JPH09210629A - 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法Info
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- JPH09210629A JPH09210629A JP8040468A JP4046896A JPH09210629A JP H09210629 A JPH09210629 A JP H09210629A JP 8040468 A JP8040468 A JP 8040468A JP 4046896 A JP4046896 A JP 4046896A JP H09210629 A JPH09210629 A JP H09210629A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- 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
- G03F9/7026—Focusing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウエハ面の光軸方向の面位置情報を高精度に
検出することができる面位置検出装置及びそれを用いた
デバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 照明手段で照明された集光作用を有する
第１格子からの光束を結像素子で集光して被検物体面に
対して斜め方向から入射させて、該被検物体面上に該第
１格子の像を形成し、該被検物体面上の第１格子の像を
再結像素子で集光作用を有する第２格子上に結像させて
モアレ縞を形成し、該モアレ縞による集光点位置を光検
出器で検出することにより該被検物体面の面位置情報を
得ていること。
検出することができる面位置検出装置及びそれを用いた
デバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 照明手段で照明された集光作用を有する
第１格子からの光束を結像素子で集光して被検物体面に
対して斜め方向から入射させて、該被検物体面上に該第
１格子の像を形成し、該被検物体面上の第１格子の像を
再結像素子で集光作用を有する第２格子上に結像させて
モアレ縞を形成し、該モアレ縞による集光点位置を光検
出器で検出することにより該被検物体面の面位置情報を
得ていること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は面位置検出装置及び
それを用いたデバイスの製造方法に関し、特にレチクル
（マスク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細
な電子回路パターンを投影レンズ（投影光学系）により
ウエハ面上に投影し露光するときに該ウエハ面の該投影
レンズの光軸方向の面位置及び傾き等の面位置情報を検
出し、該ウエハを投影光学系の最良結像面に位置させる
ことにより高集積度のデバイスを製造する際に好適なも
のである。
それを用いたデバイスの製造方法に関し、特にレチクル
（マスク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細
な電子回路パターンを投影レンズ（投影光学系）により
ウエハ面上に投影し露光するときに該ウエハ面の該投影
レンズの光軸方向の面位置及び傾き等の面位置情報を検
出し、該ウエハを投影光学系の最良結像面に位置させる
ことにより高集積度のデバイスを製造する際に好適なも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体素子製造用の縮小投影型
の露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パタ
ーンを投影レンズ系により第２物体としてのウエハ上に
投影し露光している。このとき投影露光に先立って面位
置検出装置を用いてウエハ面の光軸方向の位置を検出し
て、該ウエハ面を投影レンズの最良結像面に位置するよ
うにしている。
の露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パタ
ーンを投影レンズ系により第２物体としてのウエハ上に
投影し露光している。このとき投影露光に先立って面位
置検出装置を用いてウエハ面の光軸方向の位置を検出し
て、該ウエハ面を投影レンズの最良結像面に位置するよ
うにしている。
【０００３】面位置検出装置としては、従来より、投影
レンズによってマスクパターンが転写される位置に設け
た半導体ウエハ面に対して斜め方向から入射光を照射
し、その半導体ウエハ表面から斜めに反射する反射光を
検出して、その表面位置を検出する斜め入射方式の面位
置検出装置が多く用いられている。
レンズによってマスクパターンが転写される位置に設け
た半導体ウエハ面に対して斜め方向から入射光を照射
し、その半導体ウエハ表面から斜めに反射する反射光を
検出して、その表面位置を検出する斜め入射方式の面位
置検出装置が多く用いられている。
【０００４】図６は従来の面位置検出装置の概略図であ
る。同図はレチクル７１面上のパターンを投影レンズ７
２によってウエハ７３面に投影露光する露光装置に適用
した場合を示している。
