JPH0510815B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は投影露光装置に関し、特に原板を感光
体上に投影露光する際に、原板と感光体を正規の
光学的関係に導くための検知装置に関する。

半導体製造分野では原板であるフオトマスクあ
るいはレチクル（以下、これらをを総称してマス
クと呼ぶ）の集積、超集積回路パターンをウエハ
上に転写工程は何回も繰返して実行される点で大
切である。この転写工程に使用される半導体焼付
装置の型式は密着あるいは極近接露光方式と投影
露光方式に大別されるが、後者は更にレンズある
いは反射結像系を使用した等倍投影とレンズを使
用した縮小投影がある。

マスクのパターン像でウエハを露光するに先立
つて、マスクとウエハの位置関係を正確に設定す
ることは重要な手続きで、マスクとウエハの位置
関係としては焦点合わせによつて達成される光学
的共役関係と、整合関係がある。その際、位置関
係を検知するためにウエハのフオトレジスト層を
感光させることのない波長で行うのが望ましい
が、投影レンズが縮小系であると異なつた２波長
に対して焦点位置が一致したレンズを設計するこ
とが困難なケースがあり、その場合は露光波長の
光を使用して検知を行わざるを得ない。

一方、投影光学系に対する対象物体（ウエハ）
への焦点合わせのための物体位置検知の手法は既
に数多く提案されている。例えば、投影光学系と
は光学的に一切関係なく焦点検知装置を外側に設
け、この装置で検知した後、その情報に因り投影
位置でウエハが焦点面に正確に設定されるオフ・
アクシス型、あるいは投影光学系の全体もしくは
その要部を通る光路を使用して焦点検知するも
の、これはTTL（Through The Lens）型と呼び
うる、が知られている。

しかしながらオフ・アクシス型は投影位置で検
知が行われるわけではないからより良い結像関係
を作り出すことが難しく、また露光処理を迅速に
行えない欠点がある。

またTTL型であつても、投影光路中に光分割
プリズムを配置して投影光路から検知用光路を分
岐する構成の場合、プリズムによるシエーデング
現象あるいはプリズムの硝材の不均一性による解
像性能への悪影響など問題がある。

（本発明の目的） 本発明の目的はTTL型で且つ露光波長と異な
つた波長で検知を行うことのできる装置を提供す
ることである。

（実施例） 次に半導体投影露光装置の焦点検知に適用した
一実施例を第１図以下を用いて説明する。

第１図で、１は縮小投影レンズで、説明の都合
上極めて形式的に描いているが、実際には単一あ
るいは接合レンズの集合から成り多数の屈折面を
具える。２はマスクで、マスクの上方には不図示
の照明系が設けられているものとする。３は半導
体ウエハである。投影レンズ１はマスク２のパタ
ーン面とウエハ３の感光面を露光波長に対して共
役に関係付けている。

４は焦点検知用の光源で、露光波長とは異なつ
た波長を持つものとし、５はコンデンサーレンズ
である。６は焦点検知用の開口で、例えば第３図
の弧６′の形状をなす。尚、実施例では光量変化
を利用して検知しているので、変化を敏感にする
ため開口中を複数の線条スリツトに分割するのが
良い。

７と８は夫々投影レンズ１の屈折面で、屈折面
の前後の屈折率は同一の場合も異なつている場合
もある。屈折面７と８にはダイクロイツク膜形
式、即ち、露光波長光には100％近い透過率を持
ち、焦点検知用波長光にはその面で反射する回数
と透過する回数の比率に応じて残留する光量が最
も多くなる様に決めた反射率を示す干渉薄膜を蒸
着している。そして本例ではウエハ３側にわん曲
し光軸上に曲率中心を持つ面７と８に関して、検
知用波長光が面８をウエハ側から透過し、面７で
反射し、面８で内面反射した後、再度面７で反射
する型式の、点ｂとｃを物像点とする等倍反射系
を構成する。但しａ点を、投影レンズ１で投影さ
れたマスク２の検知用波長光による像の結像され
る位置とすると、マスク２の露光波長光による像
がウエハ表面３′に結像される時、ａ点はウエハ
表面３′から下方向に高さｈの位置にあり、ｂ点
とｃ点は逆側に高さｈを取つた位置にある。

