JPH04116414A - 自動焦点合せ装置 - Google Patents
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ス製造用の縮小投影露光装置(ステッパー)において、
ウェハーステージ上に載置された半導体ウェハーの各披
露光領域を、縮小投影レンズ系の焦平面に合焦せしめる
為に使用される自動焦点合せ装置に関する。
化が進んでおり、これに伴なってステッパーの縮小投影
レンズ系は、より高NA化されて、回路パターンの転写
工程におけるレンズ系の許容深度は狭くなっている。又
、縮小投影レンズ系により露光するべき被露光領域の大
きさも大型化される傾向にある。
に亘って良好な回路パターンの転写を可能にする為には
、縮小投影レンズ系の許容深度内に、確実に、ウェハー
の被露光領域(ショット)全体を位置付ける必要がある
。
ズ系の焦平面、即ちレチクルの回路パターン像がフォー
カスする平面に対する位置と傾きを高精度に検出し、ウ
ェハー表面の位置や傾きを調整してやることが重要であ
る。
ては、エアマイクロセンサを用いてウェハー表面の複数
箇所の面位置を検出した結果に基づいてウェハー表面の
位置を求める方法、或いは、ウェハー表面に光束を斜め
入射させ、ウェハー表面からの反射光の反射点の位置ず
れをセンサ上への反則光の位置ずれとして検出する検出
光学系を用いて、ウェハー表面の位置を検出する方法が
知られている。
ザ干渉訓により測定しながら、ウェハーステージをサー
ホ駆動により目標位置まで移動させることにより、ウェ
ハー上の被露光領域を投影レンズ系の真下に送り込み、
ウェハーステージ停止後、前述のような方法で被露光領
域表面の面位置を検出し、被露光領域表面の位置を調整
している。即ち、ウェハーステージの駆動−停止一面位
置の検出−面位置の調整といった動作を順次行なってお
り、投影レンズ系の焦平面に被露光領域を合焦させるま
でに費やす時間が比較的長く、装置のスループットを落
とす要因となっていた。
明の目的は短時間て合焦動作を行なうことが可能な自動
焦点合せ装置を提供することにある。
、平板状物体を載置したまま投影光学系の光軸と略直交
する方向に沿って移動し、該平板状物体の所定面を前記
投影光学系の像面側に送り込むステージと、前記所定面
の前記光軸方向に関する位置及び傾きの少なくとも一方
を検出する為の検出器とを有し、該検出器による検出を
前記ステージの移動中に行ない、該検出器による検出に
基ついて[11j記所定面を前記焦平面に合焦させる。
いる為、ステージが駆動されて目標位置まで移動して停
止するまでに、面位置の検出を行なえ、例えば面位置の
調整をステージ移動中又はステージ停止直後から開始で
きる。従って、従来の装置に比へ、短時間で合焦動作を
行なうことが可能になる。また、本発明の自動焦点合せ
装置を、前述のステッパーに搭載することにより、ステ
ッパーのスループットを向」ニさせることが可能になる
。
体の所定面を投影光学系の焦平面に合焦させる為には、
周知の様々な方法が適用される。例えば、ステージを投
影光学系の1光軸方向に動かして所定面の面位置や傾き
を調整する方法、投影光学系を光軸方向に動かしたり、
投影光学系の焦点距離を変えたりして、焦平面の位置を
調整する方法、なとである。また、投影光学系の焦点距
離(屈折力)を変える時には、投影用の光の波長を変更
したり、投影光学系を構成するレンズ要素を光軸方向に
動かしたり、投影光学系を構成する一対のレンズ要素間
に空気室を設けて、この室の圧力を調整したりずれば良
い。
、光学式センサーが使用できることはもちろんのこと、
静電容量センサーや、他の形態の光学式センサー等、周
知の各種センサーが使用される。尚、平板状物体の所定
面の傾きを検出する為には、前述のエアーセンサーや光
