JPH0560254B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は投影露光装置及びそれを用いたデバイ
ス製造方法に関し、特にIC，LSI等の微細なパタ
ーンが形成されているレチクル面上の回路パター
ンを投影光学系を介してウエハ面上に投影露光す
る際に高精度にしかも自動的に投影露光させるこ
とのできる投影露光装置及びそれを用いたデバイ
ス製造方法に関するものである。

（従来の技術） 最近の半導体製造技術は電子回路の高集積化、
微細化の一途を辿り、光学的な露光方式も高解像
力の投影光学系の開発等でますますその領域を拡
げつつある。このような半導体製造における露光
装置いおいて、マスク又はレチクルの回路パター
ンをウエハ面上に転写、焼付ける場合には、ウエ
ハ面上に焼付けられるパターンの解像線幅を１、
露光波長をλ、投影光学系の有効Ｆナンバーを
Fe，C₁を定数としたとき一般に １＝C₁・λ・Fe となる。この為最近、半導体製造においては従来
の高圧水銀灯の代わりに遠紫外領域を発振波長と
する高出力の光源であるエキシマレーザーを適用
することが種々研究されている。このエキシマレ
ーザーは高輝度で、単色性に優れ又可干渉性が比
較的低い為に半導体製造用の投影露光装置にとつ
て大変有効であることが指摘されている。

一方ウエハ面上での回路パターンの解像線幅は
投影光学系の光学性能と共に回路パターンのウエ
ハ面上で投影結像状態即ちピント状態に大きく影
響されてくる。例えば投影光学系の焦点深度ｄは
C₂を定数とすると ｄ＝C₂・λ・Fe² の関係がある。即ち波長の短い程、焦点深度ｄは
浅くなつてくる。この為、投影光学系の周囲の気
圧や温度等の環境変化によるピント移動やウエハ
等の半導体基板のそり等を考慮し投影露光する際
には常に精密な焦点調節が必要となつている。

しかしながら回路パターンをウエハ面上に何度
も繰り返して投影露光する過程において、その都
度焦点調節を厳密に行うことは現実では大変困難
となつている。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は回路パターンをウエハ面上の投影露光
する際に高精度にしかも自動的に投影露光させる
ことのできる投影露光装置及びそれを用いたデバ
イス製造方法の提供を目的とする。

本発明の更なる目的はパルス発光する光源、例
えばエキシマレーザーを利用し高スループツト化
を図つた投影露光装置及びそれを用いたデバイス
製造方法の提供にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の投影露光装置は、投影光学系によるレ
チクルパターンの結像面に基板の被露光面を一致
させ、照明光によりレチクルパターンを照明して
投影光学系によりレチクルパターンを基板の被露
光面上に結像させる投影露光装置において、前記
投影光学系が光射出側がテレセントリツクな光学
系により構成され、前記基板を前記投影光学系の
光軸方向に移動させる基板枢動手段と、前記光軸
方向に移動中の前記基板の被露光面が前記結像面
に一致したことを検出する合焦検出手段と、前記
光軸方向に移動中の前記基板の被露光面上に前記
レチクルパターンが結像するよう前記合焦検出手
段による検出に応じて前記照明光により前記レチ
クルパターンを照明する手段とを有することを特
徴としている。

又、本発明のデバイス製造方法は、投影光学系
による微細パターンの結像面に基板の被露光面を
一致させ、照明光により微細パターンを照明して
投影光学系により微細パターンを基板の被露光面
上に結像する段階を含むデバイス製造方法におい
て、前記投影光学系は光射出側がテレセントリツ
クな光学系より成り、前記基板を前記投影光学系
の光軸方向に移動させ、前記光軸方向に移動中の
前記基板の被露光面が前記結像面に一致した時、
前記光軸方向に移動中の前記基板の被露光面上に
前記微細パターンが結像するよう前記照明光によ
り前記微細パターンを照明することを特徴として
いる。

