JPH0582416A - Projection exposing device and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Projection exposing device and manufacture of semiconductor device

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JPH0582416A
JPH0582416A JP3267082A JP26708291A JPH0582416A JP H0582416 A JPH0582416 A JP H0582416A JP 3267082 A JP3267082 A JP 3267082A JP 26708291 A JP26708291 A JP 26708291A JP H0582416 A JPH0582416 A JP H0582416A
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JP
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wafer
light
detecting
reflected
projection
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Application number
JP3267082A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirohiko Shinonaga
浩彦 篠永
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Abstract

PURPOSE:To quickly position a wafer on the optimum image forming plane of a projection optical system with high accuracy by correcting a detection error caused by the surface reflection of a resist film coating the surface of the wafer and reflected light from the surface of the wafer by an oblique incidence AF system with a detected result obtained by an interference AF system. CONSTITUTION:In order to detect the surface of a resist, a Z-stage 3c is moved in the direction in which a wafer W is brought nearer to a second detecting means 6 (interference AF system). Then the stage 3c is stopped at the position where the peak intensity of signal outputs is first detected. Thereafter, a parallel plate 27 is driven to set so that the output of a first detecting means (oblique incidence AF system) can become a prefixed reference signal by driving an X- and Y-stages 3a and 3b under such condition and moving the wafer W to the position immediately below a projection lens PL. Therefore, the wafer can be quickly positioned to the optimum image forming plane of a projection optical system with high accuracy, because the measured value of the first detecting means is corrected with the measured value of the second detecting means.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置、例えば半
導体デバイス製造用の縮小型の投影露光装置(ステッパ
ー)に関し、特にウエハーステージ上に載置された半導
体ウエハーの各被露光領域を縮小型の投影レンズ系(投
影光学系)の焦平面に合焦せしめる為に使用される自動
焦点合せ装置を有した投影露光装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus, for example, a reduction type projection exposure apparatus (stepper) for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a reduction type exposure exposure area of a semiconductor wafer mounted on a wafer stage. The present invention relates to a projection exposure apparatus having an automatic focusing device used for focusing on the focal plane of the projection lens system (projection optical system).

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、超LSIの高集積化に応じて回路
パターンの微細化が進んでおり、これに伴なってステッ
パーの縮小型の投影レンズ系は、より高NA化されて、
これに伴ない回路パターンの転写工程におけるレンズ系
の許容進度(焦点深度)がより狭くなっている。又、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。
2. Description of the Related Art At present, miniaturization of circuit patterns is progressing in accordance with the high integration of VLSI, and accordingly, the reduction type projection lens system of the stepper has higher NA.
Along with this, the allowable progress (depth of focus) of the lens system in the transfer process of the circuit pattern is narrower. Also, the size of the exposed region to be exposed by the projection lens system tends to be increased.

【0003】このようなことにより大型化された被露光
領域全体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、投影レンズ系の許容深度内に確実に、ウエハ
ーの被露光領域(ショット)全体を位置付ける必要があ
る。これを達成する為には、ウエハー表面の投影レンズ
系の光軸方向の位置を高精度に検出し、ウエハー表面の
位置を調整してやることが重要となってくる。
In order to make it possible to transfer a good circuit pattern over the entire exposed area which has been enlarged in size as described above, the exposed area of the wafer must be surely held within the allowable depth of the projection lens system. The whole shot must be positioned. In order to achieve this, it is important to detect the position of the projection lens system on the wafer surface in the optical axis direction with high accuracy and adjust the position of the wafer surface.

【0004】ステッパーにおけるウエハー表面の位置の
検出方法としては、ウエハー表面に光束を斜め方向から
入射させ、ウエ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射光の位置ずれとして検出する検出
光学系を用いて、ウエハー表面の位置を検出する方法
(以下「斜入射AF」という。)や測定面(ウエハー
面)を照射した光束の反射光束(信号光)と測定面とは
独立に設けた参照面を照射した光束の反射光束(参照
光)とを合成したときに得られる干渉信号を利用して該
測定面の位置情報(所定位置からの距離等)を検出する
方法(以下「干渉AF」という。)等がある。
As a method of detecting the position of the wafer surface in the stepper, a light beam is incident on the wafer surface from an oblique direction, and the positional deviation of the reflection point of the reflected light from the wafer surface is detected as the positional deviation of the reflected light on the sensor. The detection optical system is used to detect the position of the wafer surface (hereinafter referred to as “oblique incidence AF”), and the reflected light beam (signal light) of the light beam irradiated on the measurement surface (wafer surface) and the measurement surface are independent. A method of detecting position information (distance from a predetermined position, etc.) of the measurement surface by using an interference signal obtained when a reflected light flux (reference light) of a light flux irradiating the reference surface provided on the "Interference AF")) and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のウエハー表面の
位置の検出方法のうち斜入射AF方式の場合は、位置検
出が高速に行なえる特長を有している。しかしながら被
投影基板であるウエハー面上には一般に光学的にほぼ透
明なレジスト膜が存在するため、レジスト膜の表面反射
と基板面(ウエハー面)からの反射光の干渉の影響を受
ける場合があった。
Among the conventional wafer surface position detecting methods, the oblique incidence AF method has a feature that position detection can be performed at high speed. However, since an optically transparent resist film is generally present on the wafer surface that is the projection target substrate, it may be affected by the surface reflection of the resist film and the interference of the reflected light from the substrate surface (wafer surface). It was