学式センサを複数個用いて、所定面」−の相異なる点に
関する高さ(面位置)を測定したり、所定面一ヒに平行
光を照射し、所定面で反射した平行光を集光し、集光さ
れた光の光検出器への入射位置を測定したりする。
施例により明らかにされる。
光装置の部分的概略図である。
軸は図中AXで示されている。縮小投影レンズ系1は不
図示のレチクルの回路パターンを115に縮小して投影
し、その焦平面に回路パターン像を形成する。又、光軸
AXは図中のX軸方向と平行な関係にある。2は表面に
レジストが塗布されたウェハーであり、先の露光工程で
互いに同じパターンが形成された、多数個の被露光領域
(ショット)が配列しである。3はウェハー2を載置す
るステージで、ウェハー2はウェハーステージ3に吸着
され固定される。ウェハーステージ3はX軸方向に動く
Xステージを、y軸方向に動くYステージと、X軸方向
及びX、、y、、X軸方向に平行な軸のまわりに回転す
る2ステージで構成されている。又、X、、y、Z軸は
互いに直交する様に設定しである。従って、ウェハース
テージ3を駆動することにより、ウェハー2の表面の位
置を縮小投影レンズ系1の光軸AX方向及び光軸AXに
直交する平面に沿った方向に調整でき、更に焦平面即ち
回路パターン像に対する傾きも調整できる。
及び傾きを検出する為に設けた検出光学系の各要素を示
している。4は発光ダイオード、半導体レーザなどの高
輝度光源、5は照明用レンズである。光源4から射出し
た光は照明用レンズによって平行な光束となり、複数個
のピンホールが形成されたマスク6を照明する。マスク
6の各ピンホールを通過した複数個の光束は、結像レン
ズ7を経て折り曲げミラー8に入射し、折り曲げミラー
8て方向を変えられた後、ウェハー2の表面に入射する
。ここで結像レンズ7と折り曲げミラー8はウェハー2
上にピンホールの像を形成している。複数個の光束は、
第2図に示す様にウェハー2の被露光領域100の中央
部を含む5箇所(21〜!25)を照射し、各々の箇所
で反射される。即ち、本実施例ではマスク6にピンホー
ルを5個形成し、被露光領域100内で、その中央部を
含む5箇所の測定点の位置を測定する。
ー9により方向を変えられた後、検出レンズ10を介し
て2次元位置検出素子11上に入射する。
ー8、ウェハー2、折り曲げミラー9と協力して、マス
ク6のピンホールの像を2次元位置検出素子11上に形
成している。従って、マスク6とウェハー2と2次元位
置検出素子11は互いに光学的に共役な位置にある。
の光束の素子11の受光面への入射位置を各々独立に検
知することが可能である。ウェハー2の縮小投影レンズ
系1の光軸AX方向の位置の変化は、2次元位置検出素
子11上の複数の光束の入射位置のズレとして検出てき
る為、ウェハー2上の被露光領域100内の5つの測定
点41〜45における、ウェハー表面の光軸AX方向の
位置が、2次元位置検出素子11からの出力信号に基づ
いて検出できる。
線を介して制御装置13へ入力される。
ラー15とレーザ干渉計14を用いて周知の方法により
測定され、ウェハーステージ3の変位量を示す信号がレ
ーザ干渉計14から信号線を介して制御装置13へ入力
される。又、ウェハーステージ3の移動はステージ駆動
装置12により制御され、ステージ駆動装置12は、信
号線を介して制御装置13からの指令信号を受け、この
信号に応答してウェハーステージ3をサーボ駆動する。
有し、第1駆動手段によりウェハー2の光軸AXと直交
する面内における位置(X、Y)と回転(θ)とを調整
し、第2駆動手段によりウェハー2の光軸AX方向の位
置(z)と傾き(φ81.)とを調整する。
号(面位置データ)を後述する方法で処理し、ウェハー
2の表面の位置を検出する。そして、この検出結果に基
づいて所定の指令信号をステジ駆動装置12に入力する
