JPH04106550A - 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】 〔概　　要〕 本発明は露光用の光学系を用いた投影露光装置及びその
露光方法に関し 被露光物体の表面の高さを正確に検出し安定した露光を
可能とする投影露光装置及び投影露光方法を得ることを
目的とし、 露光用の光学系を有する露光装置内に被露光物体を保持
し、３次元の方向に移動可能に構成された支持手段、エ
アフォーカスセンサ及び光フォーカスセンサとが配置せ
しめられており、且つ該エアフォーカスセンサの出力値
と該光フォーカスセンサの出力値との差分と演算し、該
光フォーカスセンサの出力値を補正する補正手段と該補
正手段からの情報にもとずいて該支持手段を駆動する制
御系とが該露光装置に設けられる様に構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は露光用の光学系を用いた投影露光装置及びその
露光方法に関するものであり、特に詳しくは、投影露光
装置に於ける、被露光物体の表面の位置を効率的に且つ
正確に測定して、精度の良い露光パターンをウェーハ上
に形成させることによって、安定した特性の有するデバ
イスを製造しうる投影露光装置を提供するものである。

〔従来の技術〕

従来から、ウェーハ上に適宜のデバイスを形成する為に
、投影露光装置が用いられており、その中でウェーハ等
の被露光物体の表面の位置を測定し検出する為に光フォ
ーカスセンサを使用することが知られている。

処で、近年、ウェーハ上に形成されるパターンが微細化
されるにつれて、露光に際しての焦点深度も縮小化され
ており、従って、露光装置におけるフォーカスの精度も
高精度なものが要求されて来ている。

然かしながら、従来の露光装置に於ける光フォーカス機
構は、レジストを感光させない波長、即ち通常４５０ｎ
ｍ以上の光が使用されていたが、係る波長領域に於いて
はレジストは透過率が高くウェーハ上に形成された様々
なデバイス材料とか段差からの反射光の影響を強く受け
、レジスト表面からの反射に対し、大きなノイズとなる
為、実際のレジスト表面の高さ位置を誤って検出してし
まうと言う結果を招いていた。

従って、係る誤って検出された高さに関する情報によっ
て露光されたパターンは所定の寸法を得ることが出来ず
、そのデバイスは不良品となる原因となっていた。

係る問題を解決する方法として従来採用されていた方法
に一つに、次の様な方法がある。

即ち、先ず所定のレジストの一点を基準点とし、−旦そ
の点で露光させ焼き付けを実施する。

係る操作のみでは、正確な位置が分からないので、強制
的に該レジストの位置を所定の間隔で上下させ露光焼き
付けを実施し、その中で一番良いものの位置を基準点か
らどれだけずれているかを算出して、その情報を取り込
むと言う方法である。

従って、その露光最適位置を算出するのに、相当の工程
を要することから、作業効率が低い状態でしかなかった
。

その為、ウェーハ上に形成された様々な材料や段差の影
響が少ない光フォーカス方法が要求されてきている。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は係る従来技術の欠点を改良し、露光用の光学系
を用いた投影露光装置に於いて、被露光物体の表面の位
置を効率的に且つ正確に測定して、精度の良い露光パタ
ーンをウェーハ上に形成させることによって、安定した
特性の有するデバイスを製造しろる投影露光装置及び露
光方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記した目的を達成するため、以下に記載され
たような技術構成を採用するものである。