る。同図はレチクル７１面上のパターンを投影レンズ７
２によってウエハ７３面に投影露光する露光装置に適用
した場合を示している。
【０００５】同図において、光ファイバ７５から射出さ
れた照明光は、集光レンズ７６を経てパターン形成板７
７を照明している。パターン形成板７７に設けたパター
ンを透過した照明光は、レンズ７８、ミラー７９、及び
照射対物レンズ８０を経て、ウエハ７３の露光面に該パ
ターンの像を投影している。このときウエハ７３の露光
面にはパターン形成板７７上に設けたパターンの像が投
影レンズ７２の光軸ＡＸに対して斜め方向から投影結像
される。ウエハ７３で反射された照明光は、集光対物レ
ンズ８１、ミラー８２、及び結像レンズ８３を経て受光
器８４の受光面に入射し、このとき受光器８４の受光面
８５にはパターン形成板７７上のパターンの像が再結像
されている。図中、ウエハ７３が上下方向（光軸ＡＸ方
向）に動くと、パターンの像は受光面８４上を左右に移
動することになり、そのパターンの位置を演算回路８６
により算出することによってウエハ７３の光軸ＡＸ方向
の面位置を検出している。
れた照明光は、集光レンズ７６を経てパターン形成板７
７を照明している。パターン形成板７７に設けたパター
ンを透過した照明光は、レンズ７８、ミラー７９、及び
照射対物レンズ８０を経て、ウエハ７３の露光面に該パ
ターンの像を投影している。このときウエハ７３の露光
面にはパターン形成板７７上に設けたパターンの像が投
影レンズ７２の光軸ＡＸに対して斜め方向から投影結像
される。ウエハ７３で反射された照明光は、集光対物レ
ンズ８１、ミラー８２、及び結像レンズ８３を経て受光
器８４の受光面に入射し、このとき受光器８４の受光面
８５にはパターン形成板７７上のパターンの像が再結像
されている。図中、ウエハ７３が上下方向（光軸ＡＸ方
向）に動くと、パターンの像は受光面８４上を左右に移
動することになり、そのパターンの位置を演算回路８６
により算出することによってウエハ７３の光軸ＡＸ方向
の面位置を検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す面位置検出
装置において、ウエハ７３上に投影されるパターンの像
は有限の大きさを有している。このとき、そのパターン
を投影している領域内でウエハ面の反射率が局所的に異
なっていると、受光面８５上のパターンの光量重心がシ
フトするため、ウエハ７３の面位置検出をする際に検出
誤差が発生してくる。この誤差を低減するためには、パ
ターン像を小さくする方法があるが、あまり小さくする
とウエハ７３の表面は平坦ではないため、反射光が結像
レンズ８３の受光ＮＡからけられてしまい、パターン像
からの反射光を検出することができないといった問題点
が生じてくる。
装置において、ウエハ７３上に投影されるパターンの像
は有限の大きさを有している。このとき、そのパターン
を投影している領域内でウエハ面の反射率が局所的に異
なっていると、受光面８５上のパターンの光量重心がシ
フトするため、ウエハ７３の面位置検出をする際に検出
誤差が発生してくる。この誤差を低減するためには、パ
ターン像を小さくする方法があるが、あまり小さくする
とウエハ７３の表面は平坦ではないため、反射光が結像
レンズ８３の受光ＮＡからけられてしまい、パターン像
からの反射光を検出することができないといった問題点
が生じてくる。
【０００７】このときの検出誤差要因を多点計測による
平均化効果により軽減しようといった試みが特開平６−
２８３４０３号公報で提案されている。しかしながら、
計測面全面にわたってパターンの像を投影し、そのパタ
ーンの数だけ受光器を配置することは製造加工上大変困
難である。
平均化効果により軽減しようといった試みが特開平６−
２８３４０３号公報で提案されている。しかしながら、
計測面全面にわたってパターンの像を投影し、そのパタ
ーンの数だけ受光器を配置することは製造加工上大変困
難である。
【０００８】本発明は斜め入射方式により物体面の面位
置情報を検出する際に、該物体面に所定のパターンを斜
方向から投影する投影手段と、該物体面に形成したパタ
ーンを斜方向から所定面上に再結像させる再結像手段の
各要素を適切に設定することにより、物体面の反射率む
らや表面形状に投影されずに面位置情報を高精度にしか
も容易に検出することができる面位置検出装置及びそれ
を用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
置情報を検出する際に、該物体面に所定のパターンを斜
方向から投影する投影手段と、該物体面に形成したパタ
ーンを斜方向から所定面上に再結像させる再結像手段の
各要素を適切に設定することにより、物体面の反射率む
らや表面形状に投影されずに面位置情報を高精度にしか
も容易に検出することができる面位置検出装置及びそれ
を用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の面位置検出装置
は、 （１−１）照明手段で照明された集光作用を有する第１
格子からの光束を結像素子で集光して被検物体面に対し
て斜め方向から入射させて、該被検物体面上に該第１格
子の像を形成し、該被検物体面上の第１格子の像を再結
像素子で集光作用を有する第２格子上に結像させてモア
レ縞を形成し、該モアレ縞による集光点位置を光検出器
で検出することにより該被検物体面の面位置情報を得て
