JPH02207522A - 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） 本発明は露光装置に関し、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、例えば第２物体の近傍に設けた基
準面を利用して高精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＃Ｔ） 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くビット面）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
ウェハな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、その位置にウェハ面がくるよ
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
ト面が変化したり又、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２４８　ｎｍ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
ウェハ面上に投影し、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物体面と該
第２物体面又はその近傍に設けた基準面との相対的な高
さを検出する第１検出手段と、該基準面を前記投影光学
系を介さずに照明する照明手段と、該第２物体面近傍に
配置した基準面上のパターンの該投影光学系による該第
１物体面近傍への逆投影像を検出し、前記投影光学系の
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１ういて該第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。

同図に右いて１１は光源で例えばエキシマレーザ−Ｈｅ
−Ｃｄレーザー、超高圧水銀灯等から成っている。光源
１１からの光束はミラーｔｏ。

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からの光束をミラー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
おり、ウェハチャック４により吸着支持されている。５
は補正駆動手段としてのθ−Ｚ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）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、ウェハチャック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、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２方向の高さとθ−２ス
テージ５上に設けたビット基準マークユニット４０のビ
ット基準面４４との２方向の相対的な高さを検出してい
る。このときの高さ方向（Ｚ方向）の検出力法としては
例えば特開昭６２−１４０４１８号公報で示したような
方法により行フている。

即ちウェハ２面上からの光束の反射点と受光素子（ＣＯ
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。

４０はビット基準マークユニットであり、θ−２ステー
ジ５上に設けられており、内部に照明用光学系４１を有
している。４２は導光部材であり、例えば石英等のオプ
ティカルファイバーより成っている。導光部材４２の入
射面側には反射ミラー４３が配置されており、該反射ミ
ラー４３を介して不図示の切換機構により光源１１から
の光束を導入し照明用光学系４１に導光している。

４４は透明基板より成る基準面であり、ビット基準マー
クユニット４０の上面に設けられており、その面上には
第３図（Ｂ）に示すようなＣｒ層より成るビット検出用
のパターン２７が形成されている。この基準面４４上の
パターン２７は照明光学系４１及び光源１１からの光束
により照明されている。

第１図においてはウェハ２面と基準面４４の高さは略凹
−となるようにして構成されている。

１４は第２検出手段であり、投影光学系３による基準面
４４上のパターン２７のレチクル面１近傍に逆投影され
る像のビット位置を検出している。第２検出手段１４は
不図示の駆動手段によりレチクル面１と平行を保ったま
ま平面内に移動可能となっており、例えば第２図に示す
ような構成より成っている。

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ＣＣＤ
等から成っている。

２１は各々レチクル１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ＣＣＤ　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、ＣＣＤ　１８は逆に前ピンの位置にあり、
各々所定量オフセットして配置されている。第２検出手
段により基準面４４上のパターン２７のビット面とレチ
クル１面上のパターン面２２との差分を検出している。

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、２
６はレチクル１面上の透過領域であり、第３図（Ｂ）に
示すビット基準マークユニット４０のパターン２７が投
影光学系３により逆投影されて通過する領域に相当して
いる。

第１図はウェハ２面上の高さを検出している場合を示し
ており、基準１４４の高さを検出するときはＸＹステー
ジ６を駆動させて照明光学系４１で照明された基準面４
４上のパターン２７が投影光学系３により逆投影されて
レチクル１面上の透過領域２６を通過して第２検出手段
１４に入射するようにして行っている。

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。モしてＸＹステー
ジ６が駆動され、ウェハ２の上面の高さを第１検出手段
１０１によりウェハ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。次いでＸＹステージ６を駆動させてビット基準マー
クユニット４０のビット基準面４４を第１検出手段１０
１の計測範囲内に位置させ、ビット基準面４４の高さを
検出している。これよりウェハ２面とビット基準面４４
とのオフセットの高さ量を検出している。

