JPH0793251B2 - 投影光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、投影光学装置にかかるものであり、特に投影
光学系のデイストーションないし倍率の測定方式の改良
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、光学装置、特に露光装置に使用される投影光学系
のデイストーションを計測する方法としては、例えば第
６図に示すように、半導体ウエハに対するマーク焼き付
けによる方法が行なわれている。

この方法は、ウエハステージの座標位置を測定する干渉
計を利用してデイストーション量を短寸法に変換する方
法である。

第６図において、まずレチクルＲには、ディストーショ
ン計測用のパターンP1ないしP5が各々形成されている
（第６図（Ａ）参照）。

以上のようなレチクルＲを用いて、ウエハＷに対し、パ
ターンP1ないしP5を全面露光によって焼付けする（第６
図（Ｂ）参照）。

次に、レチクルＲ上の各マークのうち、中央のマークP3
を除いてブラインドを施し、再度ウエハＷに対して露光
を行なう（第６図（Ｃ）参照）。

このとき、あらかじめ解っている設計データに基づいて
ステージの座標値を測定し、すでに焼き付けられている
マークPAないしPEにマークP3を重ね焼きする（第６図
（Ｄ）参照）。

以上のようにして重ね形成したマークは、仮に投影光学
系にディストーションが存在しないものとすると丁度重
なるのであるが、ディストーションが存在するため、第
６図（Ｄ）示すように、マーク間にずれΔが生ずる。こ
のΔによって投影光学系のディストーション量を測定す
ることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら以上のような方法では、ウエハの露光、現
像を二回繰り返し、その後に測定を行なうというプロセ
スを必要とする。このため、測定に手間がかかるという
不都合がある。

また、ステージの停止精度、パターン測定精度等の誤差
要因が直接測定精度に影響するため、測定再現性も良好
とはいえないという不都合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、短時
間で精度良くディストーションや倍率の測定を行なうこ
とができる投影光学装置を提供することをその目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段と作用］ 本発明は、所望のパターンが形成されたマスクを照明光
学系からの光で照明し、該パターンの像を投影光学系を
介して所定の結像面に形成する投影光学装置において、
前記投影光学系の結像面にほぼ沿って移動するステージ
と、該ステージの位置に応じた位置信号を出力するステ
ージ位置検出手段と、前記ステージに設けられ、所定形
状の発光面を有する発光部材と、前記投影光学系の瞳と
ほぼ共役な位置に設けられ、前記発光部材の発光面から
の光を、前記投影光学系及びマスクを介して受光する光
電検出手段と、該マスクの所定位置に形成されたマーク
パターンに対して、前記発光面の投影像が移動するよう
に前記ステージを制御し、該移動中に前記光電検出手段
から出力される光電信号と、前記ステージ位置検出手段
から出力される位置信号とに基づいて、前記マークパタ
ーンの位置又は位置ずれを検出する位置検出手段とを備
えるものである。

また、好ましくは、前記照明光学系が、光源と、該光源
の像を前記投影光学系の瞳に結像させ、かつ前記マスク
をほぼ均一な強度で照明するコンデンサーレンズとを含
み、前記光電検出手段は、前記光源とコンデンサーレン
ズとの間に形成される前記投影光学系の瞳とほぼ共役な
位置に受光面を有する受光素子を含むものとしている。

更に、好ましくは、前記位置検出手段が、前記マスク上
の複数のマークパターンの各々についてその位置又は位
置ずれを検出することにより、前記投影光学系の光学特
性（例えば、ディストーション、倍率等）を測定するも
のとしている。

この場合、前記位置検出手段は、前記測定された光学特
性を記憶するメモリを有し、該記憶された光学特性は、
前記投影光学系のディストーションによる前記マスクと
前記パターンの像が投影される基板とのアライメント誤
差の補正に用いられるものとすると良い。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。この図
において、適宜の露光用の光源（図示せず）から出力さ
れた照明光（例えばｇ線,i線）は、フライアイレンズ1
0、低反射率のビームスプリッタ12、リレー光学系14を
各々介してダイクロイックミラー16に入射するようにな
っている。

ダイクロイックミラー16によって反射された照明光は、
コンデンサレンズ18を透過してレチクルＲに入射し、更
には、像側がテレセントリックの特性を有する投影レン
ズ20を透過してステージ22上のウエハＷを照明するよう
になっている。

上述したレチクルＲの近傍には、レチクルホルダ24上に
セットされるレチクルＲのアライメントや、レチクルＲ
とウエハＷとのアライメントを行なうためのTTLアライ
メント顕微鏡26と、ウエハアライメント専用のTTLアラ
イメント顕微鏡28とが各々配置されている。

また、投影レンズ20の側部には、ウエハないし後述する
スリット板を検出するためのフォーカスセンサ30と、ウ
エハアライメント用のオフアクシス顕微鏡32とが各々配
置されている。

