JPH0442601B2 - - Google Patents

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JPH0442601B2
JPH0442601B2 JP56211130A JP21113081A JPH0442601B2 JP H0442601 B2 JPH0442601 B2 JP H0442601B2 JP 56211130 A JP56211130 A JP 56211130A JP 21113081 A JP21113081 A JP 21113081A JP H0442601 B2 JPH0442601 B2 JP H0442601B2
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objective lens
optical system
light
wafer
condensing
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Takeshi Sudo
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Nikon Corp
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Nippon Kogaku KK
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
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    • G—PHYSICS
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は対物レンズの光軸に対してウエハ面や
被検物体面を垂直位置に正確に設置するための基
準位置検出装置特に水平位置検出装置に関する。
一般に、集積回路製造用の縮小投影型露光装置
には大きな開口数（N.A.）を有する投影対物レ
ンズが用いられているため、許容焦点範囲が非常
に小さい。このため、ウエハの露光領域を投影対
物レンズの光軸に対して正確な垂直位置に維持し
ない限り、露光領域全体にわたつて鮮明なパター
ンの露光を行なうことができない。ウエハ全体は
別途に設けられたオートフオーカス機構によりウ
エハ面上３点の検出によつて対物レンズの光軸に
対してほぼ垂直に位置合せされ得るが、ウエハの
大型化やシリコンに換わるガリウム、ヒ素等の新
材料ではウエハ自体の平面性が不安定になるため
ウエハの部分的な垂直位置検出が必要になる。そ
して、各回の露光と化学処理によりさらにウエハ
の変形が増大されるため、露光領域の正確な水平
検出が不可欠となつてきている。
本発明の目的は、投影対物レンズによりレチク
ル上のパターンが投影露光されるウエハ面が、投
影対物レンズの光軸に対して正確な垂直位置に配
置されているか否かを、非接触で精度良く検出す
ることのできる投影型露光装置用の水平位置検出
装置を提供することにある。
本発明による水平位置検出装置は、レチクル上
のパターンをウエハ面上に所定の倍率で投影露光
するための投影対物レンズと、該投影対物レンズ
の光軸外から前記ウエハ面上の前記レチクルパタ
ーンの像形成位置へ平行光束を供給する照射光学
系と、該照射光学系から供給され前記ウエハ面上
で反射される光束を集光するための集光対物レン
ズを有する集光光学系と、該集光対物レンズによ
る集光光の位置を検出するための検出手段とを設
けたものである。そして、照射光学系と集光光学
系との両光軸が投影対物レンズの光軸に関して対
称になるように配置し、照射光学系によるウエハ
面上への平行光束の照射領域を、前記投影対物レ
ンズによつてレチクル上のパターンが所定の倍率
で投影露光されるウエハ面上の露光領域とほぼ同
じ大きさとしたものである。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第
１図は本発明を縮小投影型露光装置に適用した第
１実施例の概略光路図である。投影対物レンズ１
に関してレテイクル２とウエハ３とが共役に維持
され、図示なき照明光学系によつて照明されたレ
テイクル２上のパターンがウエハ３上に縮小投影
される。このようなウエハの焼付露光はステツ
プ・アンド・リピートと呼ばれるようにウエハを
所定量だけ移動させて繰り返され、異なるパター
ンを有するレテイクルに交換するごとに同様の操