【0006】又基板(ウエハー)に構成されているパタ
ーンにより検出光の光路が変化してしまう場合があっ
た。即ちレジスト膜の膜厚、屈折率、基板の反射率、形
状等により計測値が変化するという問題点があった。干
渉AF方式は、測定レンジが狭いという問題点があっ
た。
Further, the optical path of the detection light may change depending on the pattern formed on the substrate (wafer). That is, there is a problem that the measured value changes depending on the film thickness of the resist film, the refractive index, the reflectance of the substrate, the shape, and the like. The interference AF method has a problem that the measurement range is narrow.

【0007】本発明は斜入射AF方式と干渉AF方式の
双方を適切に利用することにより、斜入射AF方式によ
るウエハー面上に塗布したレジスト膜の表面反射とウエ
ハー面(基板面)からの反射光に基づく検出誤差を干渉
AF方式によって得られた検出結果に基づいて補正する
ことにより、常に投影光学系の最適結像面にウエハーを
高速・高精度に位置させることができる半導体デバイス
製造に好適な投影露光装置の提供を目的とする。
According to the present invention, by appropriately utilizing both the oblique incidence AF method and the interference AF method, the surface reflection of the resist film coated on the wafer surface and the reflection from the wafer surface (substrate surface) by the oblique incidence AF method are performed. Suitable for manufacturing semiconductor devices that can always position the wafer on the optimum image plane of the projection optical system with high speed and high accuracy by correcting the detection error based on the light based on the detection result obtained by the interference AF method. It aims at providing a simple projection exposure apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、第1物体面上のパターンを投影光学系を介して可動
ステージに載置した第2物体面上に投影露光する投影露
光装置において、該第2物体面上に斜め方向から光束を
照射し、該第2物体面からの反射光束の光路の変化を検
出することにより、該第2物体面の光軸方向の位置を検
出する第1検出手段と、光源手段からの光束を複数の光
束に分割し、1つの光束を該第2物体面上の露光領域に
照射し、該露光領域で反射した信号光と、他の1つの光
束を参照反射面に導光し、該参照反射面で反射した参照
光とを合成したときに得られる干渉信号を用いて該第2
物体面の光軸方向の位置を検出する第2検出手段とを有
しており、該第2検出手段で得られた検出結果に基づき
該第1検出手段により該第2物体面の位置を検出するよ
うにしたことを特徴としている。
A projection exposure apparatus according to the present invention is a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern on a first object plane onto a second object plane mounted on a movable stage via a projection optical system. Detecting the position of the second object surface in the optical axis direction by irradiating the second object surface with a light beam from an oblique direction and detecting a change in the optical path of the reflected light beam from the second object surface. 1 detection means and the light flux from the light source means is divided into a plurality of light fluxes, one light flux is applied to the exposure area on the second object plane, the signal light reflected by the exposure area, and the other one light flux Is guided to a reference reflection surface, and the interference signal obtained when the reference light reflected by the reference reflection surface is combined with the second light is used.
A second detecting means for detecting the position of the object surface in the optical axis direction, and the first detecting means detects the position of the second object surface based on the detection result obtained by the second detecting means. It is characterized by doing so.