次に、上述したステージ22には、ウエハＷの表面位置と
なるように、スリット板34が設けられている。

第２図には、かかるスリット板34の部分の断面が拡大し
て示されている。この図において、ステージ22は、図の
上下方向であるＺ方向に移動可能なＺステーシ22Aと、
Ｚ方向と垂直の方向であるXY方向に移動可能なXYステー
ジ22Bと、微小回転可能なθテーブル22Cとによって構成
されている。ウエハＷは、θステーシ22C上に載置さ
れ、スリット板34は、保持具34AによってＺステーシ22A
上に配置保持されている。

また、Ｚステージ22A内部には、レンズ34B、ミラー34
C、ファイバ34Dが各々配置されており、外部に設けられ
た露光波長と同一波長の光を出力する光源34E（第１図
参照）の光がスリット板34を内側から照明するような構
成となっている。

更に、Ｚステージ22Aの側方には、ステージの座標位置
を測定するためのレーザ干渉計用の移動鏡36が設けられ
ており、矢印FAで示すように、スリット板34の高さ位置
とほぼ同じ高さでレーザビームが照射されるようになっ
ている。

次に、第３図を参照しながら、スリット板34について説
明する。スリット板34は、例えば光透過性のガラス板に
クロムなどを用いてスリット上の窓を形成したもので、
第３図に示す例では、XY両方向用の発光スリットSX,SY
と、各アライメント系に対する基準マークMA,MBとが各
々形成されている。

これらのうち、発光スリットSXは、第４図に示すよう
に、巾1,長さl2の矩形状に形成されている。ここで、
1,長さl2は、例えば１＝４μｍ、l2＝100μｍ程度
である。

他方、上述したレチクルＲには、例えば第４図に示すよ
うに、十字状のレチクルマークMRが形成されている。こ
のレチクルマークMRは、クロム等の遮光性を有する材料
で形成されている。

次に、ステージ22上のスリット板34を透過した光は、投
影レンズ20、レチクルＲ、コンデンサレンズ18を各々透
過してダイクロイックミラー16に入射し、ここで反射さ
れる。そして、反射された光は、リレー光学系14を介し
てビームスプリッタ12で反射され、集光レンズ38を透過
して光電変換用のディテクタ40に入射するようになって
いる。このディテクタ40は、投影レンズ20の瞳epと、光
学的にほぼ共役な位置に配置されている。尚、焦光レン
ズ38を省略して、ビームスプリッタ12で反射された後の
瞳共役位置に直接ディテクタ40を配置させてもよい。

次にディテクタ40の光電出力は、アンプ42で増幅されて
アナログ−ディジタル変換器（以下「ADC」という）44
に入力され、ここでディジタル信号に変換されてメモリ
46にデータとして入力されるようになっている。

ADC44,メモリ46には、ステージ22の座標位置を示す干渉
計48の位置信号が入力され、かかる位置信号のタイミン
グでAD変換が行なわれるとともに、該信号で表わされる
メモリ46のアドレスにADC44の出力データが同期して格
納されるようになっている。

次に、上記メモリ46に格納されたデータの出力は、主制
御装置50に対して行なわれ、主制御装置50は、入力され
たデータと、フォーカスセンサ30の出力に基いて、ステ
ージ22駆動用のモータ52に駆動信号を出力する機能を有
する。

なお、スリット板34から送出される光は、投影レンズ20
の瞳面epのほぼ全面に分布し、更に、ディテクタ40の受
光面は、瞳全体をカバーする程度の大きさを有するよう
に構成されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。スリット板
34の発光スリットSXは、上述したように、矩形上である
から、レチクルＲには、第１図の下方から矩形の照明が
投影レンズ20を介して行なわれることとなる。もちろん
露光用の照明光は遮断されている。

そして、ステージ22が移動するのに伴い、レチクルＲ上
に投影された発光スリットSXの像も移動する。第４図の
例では、レチクルマークMRに対して矢印FBの方向に発光
スリットSXが移動する。

この動作により、発光スリットSXがレチクルマークMRと
重なるようになる。この重なりの程度は、第５図に示す
ように、ディテクタ40において、光量の減少として感知
される。この図の例では、位置XA,XCに対し、位置XBで
最も光量が減少し、この位置で発光スリットSXがレチク
ルマークMRとよく重なっていることが解る。

他方、ステージ22は、干渉計48でその座標位置が検知さ
れ、位置信号がADC44およびメモリ46に各々入力されて
いる。この位置信号に同期して、ADC44により、ディテ
クタ40の光電出力がサンプリングされるとともにディジ
タル信号に変換され、メモリ46の対応アドレスに格納さ
れる。

ところで、投影レンズ20に全くディストーションが無い
場合には、発光スリットとレチクルマークとが重なる位
置は、設計データから求めることができ、メモリ46に格
納されたディテクタ40の光量減少位置（マーク検出点）
と該設計データとは一致する。