。この指令信号に応答して、ステージ駆動装置12の第
2駆動手段が作動し、第2駆動手段がウェハー2の光軸
AX方向の位置と傾きを調整する。
測定点21〜25を設定する。測定点21は被露光領域
]、00のほぼ中央部にあり、面位置検出時には光軸A
Xと交わる。又、残りの測定点22〜25は被露光領域
1. OOの周辺部にあり、測定点21がX−y座標上
の点(x、Y)にあるとすると、各測定点22〜25の
位置は各々(X十へX%y+Δy)、(x−一Δx、y
+Δy)、(X−ΔXXy−Δy)、(X+△x、y−
△y)なる点にあることになる。又、被露光領域100
は第3図に示す様にウェハー2上にy軸及びy軸に沿っ
て規則正しく並べられている。
ウェハー2上の被露光領域(ショツ))1.00をレチ
クルパターンに位置合わせした時、被露光領域100の
各測定点21〜25上にマスク6の各ピンホールの像が
投射されるように、第1図の検出光学系(4−1,1)
のセツティングを行なう。この時、被露光領域100は
縮小投影レンズ系1の真下に位置付けられており、測定
点21は光軸AXと交差する。
が縮小投影レンズ系1の真下にくるようにウェハーステ
ージ3を動かし、レチクルパターンに対して第1被露光
領域]、 00 aを位置合わせする。位置合わせ終了
前、ウェハーステージ3の移動中に検出光学系(4〜1
.1 )により第1被露光領域100 aの5つの測定
点(21〜25)の面位置検出を行ない、2次兄位置検
出素子11からの出力信号に基づいて制御装置13内で
各測定点の面位置データを形成する。
〜5)に基づいて第1被露光領域100aの最小自乗平
面(の位置)を求め、この最小自乗平面とレチクルパタ
ーン像との光軸AX方向の間隔及びウェハー2の傾き方
向と傾き量を算出する。尚、最小自乗平面の位置2はΣ
(z −z i ’)2= Oを満たずものである。
ジ駆動装置12へ入力し、ステージ駆動装置によりウェ
ハーステージ2上のウェハー2の光軸A、X方向の位置
と傾きが調整(補正)される。これによって、ステージ
移動中に、ウェハー2の表面即ち第1被露光領域100
aを縮小投影レンズ系Iの最良結像面(焦平面)に位置
付ける。その後、ウェハーステージ3の目標位置への移
動が完了する。
0aを露光して回路パターン像の転写を行なつ0 第1被露光領域100aに対する露光が終了したら、ウ
ェハー2」二の第2被露光領域100bが縮小投影レン
ス系]の真下にくるようにウェハーステージ3を駆動し
、上記同様、ステージ移動中における面位置検出と面位
置調整、ステージ移動完了後の露光動作を実行する。
露光領域100bが縮小投影レンズ系1の真下へくるよ
うにウェハーステージ3を駆動した時の5つの測定点2
1〜25に対応する5本の光ビームによる2次元位置検
出素子〕1からの各出力信号の一例を示している。
の各測定点21〜25の測定値はZ+o(に1〜5)で
ある。検出光学系(4〜11)は、5本の光ビームで第
1被露光領域100aから第2被露光領域100 bの
間のウェハー2の面形状を常に測定する。今、時刻T1
でウェハー2上の第2被露光領域1. OObが縮小投
影レンズ系1の真下の位置(光軸A、Xと領域100b
の中心が一致する位置)から約5μm手前に位置し、時
刻T2て第2被露光領域1001)が縮小投影レンズ系
jの真下へ位置し、ウェハーステージ3の移動が完了す
る。尚、図中の時刻Tsで、真下の位置から100μm
手前に領域100bが位置している。
点は、目標位置(領域1001)lの測定点21〜25
)から約5μm手前に位置するが、その各点に関する測
定値Z++(i=1〜5)か、ウエハーステジ3の移動
が完了した時の測定点21〜25に関する測定値Z:2
(i=1〜5)に収束していく様子が解る。
値Z12とほぼ同等値であり、測定値としては有効であ