【0009】又本発明の半導体デバイス製造方法として
は、前記ウエハー面上に斜め方向から光束を照射し、該
ウエハー面からの反射光束の光路の変化を検出すること
により、該ウエハー面の光軸方向の位置を検出する第1
検出手段と、光源手段からの光束を複数の光束に分割
し、1つの光束を該ウエハー面上の露光領域に照射し、
該露光領域で反射した信号光と、他の1つの光束を参照
反射面に導光し、該参照反射面で反射した参照光とを合
成したときに得られる干渉信号を用いて該ウエハー面の
光軸方向の位置を検出する第2検出手段とを有してお
り、該第2検出手段で得られた検出結果に基づき該検出
手段により該ウエハー面の位置を検出した後、レチクル
面上のパターンを投影光学系を介して該ウエハー面上に
投影露光し、半導体デバイスを製造するようにしたこと
を特徴としている。
Further, in the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a light beam is radiated onto the wafer surface from an oblique direction, and a change in the optical path of a light beam reflected from the wafer surface is detected, whereby the optical axis of the wafer surface is detected. First to detect the position in the direction
The light flux from the detection means and the light source means is divided into a plurality of light fluxes, and one light flux is applied to the exposure area on the wafer surface,
Using the interference signal obtained when the signal light reflected in the exposure area and the other one light flux are guided to the reference reflection surface and the reference light reflected by the reference reflection surface is combined, Second detection means for detecting the position in the optical axis direction, and after detecting the position of the wafer surface by the detection means based on the detection result obtained by the second detection means, The semiconductor device is manufactured by projecting and exposing the pattern onto the wafer surface through a projection optical system.

【0010】[0010]

【実施例】図1は本発明の実施例1の要部斜視図、図
2,図3は図1の一部分の説明図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a perspective view of essential parts of a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are explanatory views of a part of FIG.

【0011】図1において、PLは縮小型の投影レンズ
系(投影光学系)であり、その光軸は図中AX1で示し
ている。投影レンズ系PLはレチクルRの回路パターン
を例えば1/5倍に縮小して投影し、その焦平面に回路
パターン像を形成している。又光軸AX1は図中のz軸
方向と平行な関係にある。Wは表面にレジストを塗布し
たウエハーであり、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
てある。
In FIG. 1, PL is a reduction type projection lens system (projection optical system), and its optical axis is indicated by AX1 in the figure. The projection lens system PL reduces the circuit pattern of the reticle R by a factor of, for example, 1/5, and projects it to form a circuit pattern image on its focal plane. The optical axis AX1 is parallel to the z-axis direction in the figure. W is a wafer whose surface is coated with a resist, and has a large number of exposed regions (shots) in which the same patterns are formed in the previous exposure step.

【0012】3はウエハーを載置するウエハーステージ
である。ウエハーWはウエハーステージ3のZステージ
3cのウエハーチャック(不図示)に吸着され固定して
いる。ウエハーステージ3はx軸方向に動くXステージ
3aと、y軸方向に動くYステージ3bと、z軸方向及
びx,y,z軸方向に平行な軸のまわりにモータ10に
より回転するZステージ3cとで構成している。又x,
y,z軸は互いに直交するように設定してある。従っ
て、ウエハーステージ3を駆動することにより、ウエハ
ーWの表面の位置を投影レンズ系PLの光軸AX1方向
及び光軸AX1に直交する平面に沿った方向に調整し、
更に焦平面、即ち回路パターン像に対する傾きも調整し
ている。
Reference numeral 3 is a wafer stage on which a wafer is placed. The wafer W is adsorbed and fixed to a wafer chuck (not shown) of the Z stage 3c of the wafer stage 3. The wafer stage 3 includes an X stage 3a that moves in the x-axis direction, a Y stage 3b that moves in the y-axis direction, and a Z stage 3c that rotates by a motor 10 around an axis parallel to the z-axis direction and the x, y, and z-axis directions. It consists of and. Also x,
The y and z axes are set to be orthogonal to each other. Therefore, by driving the wafer stage 3, the position of the surface of the wafer W is adjusted in the optical axis AX1 direction of the projection lens system PL and the direction along the plane orthogonal to the optical axis AX1,
Furthermore, the tilt with respect to the focal plane, that is, the circuit pattern image is also adjusted.

【0013】Xステージ3aとYステージ3bはレーザ
干渉装置(不図示)により、その位置情報を検出し、位
置調整を行っている。7は反射板であり、その面上には
細いパターンが形成されており、Zステージ3c面上の
ウエハーWの外側の一部に載置している。4は投光器で
ありスポット光をウエハーW面上の投影光学系PLの光
軸AX1近傍に照射している。5は受光器であり、投光
器4からの光束のうちウエハーW面からの反射光を受光
し、受光位置よりウエハーWのZ方向(光軸AX1方
向)の位置情報を求めている。受光器5として2分割セ
ンサーやPSDを使う場合、センサーからの差動出力が
0になった時にウエハーW面が投影光学系PLの焦平面
と一致するように設定される。このような出力値をここ
では基準信号と呼ぶことにする。
The X stage 3a and the Y stage 3b detect position information by a laser interference device (not shown) and adjust the position. Reference numeral 7 is a reflector, which has a thin pattern formed on the surface thereof and is placed on a part of the outside of the wafer W on the surface of the Z stage 3c. A light projector 4 irradiates the spot light in the vicinity of the optical axis AX1 of the projection optical system PL on the surface of the wafer W. A light receiver 5 receives the reflected light from the surface of the wafer W in the light flux from the light projector 4, and obtains position information of the wafer W in the Z direction (optical axis AX1 direction) from the light receiving position. When a two-divided sensor or PSD is used as the light receiver 5, the surface of the wafer W is set so as to coincide with the focal plane of the projection optical system PL when the differential output from the sensor becomes zero. Such an output value will be called a reference signal here.