いることを特徴としている。
は、 （１−１）照明手段で照明された集光作用を有する第１
格子からの光束を結像素子で集光して被検物体面に対し
て斜め方向から入射させて、該被検物体面上に該第１格
子の像を形成し、該被検物体面上の第１格子の像を再結
像素子で集光作用を有する第２格子上に結像させてモア
レ縞を形成し、該モアレ縞による集光点位置を光検出器
で検出することにより該被検物体面の面位置情報を得て
いることを特徴としている。
【００１０】特に、（１−１−１）前記第１格子と第２
格子は互いに焦点距離が異なる１次元ゾーンプレート又
は２次元ゾーンプレートであることを特徴としている。
格子は互いに焦点距離が異なる１次元ゾーンプレート又
は２次元ゾーンプレートであることを特徴としている。
【００１１】本発明の投影露光装置は、 （２−１）第１物体面上のパターンを投影光学系により
第２物体面上に投影露光する際、照明手段で照明された
集光作用を有する第１格子からの光束を結像素子で集光
して該第２物体面に対して斜め方向から入射させて、該
第２物体面上に該第１格子の像を形成し、該第２物体面
上の第１格子の像を再結像素子で集光作用を有する第２
格子上に結像させてモアレ縞を形成し、該モアレ縞によ
る集光点位置を光検出器で検出することにより該第２物
体面の面位置情報を得て、これより第２物体面を該投影
光学系の光軸方向に位置調整していることを特徴として
いる。
第２物体面上に投影露光する際、照明手段で照明された
集光作用を有する第１格子からの光束を結像素子で集光
して該第２物体面に対して斜め方向から入射させて、該
第２物体面上に該第１格子の像を形成し、該第２物体面
上の第１格子の像を再結像素子で集光作用を有する第２
格子上に結像させてモアレ縞を形成し、該モアレ縞によ
る集光点位置を光検出器で検出することにより該第２物
体面の面位置情報を得て、これより第２物体面を該投影
光学系の光軸方向に位置調整していることを特徴として
いる。
【００１２】特に、（２−１−１）前記第１格子と第２
格子は互いに焦点距離が異なる１次元ゾーンプレート又
は２次元ゾーンプレートであることを特徴としている。
格子は互いに焦点距離が異なる１次元ゾーンプレート又
は２次元ゾーンプレートであることを特徴としている。
【００１３】本発明のデバイスの製造方法は、構成（１
−１）の面位置検出装置又は構成（２−１）の投影露光
装置を用いてレチクル面上の回路パターンをウエハ面上
に露光する工程を介してデバイスを製造していることを
特徴としている。
−１）の面位置検出装置又は構成（２−１）の投影露光
装置を用いてレチクル面上の回路パターンをウエハ面上
に露光する工程を介してデバイスを製造していることを
特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の面位置検出装置の
実施形態１の要部斜視図である。本実施形態では物体と
してデバイス製造用のウエハを用いて、そのウエハ面の
垂直方向（Ｚ方向）の面位置情報を検出する場合を示し
ている。
実施形態１の要部斜視図である。本実施形態では物体と
してデバイス製造用のウエハを用いて、そのウエハ面の
垂直方向（Ｚ方向）の面位置情報を検出する場合を示し
ている。
【００１５】図１において、光源手段８から射出された
光束はコリメータレンズ９により平行光束にされ、入射
側のフレネルゾーンプレート（以下、「ＦＺＰ」とい
う。）４１が描画されている入射側のパターン板（第１
格子）５１を照射している。光源手段８とコリメータレ
ンズ９は照明手段の一要素を構成している。パターン板
５１は水晶等からなり、ＦＺＰ４１はその上にクロム等
で描画されている。ＦＺＰ４１は焦点距離ｆ１をもつ集
光性のフレネルゾーンプレートより成っている。ＦＺＰ
４１とウエハ面５６はレンズ系（結像素子）１２に関し
て共役になっており、ＦＺＰ４１の像はウエハ面５６上
の領域２１に投影される。
光束はコリメータレンズ９により平行光束にされ、入射
側のフレネルゾーンプレート（以下、「ＦＺＰ」とい
う。）４１が描画されている入射側のパターン板（第１
格子）５１を照射している。光源手段８とコリメータレ
ンズ９は照明手段の一要素を構成している。パターン板
５１は水晶等からなり、ＦＺＰ４１はその上にクロム等
で描画されている。ＦＺＰ４１は焦点距離ｆ１をもつ集
光性のフレネルゾーンプレートより成っている。ＦＺＰ
４１とウエハ面５６はレンズ系（結像素子）１２に関し
て共役になっており、ＦＺＰ４１の像はウエハ面５６上
の領域２１に投影される。
【００１６】１５はレンズ系（再結像素子）である。５
２は射出側のパターン板（第２格子）であり、パターン
板５１と同じようなガラス板より成り、その面上には焦
点距離ｆ２をもつ集光性のフレネルゾーンプレートＦＺ
Ｐ４２が描画されている。領域２１に形成されたＦＺＰ
４１の像はレンズ系１５により、領域２１と共役な位置
にあるパターン板５２面上にＦＺＰ像４３として再結像
している。尚、ＦＺＰ４１，４２はいずれも２次元な集
光作用を有している。
２は射出側のパターン板（第２格子）であり、パターン
板５１と同じようなガラス板より成り、その面上には焦
点距離ｆ２をもつ集光性のフレネルゾーンプレートＦＺ
Ｐ４２が描画されている。領域２１に形成されたＦＺＰ
４１の像はレンズ系１５により、領域２１と共役な位置