この他本発明の特徴は実施例において記載され
ている。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の概略図である。同
図において１はパルス発光する光源で例えばエキ
シマレーザーから成つている。２は光源１からの
光束を反射させるミラー、３は光束を所定の開口
数NAの光束に変換し後述するレチクル４面上を
均一照明する為の照明光学系、４は第１物体であ
る電子回路等の微細パターンが形成されているレ
チクルであり、その面上の一部には回路パターン
と同様な微細のヌキパターン等から成る自動焦点
検出用のオートフオーカスマーク（以下AFマー
ク）５が設けられている。６は投影光学系であり
レチクル４面上の回路パターンを第２物体（基
板）であるウエハ７面（被露光面）上に投影して
いる。この投影は一般に1/5，1/10等の縮小投影
である。ウエハ７は焦点調節の為に投影光学系６
の光軸方向へ移動するＺステージ８とレチクル４
との相対位置合わせの為のXYステージ９上に保
持されている。又投影光学系は射出テレセン系に
なつており、投影面即ちウエハ７の光軸方向の移
動によつて投影倍率が変化しないようになつてい
る。ウエハ７、Ｚステージ（基板駆動手段）８そ
してXYステージ９は定盤１０上に配置され防振
対策がなされている。１１はハーフミラー１２は
焦点検出用の光学系で例えば顕微鏡等から成つて
いる。１３はスリツト、１４は光検出器、光学系
１２、スリツト１３、光検出器１４は検出手段
（合焦検出手段）の一部を構成している。１５は
処理手段であり光検出器１４からの信号に応じて
内部に有するトリガーパルス発生回路からトリガ
ーパルスを発生させて光源１をパルス発光させる
ようになつている。

この他本実施例ではレチクル４とウエハ７との
相対的位置合わせを行う為のアライメント光学系
が配置されているが簡単の為に同図では省略して
ある。

本実施例においてはレチクル４面上の回路パタ
ーンと共にレチクル４面上の一部に設けたAFマ
ーク５を投影光学系６によりウエハ７面上に投影
させている。ウエハ７面上のAFマーク５の像は
反射し投影光学系６とハーフミラー１１を介して
第１次結像面１６に形成し、更に焦点検出用の光
学系１２によりスリツト１３の近傍に再結像して
いる。スリツト１３とレチクル４とは光学的に共
役位置に配置してある。この為AFマーク５の像
がウエハ７面上に合焦して投影されているときは
スリツト１３上のAFマーク５の像は鮮明に結像
される。

スリツト１３の開口の大きさをAFマーク５の
大きさと同程度にしておくことによりAFマーク
５がウエハ７面上に完全に合焦したときにスリツ
ト１３を通過する光量が最大となるようにしてい
る。それ以外のときはスリツト１３面上のAFマ
ーク５の像がボケるのでスリツト１３を通過する
光量は減少する。スリツト１３を通過する光量を
光検出器１４で検出し、電気信号に変換して演算
手段１５に入力している。このとき本実施例では
ウエハ７を保持しているＺステージ８を投影光学
系６の光軸方向に移動させウエハ７面上に投影さ
れるAFマーク５の結像状態を変化させている。
これにより光検出器１４より得られる出力信号は
横軸にＺステージ８の移動量を採ると第２図に示
すようになる。光検出器１４から得られる出力信
号が最大となるＺステージの位置Ｆが合焦位置、
即ちレチクル４面上の回路パターンがウエハ７面
上に最も良好に投影結像されている位置となる。
本実施例ではこのときの位置Ｆを検出することに
より合焦調節を行つている。そして演算手段１５
により位置Ｆ若しくは位置Ｆでの光検出器１４か
らの出力信号を記憶しておき、再度Ｚステージ８
を移動させウエハ７が位置Ｆにきたときにトリガ
ーパルス発生回路からトリガーパルスを発生させ
光源１をパルス発光させている。これによりレチ
クル４面上の回路パターンをウエハ７面上に投影
露光している。