【0014】投光器4と受光器5はウエハーWの光軸A
X1方向の位置、即ち投影光学系PLの焦平面に対する
ウエハーW表面のずれ(像面位置)情報を検出する斜入
射AF方式の第1検出手段の一要素を構成している。
The light projector 4 and the light receiver 5 are arranged on the optical axis A of the wafer W.
It constitutes one element of the first detection means of the oblique incidence AF method for detecting the position (image plane position) information of the surface of the wafer W with respect to the position in the X1 direction, that is, the focal plane of the projection optical system PL.

【0015】6は干渉を利用した第2検出部であり、投
影光学系PLの近傍に配置している。第2検出部6は後
述するようにウエハーW面からの反射光(信号光)とウ
エハーWとは独立に設けた参照反射面からの反射光(参
照光)とを合成したときに得られる干渉信号を利用して
ウエハーW面の第2検出部6の光軸AX2方向の位置を
検出するようにした干渉AF方式を用いている。
Reference numeral 6 is a second detecting section utilizing interference, which is arranged near the projection optical system PL. As will be described later, the second detection unit 6 obtains the interference obtained when the reflected light (signal light) from the wafer W surface and the reflected light (reference light) from the reference reflecting surface provided independently of the wafer W are combined. An interference AF method is used in which the position of the second detection unit 6 on the wafer W surface in the optical axis AX2 direction is detected using a signal.

【0016】8は信号処理部であり第2検出部6で得た
干渉信号を用いてウエハーWの光軸AX2方向の位置情
報を求めている。第2検出部6と信号処理部8はウエハ
ーWの光軸AX2方向の位置を検出する干渉AF方式の
第2検出手段の一要素を構成している。9は制御回路で
あり、信号処理部8や受光器5からの信号に基づいてモ
ータ10を駆動させ、Zステージ3cのZ方向の位置を
制御している。
Reference numeral 8 denotes a signal processing unit which obtains position information of the wafer W in the optical axis AX2 direction using the interference signal obtained by the second detection unit 6. The second detection unit 6 and the signal processing unit 8 constitute one element of the interference AF type second detection means for detecting the position of the wafer W in the optical axis AX2 direction. A control circuit 9 drives the motor 10 based on signals from the signal processing unit 8 and the light receiver 5 to control the position of the Z stage 3c in the Z direction.

【0017】図2は図1の斜入射AF方式の第1検出手
段の構成を示した説明図である。同図において投光器4
は、発光ダイオード21,集光レンズ22,絞り23,
第1結像レンズ24で構成している。発光ダイオード2
1からの光束は集光レンズ22により集光し、絞り23
を照明している。そして第1結像レンズ24により絞り
23の像をウエハーW上に結像するようにし、これによ
りウエハーW面上にスポット光を照射している。
FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of the first detecting means of the oblique incidence AF system of FIG. In the figure, the projector 4
Is a light emitting diode 21, a condenser lens 22, a diaphragm 23,
It is composed of the first imaging lens 24. Light emitting diode 2
The light flux from No. 1 is condensed by the condenser lens 22, and the diaphragm 23
Is illuminating. Then, the image of the diaphragm 23 is formed on the wafer W by the first image forming lens 24, so that the spot light is irradiated onto the surface of the wafer W.

【0018】受光器5は、第2結像レンズ25,位置検
出センサ26,回動可能の平行平面板27より構成して
いる。ウエハーWにより反射したスポット光である絞り
23の像を第2結像レンズ25により回動可能の平行平
面板27を介して位置検出センサ26上に結像してい
る。位置検出センサ26は光線の結像位置(ウエハーW
のZ方向の位置)に対応した信号を出力している。即ち
位置検出センサ26への光束の入射位置情報よりウエハ
ーWのZ方向の位置情報を求めている。
The light receiver 5 comprises a second image forming lens 25, a position detecting sensor 26, and a rotatable parallel plane plate 27. The image of the diaphragm 23, which is the spot light reflected by the wafer W, is imaged on the position detection sensor 26 by the second imaging lens 25 through the rotatable parallel plane plate 27. The position detecting sensor 26 detects the image forming position of the light beam (wafer W
Signal in the Z direction) is output. That is, the position information of the wafer W in the Z direction is obtained from the incident position information of the light flux on the position detection sensor 26.