次にマスク２の開口２０は焦点検知用の開口６
を検定するための機能を持ち、例えば第３図の弧
２０′の形状をなす。９は光電変換素子で開口２
０を通過した光を受光する。光電変換素子９の出
力は不図示の電気処理回路で信号処理され、それ
に従つてウエハ３は光軸方向に移動し、開口２０
を通過する光量が最大になつたところでウエハ３
を固定する。但し、本例ではマスク２及び投影レ
ンズ１は光軸方向に関して固定としているが、ウ
エハの替りにマスク３を光軸方向に移動しても良
いし、投影レンズ１を移動しても良く、更にはこ
れらの組合せ、もしくは一定基準量より大きい場
合はウエハを移動し、小さい値ではマスクを移動
すると云つたバリエーシヨンが可能である。

以上の構成で、光源４からの光がコンデンサー
レンズ５で収斂されて焦点検知用開口６を照明す
ると、焦点検知用開口６を発した光束は光路１０
と１１をたどり、レンズ面７と８を屈折透過し、
ウエハ側光路１２に達する。ここでは屈折だけで
きているので、当然ウエハ表面３′には結像せず、
ａ点に結像する様な光束形態となる。その際、ウ
エハ表面３′は鏡面とみなし得るから、この光束
はｂ点に結像し、次いでレンズ面８へ入射して界
面７で反射して光路１３に向う。尚、面７へ入射
した時、この面の干渉薄膜の反射以外の分は矢印
の様に透過するが、本願の主旨に関係しないから
以降の説明ではいちいち触れるのを省く。また面
８も同様である。

界面７で反射した光は順次、面８と面７で反射
して光路１３，１４，１５をたどり、投影レンズ
１を射出してｃ点に結像し、ウエハ３まで進んで
そこで反射する。第４図はウエハ上の様子を描い
ており、斜線を引いた区域は焦点検知用開口のボ
ケた像を示し、その間の正方形は実素子パターン
が投影される領域で示している。

ウエハ表面３′で反射した光束はあたかもｄ点
を発したが如き状態で、光路１５を逆行し、界面
７を屈折透過して光路１６をたどり、光路１７を
経てマスク２の検定用開口２０上に鮮明な像を結
ぶので、光電変換素子９は最高出力を出力する。

一方、もしウエハ３の位置が正規の位置から外
れていた場合（第２図）、例えばＳだけ上方にず
れていたとすると、光路はa′点まで同等である
が、ウエハ表面の偏倚によりb′点はｂ点より2Sだ
け変位し、その結果c′点はウエハ表面より下方に
移動する。またd′点はｄ点に対し約4Sだけずれた
位置になる。

従つてd′点を発した光束は投影レンズ１を下方
から透過した後、収斂傾向を持つて射出するが、
マスク２の下面には結像しないため、検定用開口
２０上には焦点検出用開口のボケた像が形成さ
れ、光電変換素子９の受光量は低下する。従つて
光電変換素子９の出力信号を処理する電子回路は
ウエハ３を移動する信号を出力し、ウエハ３を下
降させて光電変換素子９の出力が最大になつた位
置で停止させる。但し、以上の説明ではウエハを
上昇させるべきか下降させるべきかは定まらない
ため、検知工程が終つた後、常に一定量上昇又は
下降させて、出力が増加するか減少するかを検知
し、出力が増加すれば同方向に、減少すれば逆方
向に、増加の後減少すれば逆方向へそれぞれ移動
して出力が最大になる位置を求めるのが一法であ
る。なお、この過程についても種々変形が可能
で、ウエハ３を上昇させながら初期設定位置に設
定する直前に光量を測定し、光量の変化の方向か
らずれ方向を知ることもできる。