にあるパターン板５２面上にＦＺＰ像４３として再結像
している。尚、ＦＺＰ４１，４２はいずれも２次元な集
光作用を有している。
【００１７】レンズ系１２とレンズ系１５は実際には複
数のレンズで構成されている。ガラス板５２上では投影
された入射側のＦＺＰ４１のＦＺＰ像４３と出射側のＦ
ＺＰ４２によってモアレ縞ＺＰ４４が形成される。２６
はモアレ縞ＺＰ４４による光束の集光点（スポット）で
ある。３１はセンサー面であり、スポット２６の位置情
報を検出している。ガラス板５２上に投影されたＦＺＰ
４１のＦＺＰ像４３は、ウエハ面５６への光束の入射角
度が小さい場合、ウエハ面５６の＋ΔＺ方向（ウエハ面
５６と垂直方向）の変位に対しガラス板５２上で約−ｋ
ΔＺだけ変位する（レンズ系１５がｋ倍の結像系の場
合）。ウエハ面５６とガラス板５２が共役のウエハ共役
系の場合は、この−ｋがウエハ面５６の面位置情報の検
出倍率となる。
数のレンズで構成されている。ガラス板５２上では投影
された入射側のＦＺＰ４１のＦＺＰ像４３と出射側のＦ
ＺＰ４２によってモアレ縞ＺＰ４４が形成される。２６
はモアレ縞ＺＰ４４による光束の集光点（スポット）で
ある。３１はセンサー面であり、スポット２６の位置情
報を検出している。ガラス板５２上に投影されたＦＺＰ
４１のＦＺＰ像４３は、ウエハ面５６への光束の入射角
度が小さい場合、ウエハ面５６の＋ΔＺ方向（ウエハ面
５６と垂直方向）の変位に対しガラス板５２上で約−ｋ
ΔＺだけ変位する（レンズ系１５がｋ倍の結像系の場
合）。ウエハ面５６とガラス板５２が共役のウエハ共役
系の場合は、この−ｋがウエハ面５６の面位置情報の検
出倍率となる。
【００１８】本実施形態ではセンサー面３１上でのスポ
ット２６の変位よりウエハ面５６の面位置情報を検出し
ている。このため本実施形態では、これにモアレによる
倍率βを乗算した−ｋβが最終的な検出倍率となってい
る。モアレの倍率βは２つのＦＺＰ４１，４２の焦点距
離ｆ１とｆ２とから、 β＝１／｜１−ｆ１／ｆ２｜ により算出される。
ット２６の変位よりウエハ面５６の面位置情報を検出し
ている。このため本実施形態では、これにモアレによる
倍率βを乗算した−ｋβが最終的な検出倍率となってい
る。モアレの倍率βは２つのＦＺＰ４１，４２の焦点距
離ｆ１とｆ２とから、 β＝１／｜１−ｆ１／ｆ２｜ により算出される。
【００１９】例えば、ｆ１＝１００ｍｍ，ｆ２＝１０２
ｍｍとすると、β＝５０となる。即ち、本実施形態の面
位置検出系では通常のウエハ共役系の面位置検出系と比
べて５０倍の検出感度が得られるという特徴がある。
ｍｍとすると、β＝５０となる。即ち、本実施形態の面
位置検出系では通常のウエハ共役系の面位置検出系と比
べて５０倍の検出感度が得られるという特徴がある。
【００２０】又、レンズ系１５を等倍結像系（ｋ＝１）
とすると、ウエハ面５６がＺ方向に＋１μｍ変位したと
き、スポット２６はセンサー面３１上を−５０μｍ変位
する。スポット２６の変位を検出する検出器としては、
ＣＣＤやＰＳＤのような位置検出センサーが使用可能で
ある。センサー３１からの出力信号は、例えばステップ
アンドリピート方式の半導体露光装置においては、ステ
ージの高さ、傾斜を修正するための補正信号として、ま
たステップアンドスキャン方式の露光装置においては、
それらを制御するための目標値信号として利用してい
る。
とすると、ウエハ面５６がＺ方向に＋１μｍ変位したと
き、スポット２６はセンサー面３１上を−５０μｍ変位
する。スポット２６の変位を検出する検出器としては、
ＣＣＤやＰＳＤのような位置検出センサーが使用可能で
ある。センサー３１からの出力信号は、例えばステップ
アンドリピート方式の半導体露光装置においては、ステ
ージの高さ、傾斜を修正するための補正信号として、ま
たステップアンドスキャン方式の露光装置においては、
それらを制御するための目標値信号として利用してい
る。
【００２１】本実施形態では以上のように、２つのＦＺ
Ｐ４１，４２を利用することにより、ウエハ面５６の面
位置情報を高精度に検出している。又、本実施形態では
センサー３１面上のスポット２６にとってウエハ表面５
６と瞳面と共役になっている。ウエハ共役系において
は、ウエハ表面５６の反射率むらは直接検出光の輝度む
らとなるため、ウエハ面の高さ検出エラーを原理的にな
くすことが難しい。ところが本実施形態においては、ウ
エハ面と参照パターン面は共役になっているため、再結
像したＦＺＰ像４３は反射率むらが生じるが、最終的な
センサー３１面上でのスポット２６の発生する位置はＦ
ＺＰ像４３の位置と出射側のＦＺＰ４２の位置のみの関
数で表わされるため、ウエハ面の反射率むらの影響を原
理的に受けないといった利点がある。
Ｐ４１，４２を利用することにより、ウエハ面５６の面
位置情報を高精度に検出している。又、本実施形態では
センサー３１面上のスポット２６にとってウエハ表面５
６と瞳面と共役になっている。ウエハ共役系において
は、ウエハ表面５６の反射率むらは直接検出光の輝度む
らとなるため、ウエハ面の高さ検出エラーを原理的にな
くすことが難しい。ところが本実施形態においては、ウ
エハ面と参照パターン面は共役になっているため、再結
像したＦＺＰ像４３は反射率むらが生じるが、最終的な
センサー３１面上でのスポット２６の発生する位置はＦ
ＺＰ像４３の位置と出射側のＦＺＰ４２の位置のみの関