しかし、投影レンズ20にディストーションが存在する
と、それらが一致せず、設計データとマーク検出点とが
一致しない。かかる相違の程度が、第６図（Ｄ）のΔに
対応することとなる。

従って、投影レンズ20の有効域にわたってレチクルＲ上
に第４図のパターンをあらかじめ分布させておくことに
より、投影レンズ20のデイストーションが測定される。
投影レンズ20の倍率についても同様である。

以上のようなデータのサンプリング、格納のためのステ
ージ移動は、主制御装置50の制御に基いて行なわれる。

以上説明したように、本実施例によれば、短時間で精度
よくデイストーションや倍率を測定することができると
いう効果がある。

また、測定されたデータを装置内部に記憶しているた
め、ウエハ上のアライメントマークの位置と、このマー
クと位置合わせされるレチクル上のアライメントマーク
の位置とが異なる場合などに、デイストーションによる
アライメント誤差分の補正を容易に行なうことができる
という効果がある。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えば半導体レーザをステージ（例えばＺステージ
22A）内に設けてもよい。このようにすると、ファイバ3
4D等を省略することができる。

またこの場合には、レーザ光波長は露光波長と異なるこ
とがほとんどであるため、投影レンズ20の色収差により
像面が露光光に対する像面位置からずれることになる。

しかし、露光光とレーザ光との各々について、色消しさ
れている場合は、かかるずれは生じない。仮に、色収差
によってずれが生ずるときは、そのずれ分だけスリット
板34の高さ位置をずらしておくか、又はスリット板34の
上に補正用の小レンズを設けるか、更には発光スリット
による計測時にＺステージ22Aの高さを色収差分だけ上
下方向にずらして補正を行なうようにすればよい。

また、スリット板34の位置と、ウエハＷの表面の位置と
は、必ずしも一致する必要はなく、測定時にその位置が
投影レンズ20の結像面にあればよい。

更に、ディテクタ40は、投影レンズ20の結像面に位置し
た物体（例えばウエハ等）の反射光を受けることもでき
るので、該物体の反射率を計測することもできる。

ディストーション、倍率の測定は、XYの平面の両方向に
対して行なう場合が多いが、必要に応じて、一次元の方
向にのみ行なうようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ステージ上に設
けられた発光手段と、マスク上に形成されたマーク手段
とを利用することとしたので、短時間で精度よくデイス
トーションや倍率を測定することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は上記
実施例におけるステージ部分の詳細な構成例を示す部分
構成図、第３図はスリット板の一例を示す平面図、第４
図はレチクルマークと発光スリットとの重なりの説明
図、第５図はディテクタの光電信号の波形例を示す線
図、第６図は従来の測定方式の説明図である。 20……投影レンズ、22……ステージ、34……スリット
板、40……ディテクタ、46……メモリ、48……干渉計、
50……主制御装置、52……モータ、MR……レチクルマー
ク、Ｒ……レチクル、Ｗ……ウエハ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望のパターンが形成されたマスクを照明
   光学系からの光で照明し、該パターンの像を投影光学系
   を介して所定の結像面に形成する投影光学装置におい
   て、 前記投影光学系の結像面にほぼ沿って移動するステージ
   と； 該ステージの位置に応じた位置信号を出力するステージ
   位置検出手段と； 前記ステージに設けられ、所定形状の発光面を有する発
   光部材と； 前記投影光学系の瞳とほぼ共役な位置に設けられ、前記
   発光部材の発光面からの光を、前記投影光学系及びマス
   クを介して受光する光電検出手段と； 該マスクの所定位置に形成されたマークパターンに対し
   て、前記発光面の投影像が移動するように前記ステージ
   を制御し、該移動中に前記光電検出手段から出力される
   光電信号と、前記ステージ位置検出手段から出力される
   位置信号とに基づいて、前記マークパターンの位置又は
   位置ずれを検出する位置検出手段とを備えたことを特徴
   とする投影光学装置。
2. 【請求項２】前記照明光学系は、光源と、該光源の像を
   前記投影光学系の瞳に結像させ、かつ前記マスクをほぼ
   均一な強度で照明するコンデンサーレンズとを含み、 前記光電検出手段は、前記光源とコンデンサーレンズと
   の間に形成される前記投影光学系の瞳とほぼ共役な位置
   に受光面を有する受光素子を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の投影光学装置。
3. 【請求項３】前記位置検出手段は、前記マスク上の複数
   のマークパターンの各々についてその位置又は位置ずれ
   を検出することにより、前記投影光学系の光学特性を測
   定する特許請求の範囲第１項、又は第２項に記載の投影
   光学装置。
4. 【請求項４】前記位置検出手段は、前記測定された光学
   特性を記憶するメモリを有し、該記憶された光学特性
   は、前記投影光学系のディストーションによる前記マス
   クと前記パターンの像が投影される基板とのアライメン
   ト誤差の補正に用いられることを特徴とする特許請求の
   範囲第３項に記載の投影光学装置。