尚本実施例において光学系１２を用いずにスリ
ツト１３を直接第１次結像面１６の位置に配置す
るようにしても良い。

本実施例における投影光学系６の焦点深度及び
ピント位置変動量は各々数μm程度なのでＺステ
ージ８の駆動ストロークは20μm程度で十分とな
る。従つて焦点検出精度を向上させる為にＺステ
ージを繰り返し数回移動させても短時間で完了す
るので高精度にしかも迅速に焦点検出を行うこと
ができる。尚Ｚステージは連続的に移動させても
良く又段階的に移動させるようにしても良い。本
実施例において光源としてエキシマレーザーを用
いれば、エキシマレーザーのパルス幅は一般に10
〜20nsec程度と非常に短いので発光時間内でステ
ージを停止させないで露光してもＺステージの移
動量が少なくピントずれを無視することが出来
る。この為エキシマレーザーを用いれば高スルー
プツト化が可能となる。

本実施例において処理手段から光源へ合焦信号
を送り光源をパルス発光させるまでに電気回路上
の理由から時間的な遅れが生ずる場合は予めその
時間を見込んだ補正回路を設け光源のパルス発光
時間を早めるように構成するのが好ましい。本実
施例において合焦位置の検出方法としてはどのよ
うな方法を用いても良く、例えば光量分布の重心
位置を評価量にとつても良く又Ｚステージの移動
変位に対する光量変化の微分値を評価量にとり微
分値が０になつたところを合焦位置Ｆに選ぶよう
にしても良い。微分値を利用すればＺステージの
送りを基準位置から位置Ｆまでの片道だけ行つて
あれば良いので、より高速に合焦検出が可能とな
る。

本実施例ではAFマークを有する検出手段を投
影光学系の画面内に複数個設けても良く、これに
よればウエハの湾曲や傾き等を考慮したより高精
度の焦点検出が可能となる。

又検出手段をレチクルと投影光学系との間に配
置する代わりに投影光学系とウエハとの間に配置
するようにしても良い。

本実施例ではパルス発光する光源の代わりに水
銀灯等の通常の連続発振する光源と高速シヤツタ
ーとを組み合わせたものを用いるようにしても本
発明の目的を達成することが出来る。

（発明の効果） 本発明によれば第１物体を投影光学系を介して
第２物体面上に投影露光する際、合焦位置に達し
たときに光源をパルス発光させることにより高精
度にしかも迅速に焦点調節を行つた投影露光装置
及びそれを用いたデバイス製造方法を達成するこ
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概略図、第２図は
本発明において焦点検出を行つたときの光検出器
からの出力信号の説明図である。 図中、１は光源、３は照明光学系、４は第１物
体としてのレチクル、５はAFマーク、６は投影
光学系、７は第２物体としてのウエハ、８はＺス
テージ、１１はハーフミラー、１２は焦点検出用
の光学系、１３はスリツト、１４は光検出器、１
５は処理手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投影光学系によるレチクルパターンの結像面
   に基板の被露光面を一致させ、照明光によりレチ
   クルパターンを照明して投影光学系によりレチク
   ルパターンを基板の被露光面上に結像させる投影
   露光装置において、前記投影光学系が光射出側が
   テレセントリツクな光学系により構成され、前記
   基板を前記投影光学系の光軸方向に移動させる基
   板枢動手段と、前記光軸方向に移動中の前記基板
   の被露光面が前記結像面に一致したことを検出す
   る合焦検出手段と、前記光軸方向に移動中の前記
   基板の被露光面上に前記レチクルパターンが結像
   するよう前記合焦検出手段による検出に応じて前
   記照明光により前記レチクルパターンを照明する
   手段とを有することを特徴とする投影露光装置。 ２ 投影光学系による微細パターンの結像面に基
   板の被露光面を一致させ、照明光により微細パタ
   ーンを照明して投影光学系により微細パターンを
   基板の被露光面上に結像する段階を含むデバイス
   製造方法において、前記投影光学系は光射出側が
   テレセントリツクな光学系より成り、前記基板を
   前記投影光学系の光軸方向に移動させ、前記光軸
   方向に移動中の前記基板の被露光面が前記結像面
   に一致した時、前記光軸方向に移動中の前記基板
   の被露光面上に前記微細パターンが結像するよう
   前記照明光により前記微細パターンを照明するこ
   とを特徴とするデバイス製造方法。