数で表わされるため、ウエハ面の反射率むらの影響を原
理的に受けないといった利点がある。
【００２２】又、本実施形態では被測定面の面情報が計
測スポット２６の位置情報に集約されるため（平均化さ
れるため）、測定点の数だけスリットやセンサーを配置
することなく、面位置検出用の計測系の配置が容易であ
るといった効果もある。
測スポット２６の位置情報に集約されるため（平均化さ
れるため）、測定点の数だけスリットやセンサーを配置
することなく、面位置検出用の計測系の配置が容易であ
るといった効果もある。
【００２３】またこのようにウエハ面の反射率むらや表
面形状に影響を受けにくい信号がセンサー面３１に投影
されるため、その面位置検出のための複雑な処理が不要
となり、ステップアンドスキャンのように高速な処理が
要求される面位置検出装置にとっては特に好適である。
面形状に影響を受けにくい信号がセンサー面３１に投影
されるため、その面位置検出のための複雑な処理が不要
となり、ステップアンドスキャンのように高速な処理が
要求される面位置検出装置にとっては特に好適である。
【００２４】図２は本発明の面位置検出装置の実施形態
２の要部斜視図である。本実施形態は、図１の実施形態
１に比べて２次元的なゾーンプレートを用いる代わりに
Ｚ方向にのみパワーを有する１次的なゾーンプレート４
６，４７を用いていること、出射側のＦＺＰ４７の後方
にＸ方向にパワーを有するシリンドリカルレンズ１９を
設けていること、そしてこれによりウエハ面５６の面位
置情報の検出をしている点が異なっているだけであり、
モアレ縞を利用した検出原理や検出倍率等、その他の基
本的な構成は同じである。
２の要部斜視図である。本実施形態は、図１の実施形態
１に比べて２次元的なゾーンプレートを用いる代わりに
Ｚ方向にのみパワーを有する１次的なゾーンプレート４
６，４７を用いていること、出射側のＦＺＰ４７の後方
にＸ方向にパワーを有するシリンドリカルレンズ１９を
設けていること、そしてこれによりウエハ面５６の面位
置情報の検出をしている点が異なっているだけであり、
モアレ縞を利用した検出原理や検出倍率等、その他の基
本的な構成は同じである。
【００２５】本実施形態ではシリンドリカルレンズ１９
のレンズ作用によりＸ方向の高さ情報を積分し、結果と
してウエハ面５６上の２次元の計測エリア２２の平均高
さをラインセンサ３２上の計測スポット２７の位置の関
数として求めている。ＦＺＰ４６，４７を１次元化する
ことのメリットは検出方向（Ｚ）以外の方向への敏感度
をなくせることと、矩形のエリアを照明しやすいことで
ある。特にステップアンドスキャンの露光装置において
は、露光光の照明領域が矩形に近い形になるため、面位
置検出装置の検出領域もそれに近い形となることが望ま
しい。
のレンズ作用によりＸ方向の高さ情報を積分し、結果と
してウエハ面５６上の２次元の計測エリア２２の平均高
さをラインセンサ３２上の計測スポット２７の位置の関
数として求めている。ＦＺＰ４６，４７を１次元化する
ことのメリットは検出方向（Ｚ）以外の方向への敏感度
をなくせることと、矩形のエリアを照明しやすいことで
ある。特にステップアンドスキャンの露光装置において
は、露光光の照明領域が矩形に近い形になるため、面位
置検出装置の検出領域もそれに近い形となることが望ま
しい。
【００２６】図３は本発明の面位置検出装置をデバイス
製造用のステップアンドリピート方式又はステップアン
ドスキャン方式の投影露光装置に適用したときの実施形
態３の要部概略図である。
製造用のステップアンドリピート方式又はステップアン
ドスキャン方式の投影露光装置に適用したときの実施形
態３の要部概略図である。
【００２７】同図においては、露光照明系３からの露光
光でレチクルステージ２に載置したレチクル１を照明
し、レチクル１面上の回路パターンを投影光学系４でウ
エハチャック６に載置したウエハ５面上にステップアン
ドリピート方式又はステップアンドスキャン方式で順次
投影露光している。ステップアンドスキャン方式のとき
はレチクルステージ２又は／及びウエハステージ７を同
期させて光軸と直交する方向に走査させて行っている。
面位置検出装置は図１又は図２に示す構成より成り、ウ
エハ５面の光軸方向（Ｚ方向）の面位置情報を検出し、
該検出結果に基づいて駆動手段（不図示）でＸＹＺステ
ージ７を駆動させて、これによりウエハ５を投影光学系
４の最良結像面に位置合わせをしている。
光でレチクルステージ２に載置したレチクル１を照明
し、レチクル１面上の回路パターンを投影光学系４でウ
エハチャック６に載置したウエハ５面上にステップアン
ドリピート方式又はステップアンドスキャン方式で順次
投影露光している。ステップアンドスキャン方式のとき
はレチクルステージ２又は／及びウエハステージ７を同
期させて光軸と直交する方向に走査させて行っている。
面位置検出装置は図１又は図２に示す構成より成り、ウ
エハ５面の光軸方向（Ｚ方向）の面位置情報を検出し、
該検出結果に基づいて駆動手段（不図示）でＸＹＺステ
ージ７を駆動させて、これによりウエハ５を投影光学系
４の最良結像面に位置合わせをしている。
【００２８】面位置検出装置としての構成は、図１又は
図２に示す構成を用いている。即ち、光源手段８とコリ
メータレンズ９より成る照明手段からの光束でパターン
板５１（５３）のＦＺＰ４１（４６）を照明している。