次にＸＹステージ６を駆動させてビット基準マークユニ
ット４０を投影光学素子３の下方で下記の位置に移動さ
せる。このときビット基準マークユニット４０の基準面
４４上のパターン２７が投影レンズ３により逆投影され
てレチクル１面上の透過領域２６を通過して第２検出手
段１４に入射するような位置まで移動させている。

そしてミラー４３、導光部材４２、そして照明用光学系
４１を介した光源１１からの光束で照明した基準面４４
上のパターン２７を投影光学系３によりレチクル１面上
のパターン面２２近傍に逆投影し、このときのビット面
を第２検出手段１４で検出している。

ここでパターン２７の投影光学系３により逆投影された
結像面（ビット面）と第２検出手段１４の各受光素子（
ＣＣＤ）１８，１９．２０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ＣＣ０１
８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はパターン２７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ている。

このとき演算手段１０２は更にデイフォーカス量をウニ
八面側の値に換算し、かつビット基準面４４とウェハ２
面の高さ差及びウェハの曲りや厚み差を加味してウニへ
面の投影光学系３に対するＺ方向（高さ方向）の最適位
置く即ち最適ビット面）を算出する。

そして補正駆動手段であるθ−Ｚステージ５によりウェ
ハ２を所定面即ちビット位置に位置するように駆動制御
している。例えばウェハ２を各ショット毎にθ−Ｚステ
ージにより駆動制御１ノで露光するようにしている。

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（ＣＣＤ）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による基準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。尚、受光素子１８からの信号出
力の取扱いについては第２図に示した検出力法と同様で
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ステージを用いなくて
も実質的にウニへ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
より波長補正を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。

第１０図は本発明に係る第２検出手段１４の一部に基準
面４４上のパターン２７を照明する為の照明手段を設け
た場合の一実施例の要部概略図である。同図において不
図示の光源１１からの光束を導光部材４２により照明用
光学系４１に導光している。そして照明用光学系４１に
よりハーフミラ−や偏光ビームスプリッタ−等から成る
光分割器４５を介してレチクル１面のパターン面２２に
設けた透明領域２６から投影光学系３を介して基準面４
４上のパターン２７を照明している。そして光源１１か
らの光束で照明されたパターン２７を投影光学系３によ
り第１図で説明したのと同様にレチクル１面上のパター
ン２２近傍に逆投影させて、そのときのビット面を光分
割器４５を介して第２検出手段１４により検出している
。

尚、光分割器４５として偏光ビームスプリッタ−を用い
る場合には照明光学系４１からの光束を所定方向に振動
する直線偏光の光束として光分割器で反射させ、投影光
学系３の瞳面にλ／４板を設けて、光束をλ／４板を２
度通過させて振動方向が入射のときより９０度累々る直
線偏光として光分割器４５に再入射させて、該光分割器
を通過させて第２検出手段１４に導光させるのが良く、
これによればＳ／Ｎ比の良い信号が得られるので好まし
い。

又、パターン２７は実施例にかかわらず変形例が可能で
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、そし
て基準面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ニ八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、第１０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
発明にあける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−２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、１０
２は演算手段、１８，１９．２０はＣＣＤ、２８は駆動
機構、２９は圧電素子、２６は透明領域、２５は実素子
回路パターン領域、２７はパターン、４０はビット基準
マークユニット、４４はビット基準面である。 第 図

Claims (2)

【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
   面と該第２物体面又はその近傍に設けた基準面との相対
   的な高さを検出する第１検出手段と、該基準面を前記投
   影光学系を介さずに照明する照明手段と、該第２物体面
   近傍に配置した基準面上のパターンの該投影光学系によ
   る該第１物体面近傍への逆投影像を検出し、前記投影光
   学系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１物体面と前記投影光
   学系による前記第２物体面の近傍に設けた基準面のパタ
   ーンの逆投影像のビット位置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。