尚、上記実施例では１組の検知系でありながら
投影領域を挟み込んだ両側の値を平均したものを
合焦値として検出しているので、ウエハ表面に傾
きがある場合などずれ量が振りわけられて都合が
良い。また第３図の様に正方形の実素子パターン
を焼付けるには、レンズの有効像域３０の内、斜
線を施した領域があれば十分なので、残りの領域
を検知するために利用することができ、検知のた
めに中継する系が反射系であれば、物像は同一像
高について成立すると考えられるから、上述した
様に円弧状の部分は同じ合焦状態が得られ、ウエ
ハの広い面から合焦信号が得られる。

以上の例で、面７と８は投影レンズ１の最終レ
ンズの２面もしくは最終レンズの接合レンズ面と
最終レンズ面として示したが、２面が内側の屈折
面であつても良いし、２面が別々のレンズに設け
られていても良い。

第５図は１面を反射に利用した例を示し、投影
レンズ１はウエハに対してテレセントリツク、即
ち主光線がウエハ面に垂直に入射する型式で、更
に好ましくはマスクに対してもテレセントリツク
である。レンズ３２の平面はレンズの瞳の位置、
即ち主光線が光軸と交差する位置にあり、またダ
イクロイツク型の干渉薄膜が蒸着されている。従
つてレンズ３２の平面と投影レンズ１の最終レン
ズ面までに反射系が構成されるので、前述と同様
の手法で焦点検知を行うことができる。

尚、上述の実施例では焦点検知にボケ検知方法
の１つを適用しているが他の方法も適用可能であ
る。また本発明は半導体製造様のマスク・アライ
ナー以外にも使用できる。

（発明の効果） 以上述べた本発明によれば投影光学系自体の解
像性能を害することがなく、また投影光学系を通
しているため環境温度の変化等による結像位置の
移動を組込んだ補正が行われる効果がある。また
原板、投影光学系、感光体を含めて検知を行える
ため、誤差が入るのを防止できるし、あるいは投
影位置の焼付状態で直接検知がなされるから、ウ
エハの平面度が悪くて検知位置と焼付位置との高
さの差が投影光学系の被写界深度より大きくなる
と云つた不都合が防止できる。更に広い面から情
報光を取ることができるから、ウエハ表面のラン
ダムな凹凸での光の乱反射に起因する誤検知を防
止できる。

他に露光波長と検知波長を変えることができる
からウエハのフオトレジスト面を害することがな
く、露光波長を吸収又は反射防止する層をウエハ
上に設けたとしても検知に十分な反射光を得るこ
とができる。また投影光路中に検知のための光学
エレメントを挿脱させることもないから高スルー
プツトを維持できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例を示す光学
断面図である。第３図と第４図はそれぞれ実施例
を構成する部材の平面図である。第５図は別実施
例の光学断面図である。 図中、１は縮小投影レンズ、２はマスク、３は
ウエハ、４は焦点検知用光源、６は焦点検知用開
口、７と８は焦点検知用波長光を反射する屈折
面、２０は検定用開口である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の波長の光に対して規定の結像を成すべ
   く構成された投影光学系で原板のパターンを感光
   体上に転写する装置において、前記波長と異なる
   波長の光を使用して前記原板と感光体との位置関
   係を検知する検知手段を設け、位置関係を検知す
   るための光路は投影光学系内の光屈折面の内、少
   なくとも１面を反射面として使用することを特徴
   とする投影露光装置。 ２ 前記反射面は曲率中心の投影光学系の光軸上
   に在るか、光軸に垂直な面である特許請求の範囲
   第１項記載の投影露光装置。 ３ 前記反射面は前記所定の波長に対しては反射
   防止作用を持ち、位置関係検知のための波長に対
   しては反射回数に応じた反射率を持たせた干渉薄
   膜が施されている特許請求の範囲第１項記載の投
   影露光装置。 ４ 前記位置関係は、投影光学系に関する原板と
   感光体の光学的共役関係である特許請求の範囲第
   １項記載の投影露光装置。 ５ 前記反射面は感光体へ凹面を向けた２面で、
   これらは等倍反射系を構成する特許請求の範囲第
   １項記載の投影露光装置。 ６ 前記投影光学系は、光学系内に瞳を持つと共
   に感光体側にテレセントリツクであり、前記反射
   面は瞳位置もしくはその近傍に配される特許請求
   の範囲第１項記載の投影露光装置。