【0019】図3は図1の第2検出部6の要部概略図で
ある。同図において白色の光源手段Lからの光束をコリ
メーターレンズCL1で平行光束とし、ビームスプリッ
ターBSで反射光と透過光の2つの光束に分割してい
る。このうち反射光LRはウエハーW面上に導光し、ウ
エハーWで反射した信号光は元の光路を戻り、ビームス
プリッターBSに入射する。又透過光LTは参照反射面
Mに入射し、参照反射面Mで反射した参照光は元の光路
を戻り、ビームスプリッターBSに入射する。
FIG. 3 is a schematic view of a main part of the second detector 6 of FIG. In the figure, the light flux from the white light source means L is collimated by the collimator lens CL1 and split into two light fluxes of reflected light and transmitted light by the beam splitter BS. Of these, the reflected light LR is guided onto the surface of the wafer W, and the signal light reflected by the wafer W returns to the original optical path and enters the beam splitter BS. Further, the transmitted light LT is incident on the reference reflection surface M, the reference light reflected by the reference reflection surface M returns to the original optical path, and is incident on the beam splitter BS.

【0020】そしてビームスプリッターBSで信号光と
参照光を合成させ、互いに干渉させ、該干渉信号を検出
器Dで検出している。検出器Dからの干渉信号は信号処
理部8に入力している。信号処理部8は干渉信号を信号
処理し、ウエハーW面の光軸AX2方向の位置情報を求
めている。
Then, the beam splitter BS combines the signal light and the reference light and causes them to interfere with each other, and the interference signal is detected by the detector D. The interference signal from the detector D is input to the signal processing unit 8. The signal processing unit 8 processes the interference signal to obtain position information of the wafer W surface in the optical axis AX2 direction.

【0021】尚、本実施例において図6に示すようにビ
ームスプリッターBSとウエハーWとの間に対物レンズ
OL1を配置し、又ビームスプリッターBSと参照面M
との間に対物レンズOL1と同様の対物レンズOL2を
配置し、集光光束を各々の面に入射させてもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the objective lens OL1 is arranged between the beam splitter BS and the wafer W, and the beam splitter BS and the reference plane M are arranged.
An objective lens OL2 similar to the objective lens OL1 may be disposed between and to cause the condensed light flux to enter each surface.

【0022】図4は図3に示す構成において被検面(ウ
エハー面)Wを光軸AX2方向に移動させた時のウエハ
ーWの位置Δとその時の検出器Dより得られる信号出力
の強度I(Δ)をグラフにしたものである。図中、強度
I(Δ)が最大となった所が図3のL→BS→W→BS
→Dの経路とL→BS→M→BS→Dの経路の光路長が
一致した所として検出される。図5は図3に示す構成に
おいて光源手段Lが完全に単色光の場合の被検面Wの位
置変化Δに対する信号出力の強度I(Δ)を示したもの
である。この場合強度I(Δ)は位置Δの変化に対して
正弦状の信号となる。
FIG. 4 shows the position Δ of the wafer W when the test surface (wafer surface) W is moved in the direction of the optical axis AX2 in the configuration shown in FIG. 3 and the intensity I of the signal output obtained from the detector D at that time. (Δ) is a graph. In the figure, the place where the intensity I (Δ) becomes maximum is L → BS → W → BS in FIG.
It is detected that the optical path lengths of the route of → D and the route of L → BS → M → BS → D match. FIG. 5 shows the intensity I (Δ) of the signal output with respect to the positional change Δ of the surface W to be inspected when the light source means L is completely monochromatic light in the configuration shown in FIG. In this case, the intensity I (Δ) becomes a sinusoidal signal with respect to the change of the position Δ.

【0023】このように光源手段Lが単色光の場合には
正弦状である信号が、光の波長領域バンド幅がだんだん
増えてゆくにしたがって図4に示すように光路長が一致
した所でのみ強いピークを持つ信号に変化する。この
為、本実施例では光源手段Lとして日色光源を用い検出
器Dで信号ピークを検出することにより被検面(ウエハ
ー面)の位置を検出している。
As described above, when the light source means L is a monochromatic light, a signal having a sine shape is generated only when the optical path lengths coincide with each other as the band width of the light wavelength region gradually increases as shown in FIG. The signal changes to have a strong peak. Therefore, in this embodiment, a day color light source is used as the light source means L, and the detector D detects the signal peak to detect the position of the surface to be inspected (wafer surface).