レンズ系１２はＦＺＰ４１（４６）をミラー１１，１３
を介してウエハ５面上に斜方向から結像している。レン
ズ系１５はウエハ５面上のＦＺＰ４１（４６）の像を斜
方向からミラー１４，１６を介してＦＺＰ５２（４７）
面上に再結像し、これによりモアレ縞を形成している。
センサー３１（３２）はモアレ縞から生じるスポットの
位置を検出している。シリンドリカルレンズ１９は１次
元のＦＺＰ４６，４７を用いたときに光路中に装着して
いる。
図２に示す構成を用いている。即ち、光源手段８とコリ
メータレンズ９より成る照明手段からの光束でパターン
板５１（５３）のＦＺＰ４１（４６）を照明している。
レンズ系１２はＦＺＰ４１（４６）をミラー１１，１３
を介してウエハ５面上に斜方向から結像している。レン
ズ系１５はウエハ５面上のＦＺＰ４１（４６）の像を斜
方向からミラー１４，１６を介してＦＺＰ５２（４７）
面上に再結像し、これによりモアレ縞を形成している。
センサー３１（３２）はモアレ縞から生じるスポットの
位置を検出している。シリンドリカルレンズ１９は１次
元のＦＺＰ４６，４７を用いたときに光路中に装着して
いる。
【００２９】本実施形態では以上の各要素を用いること
により、図１又は図２に示す面位置検出原理に基づいて
ウエハ５の光軸方向（Ｚ方向）の面位置情報を検出して
いる。
により、図１又は図２に示す面位置検出原理に基づいて
ウエハ５の光軸方向（Ｚ方向）の面位置情報を検出して
いる。
【００３０】図４はステップアンドリピート方式の投影
露光装置において、ウエハ面上の露光領域５７に対する
面位置情報の検出領域Ｓ１〜Ｓ５を示す説明図である。
露光装置において、ウエハ面上の露光領域５７に対する
面位置情報の検出領域Ｓ１〜Ｓ５を示す説明図である。
【００３１】本実施形態は従来のスリット像投影検出方
式と比べて検出領域が拡がっている。面位置検出は５点
の平均値を算出している。またＸ方向の傾きωｘの検出
は領域Ｓ１＋領域Ｓ２と領域Ｓ４＋領域Ｓ５からの出力
を比較することによって行っている。またＹ方向の傾き
ωｙは領域Ｓ１＋領域Ｓ４と領域Ｓ２＋領域Ｓ５からの
出力を比較することによって行っている。尚、図４
（Ｂ）のように各計測エリアを更に拡げて各計測領域が
オーバーラップするようにしても良い。
式と比べて検出領域が拡がっている。面位置検出は５点
の平均値を算出している。またＸ方向の傾きωｘの検出
は領域Ｓ１＋領域Ｓ２と領域Ｓ４＋領域Ｓ５からの出力
を比較することによって行っている。またＹ方向の傾き
ωｙは領域Ｓ１＋領域Ｓ４と領域Ｓ２＋領域Ｓ５からの
出力を比較することによって行っている。尚、図４
（Ｂ）のように各計測エリアを更に拡げて各計測領域が
オーバーラップするようにしても良い。
【００３２】図５はステップアンドスキャン方式の投影
露光装置において、ウエハ面上の露光領域５６に対する
面位置情報の検出領域Ｓ１〜Ｓ３を示す説明図である。
露光装置において、ウエハ面上の露光領域５６に対する
面位置情報の検出領域Ｓ１〜Ｓ３を示す説明図である。
【００３３】本実施形態のステップアンドスキャン方式
の投影露光装置の場合、露光領域５６が矩形になるので
面位置検出領域も矩形になるようにしている。面位置検
出は領域Ｓ１〜Ｓ３までの平均値を算出することによっ
て行っている。Ｘ方向の傾きωｘの計測は領域Ｓ１と領
域Ｓ３との比較によって行っている。Ｙ方向の傾きωｙ
はスキャン方向（この場合はＸ方向）に面位置を制御す
ることにより自動的に補償されるため本実施形態ではあ
えて記載していない。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の計測領
域を一部オーバーラップさせた場合、図５（Ｃ）はＡＦ
（オートフォーカス）計測時とステージを所望の高さ、
傾きに制御するまでにディレイがある場合、その間ステ
ージが走行する距離ｄだけＡＦ計測点をずらして配置し
た場合を示している。この場合、ステージ移動方向はＸ
の正の方向である。
の投影露光装置の場合、露光領域５６が矩形になるので
面位置検出領域も矩形になるようにしている。面位置検
出は領域Ｓ１〜Ｓ３までの平均値を算出することによっ
て行っている。Ｘ方向の傾きωｘの計測は領域Ｓ１と領
域Ｓ３との比較によって行っている。Ｙ方向の傾きωｙ
はスキャン方向（この場合はＸ方向）に面位置を制御す
ることにより自動的に補償されるため本実施形態ではあ
えて記載していない。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の計測領
域を一部オーバーラップさせた場合、図５（Ｃ）はＡＦ
（オートフォーカス）計測時とステージを所望の高さ、
傾きに制御するまでにディレイがある場合、その間ステ
ージが走行する距離ｄだけＡＦ計測点をずらして配置し
た場合を示している。この場合、ステージ移動方向はＸ
の正の方向である。
【００３４】図４，図５では測定点が５点と３点となっ
ているが、目的に応じて計測点数と配置は当然変わり得
るものである。また面位置情報の検出値として各点の平
均値を算出するとしたが、露光像面が平面でない場合な
どは各点の値を参照しながら最適像面にウエハ面を合わ
せ込むようにしても良い。
ているが、目的に応じて計測点数と配置は当然変わり得
るものである。また面位置情報の検出値として各点の平
均値を算出するとしたが、露光像面が平面でない場合な