る。
3の移動が完了するまでの動作中における姿勢の連続性
に着目したものであり、動いている時のウェハーステー
ジ3の姿勢が目標位置に到達する直前では、静止状態の
姿勢とほぼ等しくなっている事を利用し、ウェハーステ
ージ3の移動中に面位置の測定を行なうものである。
被露光領域100に関する測定を、ウェハーステージ3
の移動中であって、ウェハーステージ3が目標位置より
所定距離(5μm)だけ離れた位置を通過する時刻T1
に行ない、この時刻T、における測定て検出された5つ
の測定点の測定値Z++(i=1〜5)に基づいて、投
影レンズ系1の焦平面に対する被露光領域100の最小
自乗平面の位置と傾き方向及び傾き量を決定している。
刻T2において測定を行なっていた装置に比べ、(T2
TI)秒だけ時間が短縮される。
ハーステージ3の移動中に開始し、ウェハーステージ3
の移動完了時点では、調整が終了するようにしている。
装置のスループットを大幅に向上させた。
施例を、第5図及び第6図のフローチャート図を用いて
各々説明する。尚、以下に示す実施例を行なう為には、
上記実施例に対して、制御装置14に設定するプログラ
ムを変更するだけでいい。
する。
に搬入され、ウェハー2がウェハーステージ3のZステ
ージのチャックに固定される。ステップ502で、ウェ
ハーステージ3の駆動が始まり、ウェハー2上の第1被
露光領域が投影レンズ系1の真下にくるようにウェハー
ステージ3が目標位置に向かって移動せしめられる。ス
テップ502′ で、ウェハーステージ3は、目標位置
から予め決めた距離100μm手前にある所定位置(第
4図の時刻Tsの位置)を通過する。尚、ウェハーステ
ージ3の位置はレーザ干渉計14の出力により検出され
る。この時、ステップ503に示す通り、検出光学系(
4〜11)によって、5つの測定点の面位置の測定を行
ない、得られた測定値Zoo (+ = 1〜5)を制
御装置13のメモリーに格納する。また、ステップ50
4に示す通り、制御装置13は、そのカウンターの値を
J−1とし、これに応答して、ステップ505で、検出
光学系(4〜11)によって、移動中のウェハー2上の
、時刻Ts十Δtの時の、5つの測定点の面位置の測定
を行ない、得られた測定値Z++ (+ = 1〜5)
を制御装置13のメモリーに格納する。
〜5)と前回の測定値Z1o(i−1〜5)の差、ΔI
−211” 10 %Δ2−Z21−Z20、Δ3=
Z31Z30 %Δ4=Z41 Z4ONΔ5=Z6
1 Zooが、いずれも、予め決めた値ε以下である
か否か、判別する。この5つの測定点に関する測定時間
の差Δ1(i=1〜5)が全てε以下となる場合には、
今回の測定値Z、1(1−1〜5)を有効測定値として
定め、ステップ508に移る。一方、この5つの測定点
に関する測定値間の差Δi (i=1〜5)の少なくと
も1つがεを越える場合には、ステップ507に移り、
制御装置13のカウンターをj=2にし、ステップ50
5の測定を再度実行する。そして、Δ1(i=1〜5)
が全てε以下となるまで、ステップ505〜507が繰
り返される。
)を使用して、最小自乗平面を計算する。そして、この
最小自乗平面と投影レンズ系lの焦平面との間隔及び第
1被露光領域の傾き方向と傾き量が検出され、制御装置
13は、この間隔及び傾き方向、傾き量に応じた指令信
号を、ステージ駆動装置12に入力する。ステップ50
9で、ステージ駆動装置12によりZステージを駆動し
、ウェハー2の光軸AX方向に関する位置と焦平面に対
する傾きが補正される。
位置まで達し、ウェハーステージ3の移動が完了する。
づいて、ウェハーステージ3が目標位置に達したことを
検知し、その後ステップ51】で示す露光が開始される
ように、露光装置を制御する。ステップ511では、ウ