即ち、露光用の光学系を有する露光装置内に被露光物体
を保持し、３次元の方向に移動可能に構成された支持手
段、エアフォーカスセンサ及び光フォーカスセンサとが
配置せしめられており、且つ該エアフォーカスセンサの
出力値と該光フォーカスセンサの出力値との差分と演算
し、該光フォーカスセンサの出力値を補正する補正手段
と該補正手段からの情報にもとずいて該支持手段を駆動
する制御系とが該露光装置に設けられている投影露光装
置を第１の発明とし、又、露光用の光学系を有する露光
装置内に被露光物体を保持し、３次元の方向に移動可能
に構成された支持手段、エアフォーカスセンサ及び光フ
ォーカスセンサとが配置せしめられており、且つ該エア
フォーカスセンサの出力値と該光フォーカスセンサの出
力値との差分と演算し、該光フォーカスセンサの出力値
を補正する補正手段と該補正手段からの情報にもとずい
て該支持手段を駆動する制御系とが該露光装置に設けら
れている投影露光装置に於いて、レジストを塗布した基
準物体を該被露光物体の代わりに該支持手段に搭載し当
該レジストに対して露光を行いベストフォーカス点を求
める第１の工程、該基準物体の表面に形成されたベスト
フォーカス点に該エアフォーカスセンサを作用させて、
該エアフォーカスセンサにおける補正値を決定する第２
の工程、該基準物体に代えて、実デバイス等を形成する
為のウェーハを該支持手段に搭載する第３の工程、該支
持手段上のウェーハに於ける露光すべき部分の高さを該
光フォーカスセンサにより検出する第４の工程、当該被
露光部分を再び該エアフォーカスセンサの測定領域に移
動させ、該エアフォーカスセンサによりその高さを検出
する第５の工程、該エアフォーカスセンサの出力値と該
光フォーカスセンサの出力値との差分と演算して該光フ
ォーカスセンサに於ける補正値を算出する第６の工程、
該制御系が、該光フォーカスセンサの出力値と前記補正
値とから、該光フォーカスセンサの出力値を第１の工程
で求めたベストフォーカス点と一致する様に該被露光物
体の表面の高さを修正するために該支持手段の駆動系を
制御する第７の工程及び該被露光、物体の該被露光部分
に該露光用の光学系により露光を実行させる第８の工程
とから構成されている投影露光方法を第２の発明とする
ものである。

〔作　用〕

本発明に於いては、上記の様な技術構成を採用している
ので、光フォーカスセンサにより検出されたノイズを包
含する高さ情報をエアフォーカスセンサの相対的高さ情
報により常時補正をかけ、その補正情報に従って、被露
光物体の露光表面を露光用の光学系の焦点に対して正確
に配置させることが可能である。

〔実施例〕

以下に本発明に係る投影露光装置及び投影露光方法の具
体例を図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に於いては、光フォーカスセンサが、レジスト表
面の高さを測定するに際し、追随性、計測の再現性から
見た精度の面で優れている反面、前記したように、光の
一部がレジスト内に入射しデバイスや段差等によるその
反射或いは散乱等によって、当該レジスト表面からの反
射光がノイズを含み、従って、当該レジスト表面の高さ
を測定するに際し、誤差を含む可能性が大きく、その為
、該光フォーカスセンサによる測定値がどの程度に真価
を持つかは不明であると言う欠点があるのに対しエアフ
ォーカスセンサに於いては、追随性は光フォーカスセン
サに劣るものの、光フォーカスの様にレジストの材質と
か、段差或いは既に形成されているデバイス等により測
定値が変動することはなく、従って再現性や真価を示す
か否かの点に関しては、光フォーカスセンサより優れた
ものを持っている。

そこで、本発明に於いては、係る両者の長所を採り入れ
て効率のよい、然も精度の高いレジストの露光位置選定
手段を完成したものである。

本発明に於ける基本的技術思想は、エアフォーカスセン
サにより、レジスト表面の高さに関し基準点を設定し、
以後は光フォーカスセンサとエアフォーカスセンサとの
測定情報を両者の相関で把握していき、その情報に従っ
て、当該レジストの表面の位置を修正しながら露光処理
を行う様にするものである。