どは各点の値を参照しながら最適像面にウエハ面を合わ
せ込むようにしても良い。
【００３５】以上説明した各実施形態では、本発明を縮
小型の投影露光装置に適用した場合を示したが、本発明
は図３に示した装置以外のタイプの露光装置、例えば投
影ミラー系によりパターン像を投影する装置や、レンズ
及びミラーで構成した投影光学系によりパターン像を投
影する装置等にも適用できる。また本発明は光学式の露
光装置以外の、例えば電子ビームと電子レンズとを使用
して、回路パターンを描画したり或いは回路パターンを
投影したりする電子ビーム露光装置やＸ線露光装置にも
同様に適用することができる。また本発明は露光装置以
外の面位置検出が要求される光学機器にも同様に適用す
ることができる。
小型の投影露光装置に適用した場合を示したが、本発明
は図３に示した装置以外のタイプの露光装置、例えば投
影ミラー系によりパターン像を投影する装置や、レンズ
及びミラーで構成した投影光学系によりパターン像を投
影する装置等にも適用できる。また本発明は光学式の露
光装置以外の、例えば電子ビームと電子レンズとを使用
して、回路パターンを描画したり或いは回路パターンを
投影したりする電子ビーム露光装置やＸ線露光装置にも
同様に適用することができる。また本発明は露光装置以
外の面位置検出が要求される光学機器にも同様に適用す
ることができる。
【００３６】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００３７】図７は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。
【００３８】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００３９】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【００４０】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。
【００４１】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００４２】図８は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。
【００４３】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【００４４】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００４５】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製造
することができる。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、斜め入射
方式により物体面の面位置情報を検出する際に、該物体
面に所定のパターンを斜方向から投影する投影手段と、
該物体面に形成したパターンを斜方向から所定面上に再
結像させる再結像手段の各要素を適切に設定することに
より、物体面の反射率むらや表面形状に投影されずに面
位置情報を高精度にしかも容易に検出することができる
面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を
達成することができる。
方式により物体面の面位置情報を検出する際に、該物体
面に所定のパターンを斜方向から投影する投影手段と、
該物体面に形成したパターンを斜方向から所定面上に再
結像させる再結像手段の各要素を適切に設定することに
より、物体面の反射率むらや表面形状に投影されずに面
位置情報を高精度にしかも容易に検出することができる
面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を
達成することができる。
【００４７】特に本発明によれば、入射側のパターン板
上の第１焦点距離を有する第１のゾーンプレートの像を
ウエハ面上に投影し、その像をさらに射出側のパターン
板上の第２の焦点距離を有する第２のゾーンプレート上
に導き、第１のゾーンプレートの像と第２のゾーンプレ
ートによって発生するモアレ縞ゾーンプレートの集光点
位置を検出することにより、ウエハ面の反射率むらや表
明形状の影響を受けにくい高速処理が可能な面位置検出
装置を実現することができる。
上の第１焦点距離を有する第１のゾーンプレートの像を
ウエハ面上に投影し、その像をさらに射出側のパターン
板上の第２の焦点距離を有する第２のゾーンプレート上
に導き、第１のゾーンプレートの像と第２のゾーンプレ
ートによって発生するモアレ縞ゾーンプレートの集光点
位置を検出することにより、ウエハ面の反射率むらや表
明形状の影響を受けにくい高速処理が可能な面位置検出
装置を実現することができる。
【図１】本発明の面位置検出装置の実施形態１の要部斜
視図
視図
【図２】本発明の面位置検出装置の実施形態２の要部斜
視図
視図
【図３】本発明の面位置検出装置を投影露光装置に適用
したときの実施形態３の要部概略図
したときの実施形態３の要部概略図
【図４】本発明をステップアンドリピート方式の露光装
置に適用した場合の計測点配置の例
置に適用した場合の計測点配置の例
【図５】本発明をステップアンドスキャン方式の露光装
置に適用した場合の計測点配置の例