【0024】次に図1の投影露光装置においてウエハー
Wの光軸AX1方向の位置検出方法について説明する。
Next, a method of detecting the position of the wafer W in the optical axis AX1 direction in the projection exposure apparatus of FIG. 1 will be described.

【0025】本実施例では前記第2検出手段による検出
結果に基づいて第1検出手段で得られる検出結果を補正
し、ウエハーWを光軸AX1方向の所定位置に設定する
ものである。
In the present embodiment, the detection result obtained by the first detection means is corrected based on the detection result by the second detection means, and the wafer W is set at a predetermined position in the optical axis AX1 direction.

【0026】まず投影レンズPLの直下に(光軸AX1
の下方に)反射板7が位置するようにステージ3をx,
y方向に移動する。そして投影レンズPLの最適結像面
と反射板7の表面とが一致するようにZステージ3をZ
方向に駆動させる。投影レンズPLの最適結像面を検出
する方法としては例えば反射板7上に細いパターンを形
成する。そしてこのパターンを反射又は透過で照明して
投影光学系PLによりパターン像を形成し、そのパター
ン像のコントラストを投影レンズPLに対してレチクル
Rと共役な位置に配置した固体撮像素子で観察して検出
する方法等、各種TTLフォーカス検出方式が適用可能
である。
First, the optical axis AX1 is provided just below the projection lens PL.
The stage 3 so that the reflector 7 is positioned below
Move in y direction. Then, the Z stage 3 is moved so that the optimum image forming surface of the projection lens PL and the surface of the reflecting plate 7 coincide with each other.
Drive in the direction. As a method of detecting the optimum image plane of the projection lens PL, for example, a thin pattern is formed on the reflection plate 7. Then, this pattern is illuminated by reflection or transmission to form a pattern image by the projection optical system PL, and the contrast of the pattern image is observed by a solid-state image sensor arranged at a position conjugate with the reticle R with respect to the projection lens PL. Various TTL focus detection methods such as a detection method can be applied.

【0027】次にX,Yステージ3a,3bにより反射
板7を干渉AF方式である第2検出部6の直下(光軸A
X2下方)に移動させる。そしてこの時図3中のミラー
MをビームスプリッターBSに近づける又は遠ざける方
向に移動させ、受光器Dからの信号出力の強度I(Δ)
が最大になる所でミラーMを固定する。
Next, the reflection plate 7 is moved by the X, Y stages 3a and 3b directly below the second detector 6 of the interference AF system (optical axis A).
X2 downward). At this time, the mirror M in FIG. 3 is moved toward or away from the beam splitter BS, and the intensity I (Δ) of the signal output from the photodetector D is moved.
The mirror M is fixed at the position where is maximized.

【0028】その後レジストの塗布されたウエハーWを
干渉AF方式である第2検出部6の直下(光軸AX2下
方)に移動させZステージ3cを駆動させて前記第2検
出部6(干渉AF方式)により、レジストの塗布された
ウエハーWのZ方向の位置を検出する。この時信号出力
の強度I(Δ)のピークが2ケ所検出される場合がある
がこのピークはそれぞれレジストの表面とウエハー(基
板)表面を検出した結果である。
After that, the wafer W coated with the resist is moved to a position just below the second detector 6 (below the optical axis AX2) which is an interference AF system to drive the Z stage 3c to drive the second detector 6 (interference AF system). ), The position of the resist-coated wafer W in the Z direction is detected. At this time, two peaks of the signal output intensity I (Δ) may be detected, but these peaks are the results of detecting the resist surface and the wafer (substrate) surface, respectively.

【0029】本実施例においてはレジスト表面を検出す
ることとし、Zステージ3cを第2検出部(干渉AF方
式)とウエハーWを遠ざけた位置とから近づける方向に
移動し、最初に信号出力の強度I(Δ)のピークが検出
された位置でZステージ3cを停止させるようにしてい
る。次にこの状態でX,Yステージ3a,3bを駆動
し、ウエハーWを投影レンズPLの直下(光軸AX1下
方)に移動させて前記第1検出手段(斜入射AF方式)
の出力が予め決めた基準信号となるように平行平板27
を駆動し設定する。
In this embodiment, the resist surface is detected, and the Z stage 3c is moved in the direction in which the Z stage 3c is moved closer to the second detection section (interference AF method) and the position away from the wafer W, and the intensity of the signal output is first. The Z stage 3c is stopped at the position where the peak of I (Δ) is detected. Next, in this state, the X and Y stages 3a and 3b are driven to move the wafer W to a position immediately below the projection lens PL (below the optical axis AX1) to move the first detection means (oblique incidence AF method).
The parallel plate 27 so that the output of is a predetermined reference signal.
Drive and set.