本発明に係る投影露光装置の一具体例が第１図に示され
ており、その基本構成は、露光用の光学系６を有する露
光装置１内にレジストを有するシリコンウェーハ等から
構成される被露光物体４を保持し、Ｘ、　Ｙ方向及びＺ
方向の３次元の方向に移動可能に構成された支持手段３
、エアフォーカスセンサ７及び光フォーカスセンサ８と
が配置せしめられており、且つ該エアフォーカスセンサ
の出力値と該光フォーカスセンサの出力値との差分と演
算し、該光フォーカスセンサの出力値を補正する補正手
段１０と該補正手段１０からの情報にもとずいて該支持
手段を駆動する制御系１１とが設けられている投影露光
装置である。

本発明におけるエアフォーカスセンサ７は、該露光用の
光学系６の露光を干渉しない様な位置であれば如何なる
場所にでも配置することが可能である。

又該エアフォーカスセンサに使用する、気体としては、
空気の他、ドライ窒素、ドライ酸素等公知の気体が利用
しうる。

更に、該エアフォーカスセンサ７はその先端部が測定す
べき被露光物体の表面に極接近した位置に配置せしめら
れる事が好ましい。

該エアフォーカスセンサ７は上記の気体を所定の圧力で
、表面高さを測定すべき被露光物体の所定の部分に吹き
つけてその背圧を測定し、背圧の差によって、高さを測
定するものである。

一方、光フォーカスセンサ８は第２図に示す様に、光源
１２と位置センサ９及び２個の反射鏡１３．１４とで構
成されており、光源１２から照射された光は第１の反射
鏡１３を介して露光用の光学系６により露光すべき点Ｐ
に指向され、該点Ｐで反射された後、第２の反射鏡１４
で屈折され位置センサ９の点Ｓに入射せしめられる。

この時、被露光物体４の表面りの位置が変化してＬ′の
位置になったとすると、該光源１２から照射された光は
点線で示す経路を通って該位置センサ９の点Ｓ゛に入射
、せしめられる。

つまり、位置センサ９に対する入射点は被露光物体４の
表面位置の変化に対してリニアに変化する。

従って、該位置センサの出力を見れば、当該被露光物体
の露光表面位置を求めることが出来る。

該光フォーカスセンサ８の係る構造は、上記した様に、
露光用の光学系６により露光すべき点Ｐの高さを該露光
用の光学系の作動を干渉することなしに且つ出来るだけ
該露光用の光学系の近傍に配置する必要から決定された
ものである。

次いで、本発明に於いては、該支持手段３を駆動させて
、エアフォーカスセンサ７の測定位置に、今光フォーカ
スセンサ８によってその高さが測定された被露光物体の
露光位置Ｐ点を移動させ、その点Ｐの高さを該エアフォ
ーカスセンサ７で読み取る。

そして、該エアフォーカスセンサ７により得られた情報
と該光フォーカスセンサ８により得られた情報とを該補
正手段１０に於いてその差分を算出し、該エアフォーカ
スセンサにより測定された値を真価とし、光フォーカス
センサ８により得られた測定値に補正をかけるものであ
る。

つまり、光フォーカスセンサ８により得られた測定値を
該エアフォーカスセンサ７の測定値ニ対する相関として
把握するものである。

係る演算を実行するに際しては、先ず初めに、該エアフ
ォーカスセンサ７の測定値の基準点を設定する必要があ
る。

即ち、本発明に於いては、光フォーカスセンサ８は実デ
バイス上では誤検出するのでエアフォーカスセンサ７で
の補正は必要であり、又該光フォーカスセンサ８は元々
基準点を持っているのに対して、エアフォーカスセンサ
７は実デバイス上では誤検出しないので予め該エアフォ
ーカスセンサ７に真価を与えておけば、その真価と該光
フォーカスセンサ８での実測値との差を補正する事によ
って、光フォーカスセンサ８でのベストフォーカスポイ
ントが求まると言う基本思想にもとずくものである。

その為、（１）該エアフォーカスセンサ７の測定を開始
する前に、該支持手段３に被露光物体の代わりに基準物
体５として、完全鏡面を有する金属板、シリコンウェー
ハ上に適当な厚さのレジストを塗布したものを取りつけ
る。

