ
ラー４３により、光ファイバー４３に導光され照明レン
ズ４１、ハーフミラ−４５を経てレチクル１面上の透明
領域２６，３４，３５．３６を通過させてウェハ面２上
を照明している。

ウェハ２面上のスクライプライン領域には２ｎｄレイヤ
ー以降の第３図（Ｂ）に示すようなビット検出パターン
２７が形成されており、照明光はこのパターンを含むス
クライプライン上の局部的な領域を照明している。そし
てパターン２７が投影光学系３によりレチクル１面のパ
ターン面２２近傍に逆投影され、第２検出手段によりビ
ット検出を行なう。

ここでレチクル１面近傍に投影光学系３により逆投影さ
れたウェハ２のパターンの結像面（ビット面）と第２検
出手段１４の各受光素子（ＣＣＤ）１Ｂ、１９．２０か
らの出力信号との関係は例えば第４〜第６図に示すよう
になる。

第４図はＣＣＤ２０からの出力信号、第５図はＣＯＤ　
１　Ｂからの出力信号、そして第６図はＣＣＤ　１９か
らの出力信号を各々示している。設計上、既知である投
影光学系３のデイフォーカス特性値とこれらの各出力信
号を公知の電気処理系により処理することにより、第７
図に示すような出力特性を得ている。これらの結果より
演算手段１０２によりウェハ面上の投影レンズ３による
ビット位置とレチクル１のパターン面２２との差分、即
ちデイフォーカス量を検出し、それをウェハ面側のデイ
フォーカス量に換算している。

そしてこのような検出を各々の第２検出手段１４により
ウェハ２面上の各位置について行っている。この結果よ
り、本例においてはウェハ上１画面の周囲４点のデイフ
ォーカス量（レチクルから見た）が検出できたことにな
る。さらに同様の検出なウェハ全面についてＸＹステー
ジ６を駆動して行なう。以上の第２検出手段による検出
結果及び前記第１検出手段による検出結果による演算手
段１０２からの信号に基づいてθ−Ｚ−ｔｉｌｌｔステ
ージ５によりウェハ２をＺ方向の最適位置であるレチク
ル１の投影光学系によるビット位置に位置するように、
例えば各ショット毎に駆動制御している。

例えばウェハ２を各ショット毎にθ−Ｚ−ｔｉｊ２ｔス
テージ５によりウェハ面の傾斜及びビットを補正するよ
うに駆動制御して露光するようにしている。

この様に本実施例においては第１検出手段にてウェハの
曲りや厚みバラツキを検出し、第２検出手段にてビット
ズレの絶対値及び傾斜を検出し両者より最適なビット位
置を算出し補正駆動、露光を行なう様にしている。

第８図は本発明に係る第２検出手段の他の実施例の要部
概略図である。

同図においては１つの受光素子（ＣＯＤ）１８をピエゾ
素子のような圧電素子２９を用いて駆動機構２８により
受光素子１８をビット方向に駆動制御することにより投
影光学系３によるウェハ面のビット面を検出している。

この場合、駆動量は公知の手段により検出、制御されて
いる。又、別の例として受光素子を固定してθ−Ｚステ
ージを上下させてもよい。そして各位置における受光素
子１８からの信号出力の取扱いについては第２図に示し
た検出方法と同様である。

尚、前述の実施例では補正駆動手段としてθ−Ｚ−ｔｉ
Ｊ！ｔステージを用いてウェハ２を上下方向に駆動させ
てビット面に位置させるようにしたが、θ−Ｚ−ｔｉＩ
Ｌｔステージを用いなくても実質的にウェハ面をビット
面に位置させることができる方法であればどのような手
段を用いても良い。

例えば、第１図においてミラー９の一部分を半透過面と
し、照明光束の一部を波長モニター３０に導光し、光源
１１からの発振波長を計測し、ビット補正に必要な波長
補正量を演算処理系３１により演算し、波長補正部３２
により波長補正なすることによりビット面の補正を行う
ようにしても良い。

例えば波長λ（２４８ｎｍ）における投影光学系の波長
とビット位置の関係は第９図に示すようになるので、こ
のときの関係より発振波長を変えてビット位置を制御す
るようにしても良い。又このとき波長補正の作業中の光
モレを防止する為にはシャッター３３を設け、・該シャ
ッターを開閉するようにすれば良い。

又、ウェハに曲りや厚みバラツキがない若しくは少ない
場合には第１検出手段なしで行なうことも可能である。

又、ビット検出用パターンは実施例と異なる形状でもよ
いし、露光かぶりが許容されるか若しくは非露光波長光
を照明光にすれば実素子パターンでも可能である。

（発明の効果） 本発明によれば以上のように第１、第２検出手段を設け
ることによりレチクル面上のパターンを投影光学系によ
りウェハ面上に投影露光する際、環境条件が変化したり
、又ウェハの厚さや曲りにバラツキ等があってもウェハ
を投影光学系のビット面に高精度に位置合わせすること
ができ、常に高い解像力が得られる露光装置を達成する
ことができる。

【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、第３
図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の一部分の説明図、第４．第
５．第６図は本発明に係る検出手段から得られるビット
面に関する出力信号の説明図、第７図は本発明において
ビット面からのデイフォーカス量と検出手段から得られ
る出力信号との関係を示す説明図、第８図は本発明の一
部分の他の実施例の要部概略図、第９図は本発明におけ
委照明光束の波長と投影光学系によるビット位置との関
係を示す説明図である。 図中１はレチクル、２はウェハ、３は投影光学系、４は
ウェハチャック、５は補正駆動手段（θ−Ｚ−ｔｉｊ！
ｔステージ）、６はｘＹステージ、７，９．１０はミラ
ー　１１は光源、１０１は第１検出手段、１４は第２検
出手段、１０２は演算手段、１８，１９．２０はＣＣＤ
、２Ｂは駆動機構、２９は圧電素子、２６，３４，３５
゜３６は透明領域、２５は実素子回路パターン領域であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１物体面のパターンを投影光学系を介して第２
   物体面上に投影露光する露光装置において、該第２物体
   面の高さを検出する第１検出手段と該投影光学系による
   該第２物体面上のビット位置検出用のパターンの該第１
   物体面近傍への逆投影像のビット位置を検出する第２検
   出手段と該第１、第２検出手段からの出力信号を利用し
   て、該第２物体面の該投影光学系の光軸方向の最適位置
   を求める演算手段と該演算手段からの出力信号に基づい
   て該第２物体の位置制御を行う補正駆動手段とを有して
   いることを特徴とする露光装置。
2. （２）前記第２検出手段は前記第２物体面上のパターン
   の逆投影像におけるビット位置と前記第１物体面との差
   分を検出していることを特徴とする請求項１記載の露光
   装置。
3. （３）前記第２物体上のパターンがウェハ上に形成され
   たスクライブライン中に設けられていることを特徴とす
   る請求項１記載の露光装置。