【0030】以上の操作によれば第1検出手段(斜入射
AF方式)の測定値が第2検出手段(干渉AF方式)に
より補正されるので、これにより第1検出手段により投
影レンズPLの最良結像面位置からのレジスト表面のず
れを正確に検出し、両者を一致させることができる。
According to the above operation, the measured value of the first detecting means (oblique incidence AF method) is corrected by the second detecting means (interference AF method), and thus the first detecting means optimizes the projection lens PL. It is possible to accurately detect the deviation of the resist surface from the image plane position and match them.

【0031】又、平行平板27を使わない場合、第2検
出手段を使ってレジスト表面を投影レンズPLの焦平面
に合わせた後、この表面を第1検出手段に検出し、その
位置を基準位置として記憶しておく、そして第2検出手
段による他のレジスト表面位置の検出の際に、この基準
位置を参照する。
When the parallel plate 27 is not used, the resist surface is aligned with the focal plane of the projection lens PL by using the second detecting means, and then the surface is detected by the first detecting means, and the position is determined as the reference position. The reference position is referred to when another resist surface position is detected by the second detecting means.

【0032】尚本実施例において投影レンズPLの最適
結像面位置を投影露光にとっての最適位置に設定するや
り方としては例えば投影露光の最適位置が基板表面(ウ
エハー表面)の場合にはd/n(dはレジスト膜厚,n
はレジストの屈折率),レジスト表面と基板表面(ウエ
ハー表面)の中間の場合にはd/2nというようにレジ
スト表面から投影露光にとっての最適位置までの光学的
距離x/n(xは基板表面から投影露光にとっての最適
位置までの距離,nはxの位置する媒質の屈折率)をオ
フセット値として適宜第1検出手段に加えるように設定
しておくのが良い。
In this embodiment, the optimum image plane position of the projection lens PL is set to the optimum position for projection exposure, for example, d / n when the optimum position for projection exposure is the substrate surface (wafer surface). (D is the resist film thickness, n
Is the refractive index of the resist), and d / 2n in the case of the intermediate between the resist surface and the substrate surface (wafer surface), the optical distance from the resist surface to the optimum position for projection exposure x / n (x is the substrate surface To the optimum position for projection exposure, and n is the refractive index of the medium in which x is located) is preferably added as an offset value to the first detection means.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明によれば前述の如く、斜入射AF
方式と干渉AF方式の双方を適切に利用することによ
り、斜入射AF方式によるウエハー面上に塗布したレジ
スト膜の表面反射とウエハー面(基板面)からの反射光
による検出誤差を干渉AF方式によって得られた検出結
果に基づいて補正することにより、常に投影光学系の最
適結像面にウエハーを高速・高精度に位置させることが
できる半導体デバイス製造に好適な投影露光装置を達成
することができる。
According to the present invention, as described above, the oblique incidence AF
By appropriately using both the AF method and the interference AF method, the interference AF method can be used to detect the surface reflection of the resist film applied on the wafer surface by the oblique incidence AF method and the detection error due to the reflected light from the wafer surface (substrate surface). By performing correction based on the obtained detection result, it is possible to achieve a projection exposure apparatus suitable for semiconductor device manufacturing, which can always position the wafer on the optimum image plane of the projection optical system at high speed and with high accuracy. ..

【0034】特に本発明によればウエハー面に塗布した
レジスト膜内のどの位置を検出しているかが不明確な斜
入射AF方式の欠点を基板表面の位置を正確に検出可能
な干渉AF方式の結果に基づいて補正することにより、
常に投影光学系の最適結像面を最適な位置に高速・高精
度に設定することができる投影露光装置を達成すること
ができる。
In particular, according to the present invention, the disadvantage of the oblique incidence AF method in which it is unclear which position in the resist film applied to the wafer surface is detected is the disadvantage of the interference AF method capable of accurately detecting the position of the substrate surface. By correcting based on the result,
It is possible to achieve a projection exposure apparatus that can always set the optimum image forming plane of the projection optical system to an optimum position at high speed and with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例1の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1の一部分の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a part of FIG.

【図3】 図1の一部分の説明図FIG. 3 is an explanatory view of a part of FIG.