（２）次いで、該レジストに該露光用光学系６を用いて
露光処理を行うが、この際該支持手段３を上下に複数回
移動させ、その都度異なる部分に露光処理を実行してそ
の中で一番線幅の変動が少ないか、パターンが綺麗に出
ているレジスト部分Ｐと露光用光学系との間の高さをベ
ストフォーカス点として光フォーカスセンサにより求め
それを記憶させておく。

今、その時の高さをｈｏとする。

（３）次に、該レジスト部分Ｐを移動させて、エアフォ
ーカスセンサ７の下に位置させその時の高さを求める。

（４）この時に測定した値がｈ２１で有ったとすると該
エアフォーカスセンサ７での補正後の値をｈ２′ｍとす
れば ｈｌ”＝　　ｈｌ”　＋（ｈｏ　　ｈｚ“）＝ｈ０トナ
リ、（ｈａ　　ｈｚ’）が該エアフォーカスセンサ７で
の補正値となる。

二の補正値（ｈ、−ｈｚ’）を適宜の記憶手段に記憶さ
せておき、当該エアフォーカスセンサ７の測定値を係る
補正値で補正する事によって、当該エアフォーカスセン
サ７での真価が求まることになる。

（５）次に、該支持手段３に露光処理を使用とする実デ
バイスを搭載し、該露光用の光学系により露光される位
置Ｐ１の高さｈｏ８を該光フォーカスセンサにより求め
それを記憶させておく。

（６）次に、該部分Ｐ１を移動させて、エアフォーカス
センサ７の下に位置させＰ１′その時の高さを求める。

（７）この時に測定した値がｈ（＋、で有ったとすると
該光フォーカスセンサ８の補正値は（ｈ０□ｈ０１）と
なり、従って該光フォーカスセンサ８での実測値がｈｌ
であるとすれば、該光フォーカスセンサ８での補正後の
値り、１１は り、’　＝　　ｈ１＋　（ｈｚ’　　ｈ＋。）で表せら
れる。

この場合、エアフォーカスセンサ７で測定された値ｈｏ
□は、前記した様に補正値（ｈｏ　　ｈ２′）で補正さ
れて表された値であるとすれば、該値ｈ０２はエアフォ
ーカスセンサ７での真値であると見なせる。

（８）次いで、上記の補正後の値であるｈ＝　　ｈ＋　
＋　（ｔｔｚ−ｔ、’）をｈｏに等しくなるように該支
持手段を上下させ、一致した所をベストフォーカス点と
するものである。

（９）かくして、ベストフォーカス点が設定された後に
、実デバイスの前記した所定の位置Ｐ１に対して露光を
行い、１チップ分の配線パターンを焼き付ける。

本発明に於いては、係る操作を一つのウェハ上にある複
数個のチップのそれぞれに対して実行するものであるが
、予め上記の（１）から（８）の操作を当該ウェハの幾
つかのチップ部分に対して実行し、ベストフォーカス点
を求め、その平均値をもって、そのウェハのベストフォ
ーカス点とし、後は支持手段を上下させることなく、各
チップ部分に対して（９）の露光操作のみを実行するこ
とになる。

［効　　果］ 本発明に於いては、以上の様な技術構成を採用している
ので、様々なデバイス材料や段差等に関係なく安定した
ウェーハ表面の高さを測定することが可能となり、これ
によって、光フォーカスセンサの精度が±１．０μｍ程
度に安定し、所定寸法のレジストパターンを焦点ぼけす
ることなく鮮明に得る事ができるのでデバイスチップの
特性が安定すると言う効果が得られる。