作が繰り返される。照射光学系１０は光源１１、
コンデンサーレンズ１２、微小円形開口を有する
絞り１３、照射対物レンズ１４からなり、コンデ
ンサーレンズ１２は光源１１の像を絞り１３上に
形成し、絞り１３上に焦点を有する照射対物レン
ズ１４により平行光束がウエハ３上に供給され
る。照射光学系１０から供給する光はウエハ３上
のレジストを感光させないために、露光光と異な
る波長の光である。また集光光学系２０は受光対
物レンズ２１と４分割受光素子２２とからなり、
照射光学系１０から供給されウエハ３で反射され
た光束は集光対物レンズ２１により集光対物レン
ズ２１の焦点位置に設けられた４分割受光素子２
２上に集光される。ここで、投影対物レンズ１の
光軸１ａに関して、照射光学系１０の光軸１０ａ
と集光光学系２０の光軸２０ａとは対称である。
従つて、投影対物レンズの光軸１ａに対してウエ
ハ３の露光領域が垂直を保つているならば、照射
光学系１０からの光束は４分割受光素子２２の中
心位置に集光される。またウエハ３の露光領域が
垂直からθだけ傾いているならば、ウエハ３で反
射される照射光学系１０からの平行光束は集光光
学系の光軸２０ａに対して2θ傾くため、４分割受
光素子２２上で中心から外れた位置に集光され
る。４分割受光素子２２上での集光点の位置から
ウエハ３の露光領域の傾き方向が検出され、制御
手段３１は４分割受光素子上の集光点の変位方向
及び量に対応する制御信号を発生し、駆動手段３
２により支持装置３３を移動させて、ウエハ３が
載置されたステージ３４がウエハ３の露光領域表
面の傾きを補正するように移動される。
このような構成によれば、照射光学系１０によ
つて照射される範囲のウエハ面について部分的な
傾き検出がなされ、ウエハ３上への照射領域を投
影対物レンズ１による露光領域とほぼ同じ大きさ
とすることによつて、露光領域を投影対物レンズ
１の光軸１ａに対して平均的に正確な垂直位置
を、自動的に設定することができる。
本発明による第２実施例は第２図に示すごと
く、集光光学系２０に円形開口を有する絞り２３
とコンデンサーレンズ２４とを追加したものであ
り、他の構成は第１図に示した第１実施例と同様
である。このため、図では制御手段、駆動手段、
支持装置等を省略した。照射光学系１０から供給
されウエハ３で反射された平行光束は、集光対物
レンズ２１によりその焦点位置に配置された絞り
２３上に集光され、コンデンサーレンズ２４に関
してこの絞り２３と共役な位置に配置された４分
割受光素子２２上でウエハ３の照射領域の傾きに
対応した変位位置に集光される。一般にウエハ３
上に形成される所定の回路パターンには微細な矩
形パターンがある程度の規則性を持つて形成され
ているため照射光束の直接反射光に加えて回折光
が発生するが、本実施例においては、絞り２３に
より回折光が除去されるため受光素子２２でのノ
イズの発生が少なくより正確な検出を行なうこと
ができる。
本発明による第３実施例は第３図に示すごとく
前述した第１実施例の構成に、焦点検出装置を組
合せたものである。図中制御手段３１駆動手段３
２、ステージ３４は省略され前記と同様の機能を
有する部材には同一の番号を符した。照射光学系
１０と集光光学系２０とは第１実施例と同一であ
るが、照射光学系１０中の照射対物レンズ１４と
絞り１３との間に第１ダイクロイツクミラー４１
が斜設され、集光光学系２０中の受光対物レンズ
２１と４分割受光素子２２との間に第２ダイクロ
イツクミラー４１′が斜設されている。第２の光
源４２は照射光学系１０中の光源１１とは異なる
光を発生し、この光は投影対物レンズ１によつて
ウエハ３を焼付露光するための光とも異なる第３
の光である。第２の光源４２からの光束はコンデ
ンサーレンズ４３により線状開口を有する絞り４
４上に集光され、コリメーターレンズ４５により
平行光束となつて第１ダイクロイツクミラーに達
する。第１ダイクロイツクミラー４１で反射され
た平行光束は、照射対物レンズ１４によりその焦
点位置に集光されウエハ３で反射された後集光対
物レンズ２１に入射する。集光対物レンズ１４を
通り第２ダイクロイツクミラー４２で反射された
光束はコンデンサーレンズ４６、、振動ミラー４
７を介して線状開口を有する絞り４８の後方に隣
接する第２の受光素子４９上に集光される。ここ
で、ウエハ３が照射対物レンズ１４及び集光対物
レンズ２１との両者の焦点位置に合致している場
合には、集光対物レンズ２１を射出する光束は平