ェハー2上の第1被露光領域が回路パターン像で露光さ
れ、この領域のレジストに回路パターンが転写せしめら
れる。
領域に対して露光が行なわれたか否かが判別され、もし
露光が終了していればステップ513へ移り、ウェハー
が搬出される。一方、ステップ512で、未露光の被露
光領域があると判断されると、ステップ502へ移り、
例えば、第2被露光領域を投影レンズ系1の真下へ送り
込む為にウェハーステージ3が駆動される。こうして、
ウェハー上の各披露光領域が全て露光されるまで、ステ
ップ501〜512が繰り返される。
明する。
た時点におけるウェハー2上の被露光領域の各測定点の
面位置をステージ移動中での測定により得られた測定値
を使用して予測する手法を示す。
ステップ501.502と同じてあり、ステップ610
〜614は、第5図のステ゛ンブ509〜513と同じ
であるので、これらのステップに関する説明は省略し、
ステップ602′〜ステツプ609に関して以下に説明
する。
、ウェハー2の面精度やウェハーステージ3の移動中の
姿勢変化等の挙動等から、その位置から目標位置までス
テージが移動する間、検出光学系(4〜11)により順
次得られる測定値間にほぼ線型性が保たれると予測され
る位置に設定され、ステップ606の所定位置■は、ス
テップ611で示すウェハーステージ3の移動完了前に
ステップ608て最小自乗平面を計算し、ステップ61
0で合焦動作を完了できるような位置に設定される。
定位置■を通過する時、ステップ603で検出光学系(
4〜]、 1 )により5つの測定点の面位置の測定を
行ない、得られた測定値Zio (] = 1〜5)を
、制御装置】3のメモリーに格納する。また同時に制御
装置13は、レーザ干渉計14の出力に基づいてウェハ
ーステージ3の位置を検出し、そのデータをメモリーに
格納する。
ーをj=1にし、これに応答して、ステップ602′
の時刻からΔを秒たった所定の位置で、ステップ60
5に示すように、検出光学系(4〜11)により5つの
測定点の面位置の測定を行ない、得られた測定値Z14
(i=1〜5)を制御装置13のメモリーに格納すると
同時に、この時のウェハ−ステージ3の位置を検出し、
そのデータもメモリーに格納する。
を通過したか否かを、レーザ干渉計14の出力に基づい
て判別し、もし6、まだ通過していなければ、ステップ
607に移り、カウンターを1−2し、再度ステップ6
05の測定を行なう。このようにして、所定位置■から
所定位置■までウニノー−ステージ3が移動する間に、
検出光学系(4〜11)により、N回の面位置及びステ
ージ位置測定を行ない、N組の測定値Z:+(i=i〜
5)を得る。そして、ステップ606で、ウェハーステ
ージ3か所定位置■を通過したことが検出されると、ス
テップ608て、メモリーに格納されているN組の測定
値Z io〜Zij(i−1〜5、j=N−1)とN個
の位置データを使用し、横軸にステージの位置座標、縦
軸に面位置の位置における面位置の測定値Z:(+−]
〜5)を、外挿によって求めるのと等価な数値訓算を行
ない、ステージ移動完了時の測定値、ZB (i==]
〜5)を予測する。その後、ステップ609て、これら
の値Zい二1〜5)に基づいて、ウニ/X−2の被露光
領域の最小自乗平面を計算する。
いて、ステップ509、ステップ610を実行する為に
ステージ駆動装置12に対して指令信号を入力するか否
かを、例えば、第4図で示す時刻T1、即ち目標位置の
手前5μmの位置で検出光学系(4〜11)により得ら
れる5つの測定値に基づいて判断するようにすれば、ウ
ェハーステージ3の移動完了直前で、被露光領域の面位
置に大きな変化が生した場合に、対処が可能となる。具
体的には、5つの測定値が示す面位置が、先のステップ
で決定された最小自乗平面から殆どずれていない時には