又、本発明に於いては投影露光装置に於ける、被露光物
体の表面の位置を効率的に且つ正確に測定して、精度の
良い露光パターンをウェーハ上に形成させることによっ
て、安定した特性の有するデバイスを効率良く製造しう
る投影露光方法が得られると言う効果も得られるのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る投影露光装置の原理説明図であり
、又本発明に係る投影露光装置の構成の一例を示す概略
図である。 第２図は本発明に使用される光フォーカスセンサの原理
を説明する図である。 ■・・・・・・投影露光装置 ２・・・・・・駆動手段 ３・・・・・・支持手段 ４・・・・・・被露光物体 ５・・・・・・基準物体 ６・・・・・・露光用の光学系 ７・・・・・・エアフォーカスセンサ ８・・・・・・光フォーカスセンサ ９・・・・・・位置センサ １０・・・・・・補正手段 １１・・・・・・制御系 １２・・・・・・光源 １３．１４・・・・・・反射鏡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、露光用の光学系を有する露光装置内に被露光物体を
   保持し、３次元の方向に移動可能に構成された支持手段
   、エアフォーカスセンサ及び光フォーカスセンサとが配
   置され、且つ該エアフォーカスセンサの出力値と該光フ
   ォーカスセンサの出力値との差分と演算し、該光フォー
   カスセンサの出力値を補正する補正手段と該補正手段か
   らの情報にもとずいて該支持手段を駆動する制御系とが
   該露光装置に設けられている事を特徴とする投影露光装
   置。 ２、該光フォーカスセンサは該露光用の光学系の近傍に
   設けられており、該被露光物体に対して所定の角度で反
   射用光を照射するように構成されている事を特徴とする
   請求項１記載の投影露光装置。 ３、該光フォーカスセンサから照射された光の該被露光
   物体における反射光を受光する光位置センサが設けられ
   ている事を特徴とする請求項２記載の投影露光装置。 ４、該エアフォーカスセンサは、少なくとも該支持手段
   の２次元方向の移動範囲内に設けられており、その先端
   部は該被露光物体の表面に近接する位置に設けられてい
   る事を特徴とする請求項１記載の投影露光装置。 ５、露光用の光学系を有する露光装置内に被露光物体を
   保持し、３次元の方向に移動可能に構成された支持手段
   、エアフォーカスセンサ及び光フォーカスセンサとが配
   置せしめられており、且つ該エアフォーカスセンサの出
   力値と該光フォーカスセンサの出力値との差分と演算し
   、該光フォーカスセンサの出力値を補正する補正手段と
   該補正手段からの情報にもとずいて該支持手段を駆動す
   る制御系とが該露光装置に設けられている投影露光装置
   に於いて、レジストを塗布した基準物体を該被露光物体
   の代わりに該支持手段に搭載し当該レジストに対して露
   光を行いベストフォーカス点を求める第１の工程、該基
   準物体の表面に形成されたベストフォーカス点に該エア
   フォーカスセンサを作用させて、該エアフォーカスセン
   サにおける補正値を決定する第２の工程、該基準物体に
   代えて、実デバイス等を形成する為のウェーハを該支持
   手段に搭載する第３の工程、該支持手段上のウェーハに
   於ける露光すべき部分の高さを該光フォーカスセンサに
   より検出する第４の工程、当該被露光部分を再び該エア
   フォーカスセンサの測定領域に移動させ、該エアフォー
   カスセンサによりその高さを検出する第５の工程、該エ
   アフォーカスセンサの出力値と該光フォーカスセンサの
   出力値との差分と演算して該光フォーカスセンサに於け
   る補正値を算出する第６の工程、該制御系が、該光フォ
   ーカスセンサの出力値と前記補正値とから、該光フォー
   カスセンサの出力値を第１の工程で求めたベストフォー
   カス点と一致する様に該被露光物体の表面の高さを修正
   するために該支持手段の駆動系を制御する第７の工程及
   び該被露光物体の該被露光部分に該露光用の光学系によ
   り露光を実行させる第８の工程とから構成されている事
   を特徴とする投影露光方法。