【図4】 図3の検出部からの出力信号の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of an output signal from the detection unit in FIG.

【図5】 光源として単色光を用いたときの図3の検
出部からの出力信号の説明図
5 is an explanatory diagram of an output signal from the detection unit in FIG. 3 when monochromatic light is used as a light source.

【図6】 図3の他の実施例の説明図FIG. 6 is an explanatory view of another embodiment of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

PL 投影光学系 R レチクル W ウエハー 3 ステージ 4 投光器 5 受光器 6 第2検出部 7 反射板 8 信号処理部 9 制御回路 10 モータ L 白色光源 CL1,CL2 コリメーターレンズ BS ビームスプリッター M ミラー(参照面) OL1,OL2 対物レンズ D 検出器 21 発光ダイオード 22 集光レンズ 23 絞り 24 第1結像レンズ 25 第2結像レンズ 26 位置検出センサ 27 平行平面板 PL Projection optical system R Reticle W Wafer 3 Stage 4 Emitter 5 Light receiver 6 Second detector 7 Reflector 8 Signal processor 9 Control circuit 10 Motor L White light source CL1, CL2 Collimator lens BS Beam splitter M Mirror (reference plane) OL1, OL2 Objective lens D Detector 21 Light emitting diode 22 Condensing lens 23 Aperture 24 First imaging lens 25 Second imaging lens 26 Position detection sensor 27 Parallel plane plate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1物体面上のパターンを投影光学系を
介して可動ステージに載置した第2物体面上に投影露光
する投影露光装置において、該第2物体面上に斜め方向
から光束を照射し、該第2物体面からの反射光束の光路
の変化を検出することにより、該第2物体面の光軸方向
の位置を検出する第1検出手段と、光源手段からの光束
を複数の光束に分割し、1つの光束を該第2物体面上の
露光領域に照射し、該露光領域で反射した信号光と、他
の1つの光束を参照反射面に導光し、該参照反射面で反
射した参照光とを合成したときに得られる干渉信号を用
いて該第2物体面の光軸方向の位置を検出する第2検出
手段とを有しており、該第2検出手段で得られた検出結
果に基づき該第1検出手段により該第2物体面の位置を
検出するようにしたことを特徴とする投影露光装置。
1. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern on a first object plane onto a second object plane mounted on a movable stage via a projection optical system, wherein a light flux is obliquely directed onto the second object plane. And a plurality of light fluxes from the light source means and a first detection means for detecting the position of the second object plane in the optical axis direction by detecting a change in the optical path of the reflected light flux from the second object plane. Of the light beam, and one light beam is applied to the exposure area on the second object surface, and the signal light reflected by the exposure area and another light beam are guided to the reference reflection surface, and the reference reflection surface is reflected. Second detection means for detecting the position of the second object surface in the optical axis direction by using an interference signal obtained when the reference light reflected by the surface is combined. The position of the second object plane is detected by the first detection means based on the obtained detection result. A projection exposure apparatus characterized by the above.
【請求項2】 前記ウエハー面上に斜め方向から光束を
照射し、該ウエハー面からの反射光束の光路の変化を検
出することにより、該ウエハー面の光軸方向の位置を検
出する第1検出手段と、光源手段からの光束を複数の光
束に分割し、1つの光束を該ウエハー面上の露光領域に
照射し、該露光領域で反射した信号光と、他の1つの光
束を参照反射面に導光し、該参照反射面で反射した参照
光とを合成したときに得られる干渉信号を用いて該ウエ
ハー面の光軸方向の位置を検出する第2検出手段とを有
しており、該第2検出手段で得られた検出結果に基づき
該検出手段により該ウエハー面の位置を検出した後、レ
チクル面上のパターンを投影光学系を介して該ウエハー
面上に投影露光し、半導体デバイスを製造するようにし
たことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
2. A first detection for detecting the position of the wafer surface in the optical axis direction by irradiating the wafer surface with a light beam from an oblique direction and detecting a change in the optical path of a reflected light beam from the wafer surface. Means and the light flux from the light source means is divided into a plurality of light fluxes, one light flux is applied to the exposure area on the wafer surface, and the signal light reflected by the exposure area and the other one light flux are used as reference reflection surfaces. A second detecting means for detecting the position of the wafer surface in the optical axis direction by using an interference signal obtained by combining the reference light reflected by the reference reflecting surface with the reference light. After detecting the position of the wafer surface by the detection means based on the detection result obtained by the second detection means, the pattern on the reticle surface is projected and exposed on the wafer surface through the projection optical system to obtain a semiconductor device. Is characterized in that Semiconductor device manufacturing method.
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