行光束となり線状開口を有する絞り４８上に絞り
４４の線状開口像が形成される。振動ミラー４７
は絞り４４及び４８の線状開口に直角な方向で光
束を振動させる機能を有する。絞り４４の像はコ
リメーターレンズ４５及び照射対物レンズ１４に
よりウエハ面上に投影され、またウエハ面は集光
対物レンズ２１とコンデンサーレンズ４６とに関
して絞り４８と共役になるように配置されるなら
ば、各レンズのパワーは任意であり、コリメータ
ーレンズ４５とコンデンサーレンズ４６を削除す
ることも可能である。これらの焦点検出機構につ
いては特開昭56−42205号公報等に詳述されてお
り、自動合焦も可能である。第３図では、水平位
置検出用光束を実線で、また焦点検出用の光束を
点線で示した。
尚、自動合焦用の光は水平位置検出用の光と異
なる光を用い、４分割受光素子２２と受光素子４
９とは異なる感度特性を有することが望ましく、
これにより両者を同時に機能させても互いの信号
を独立に扱うことができるが、両者を同時に機能
させないならば、同一波長の光であつてもよい。
この場合第１、第２のダイクロイツクミラー４
１，４２はそれぞれ半透過境等のビームスプリツ
ターを用いればよい。いずれにしろ、照射対物レ
ンズ１４と集光対物レンズ２１とがそれぞれ２つ
の機能を有しており、ウエハ３に関して焦点検出
の場合には両対物レンズの間の光束が結像系であ
るのに対し、水平位置検出の場合には平行系であ
ることが特徴である。
このような第３実施例の構成によれば、水平位
置検出用の２つの対物レンズ１４と２１が焦点検
出用にも共用されるため、２つの検出光学系を簡
単に構成でき、投影対物レンズ１の周囲を複雑化
することがない。特に、集積回路製造用の縮小投
影型露光装置では、ウエハの全体的位置合せの複
数本の顕微境やウエハの自動的移送機構等が投影
対物レンズの周囲に設けられているため、新たな
光学系のための光路を設けることは空間的に大き
な制約を受けるが、本実施例の構成は従来の自動
合焦機構の光学系に組み込むことができ、極めて
有用である。
以上のごとく、本発明によれば、縮小投影対物
レンズによるウエハの露光領域など、対物レンズ
と所定の共役関係を持つ部分領域を対物レンズの
光軸に対して正確な垂直位置に設定されているこ
とを非接触で容易に検出することができる。そし
て平行光束が照射される部分領域に微小な凹凸が
あつてもこの部分領域の平均的平面が対物レンズ
光軸に対して垂直に配置できるため、対物レンズ
の許容焦点範囲が非常に挾い場合にもこの部分領
域全体にわたつて最良の像を得ることができる。
尚、本発明は実施例に示した縮小投影型露光装置
に限らず、顕微鏡にも用いることができることは
いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明によ
る第１、第２、第３実施例の構成を示す概略光路
図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １…投影対物レン
ズ、２…レテイクル、３…ウエハ、１０…照射光
学系、１１…光源、２０…集光光学系。２２…４
分割受光素子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ レチクル上のパターンをウエハ面上に所定の
    倍率で投影露光するための投影対物レンズと、該
    投影対物レンズの光軸外から前記ウエハ面上の前
    記レチクルパターンの像形成位置へ平行光束を供
    給する照射光学系と、該照射光学系から供給され
    前記ウエハ面上で反射される光束を集光するため
    の集光対物レンズを有する集光光学系と、該集光
    対物レンズによる集光光の位置を検出するための
    検出手段とを設け、前記照射光学系と前記集光光
    学系との両光軸が前記投影対物レンズの光軸に関
    して対称になるように配置し、前記照射光学系に
    よる前記ウエハ面上への平行光束の照射領域は、
    前記投影対物レンズによつて前記レチクル上のパ
    ターンが所定の倍率で投影露光される前記ウエハ
    面上の露光領域とほぼ同じ大きさであることを特
    徴とする水平位置検出装置。
JP56211130A 1981-12-26 1981-12-26 水平位置検出装置 Granted JPS58113706A (ja)

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