置に適用した場合の計測点配置の例
【図６】従来の面位置検出装置の概略図
【図７】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図８】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
１ レチクル ２ レチクルスキャンステージ ３ 露光光源 ４ 縮小投影レンズ ５ ウエハ ６ ウエハチャック ７ レチクルスキャンステージ ８ 光源手段 ９ コリメータレンズ １１，１３，１４，１６ ミラー １２，１５ レンズ系 １９ シリンドリカルレンズ ３１ ２次元センサー ３２ １次元センサー ４１ 入射側２次元ゾーンプレート ４２ 出射側２次元ゾーンプレート ４６ 入射側１次元ゾーンプレート ４７ 出射側１次元ゾーンプレート ５１，５３ 入射側パターン板 ５２，５４ 出射側パターン板
Claims (6)
- 【請求項１】 照明手段で照明された集光作用を有する
第１格子からの光束を結像素子で集光して被検物体面に
対して斜め方向から入射させて、該被検物体面上に該第
１格子の像を形成し、該被検物体面上の第１格子の像を
再結像素子で集光作用を有する第２格子上に結像させて
モアレ縞を形成し、該モアレ縞による集光点位置を光検
出器で検出することにより該被検物体面の面位置情報を
得ていることを特徴とする面位置検出装置。 - 【請求項２】 前記第１格子と第２格子は互いに焦点距
離が異なる１次元ゾーンプレート又は２次元ゾーンプレ
ートであることを特徴とする請求項１の面位置検出装
置。 - 【請求項３】 第１物体面上のパターンを投影光学系に
より第２物体面上に投影露光する際、照明手段で照明さ
れた集光作用を有する第１格子からの光束を結像素子で
集光して該第２物体面に対して斜め方向から入射させ
て、該第２物体面上に該第１格子の像を形成し、該第２
物体面上の第１格子の像を再結像素子で集光作用を有す
る第２格子上に結像させてモアレ縞を形成し、該モアレ
縞による集光点位置を光検出器で検出することにより該
第２物体面の面位置情報を得て、これより第２物体面を
該投影光学系の光軸方向に位置調整していることを特徴
とする投影露光装置。 - 【請求項４】 前記第１格子と第２格子は互いに焦点距
離が異なる１次元ゾーンプレート又は２次元ゾーンプレ
ートであることを特徴とする請求項３の投影露光装置。 - 【請求項５】 レチクル面上の回路パターンをウエハ面
上に露光する工程を介してデバイスを製造する際、請求
項１又は２の面位置検出装置を用いてウエハ面上の面位
置情報を検出する工程を利用していることを特徴とする
デバイスの製造方法。 - 【請求項６】 レチクル面上の回路パターンをウエハ面
上に露光する工程を介してデバイスを製造する際、請求
項３又は４の投影露光装置を用いていることを特徴とす
るデバイスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8040468A JPH09210629A (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
| US08/790,798 US5834767A (en) | 1996-02-02 | 1997-01-30 | Surface position detecting system and projection exposure apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8040468A JPH09210629A (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09210629A true JPH09210629A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=12581474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8040468A Pending JPH09210629A (ja) | 1996-02-02 | 1996-02-02 | 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5834767A (ja) |
| JP (1) | JPH09210629A (ja) |
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| KR100389017B1 (ko) * | 2000-11-22 | 2003-06-25 | (주) 인텍플러스 | 모아레무늬 발생기를 적용한 위상천이 영사식 모아레방법및 장치 |
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| CN111023999A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 北京交通大学 | 一种基于空间编码结构光的稠密点云生成方法 |
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-
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