、ステージ駆動装置12に先のステップに基づいた指令
信号を入力し、5つの測定値が示す面位置が先のステッ
プで決定された最小自乗平面から許容できない程度ずれ
ている時には、この5つの測定値により4算された最小
自乗平面と投影レンズ系1の焦平面の間隔及び被露光領
域の傾き方向と傾き量に応じた指令信号を、ステージ駆
動装置12に入力する。
出光学系(4〜11)を常に駆動しておき、露光の対象
となっている被露光領域の面位置をモニターし続けてお
(のが好ましい。
を検出し、補正しているが、本発明は、ウェハー2の表
面の面位置を検出し、補正するだけの装置や、逆にウェ
ハー2の表面の傾きを検出し、補正するだけの装置にも
、当然適用される。また、ウェハー2の表面の面位置や
傾きを検出する検出器は、第1図に示す検出光学系(4
〜11)以外の周知の検出器を使用することもてきる。
焦させる機構も、ウェハーステージ3のZステージを動
かす以外に、投影レンズ系1の焦点距離を変えたり、投
影レンズ系1と不図示のレチクルとを光軸AX方向に上
下動させたりする機構も採り得る。
に適用しているが、本発明は、第1図に示した装置以外
のタイプの露光装置、例えば投影ミラー系によりパター
ン像を投影する装置や、レンズ及びミラーで構成した投
影光学系によりパターン像を投影する装置等に適用でき
る。また、本発明は、光学式の露光装置以外の、例えば
電子ビームと電子レンズとを使用して、回路パターンを
描画したり或いは回路パターンを投影したりする電子ビ
ーム露光装置や、X線露光装置にも適用できる。
されるH光学機器に適用されうる。
するステージの移動中に平板状物体の表面の位置検出や
傾き検出を行なうのて、合焦動作の短縮化を図れる。ま
たステージの移動中に、平板状物体の表面の位置や傾き
の調整を行なうことにより、合焦動作が更に短縮化でき
る。
す部分的概略図、 第2図は被露光領域中に設定した各測定点の配置を示す
説明図、 第3図はウェハー上の被露光領域(ショット)の配列状
態を示す平面図、 第4図はウェハーステージ移動中の各測定点の測定値の
一例を示すグラフ図、 第5図は第1図の装置による合焦動作の一例を示すフロ
ーチャート図、 第6図は第1図の装置による合焦動作の他のfl+を示
すフローチャート図である。 1・・・縮小投影レンズ系 2・・・ウェハー 3・・・ウェハーステージ 4・・・高輝度光源 訃・・照明用レンズ 6・・・ピンホールをもつマスク 7・・・結像レンズ 8.9・・・折り曲げミラー 10・・・検出レンズ 11・・・2次元位置検出素子 12・・・ステージ駆動装置 13・・・制御装置 14・・・レーサ千渉計 21〜25・・・測定点 100・・・被露光領域(ショット)
Claims (3)
- (1)平板状物体を載置したまま投影光学系の光軸と略
直交する方向に沿って移動し、該平板状物体の所定面を
前記投影光学系の像面側に送り込むステージと、前記所
定面の前記光軸方向に関する位置及び傾きの少なくとも
一方を検出する為の検出器とを有し、該検出器による検
出に基づいて前記所定面を前記投影光学系の焦平面に合
焦させる装置において、前記検出器による検出を前記ス
テージの移動中に行なうことを特徴とする自動焦点合せ
装置。 - (2)前記ステージの移動中に、前記所定面を前記投影
光学系の焦平面に合焦せしめる動作を開始することを特
徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の自動焦点合せ
装置。 - (3)前記ステージの移動が完了する前に、前記合焦せ
しめる動作が完了することを特徴とする特許請求の範囲
(2)項記載の自動焦点合せ装置。
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