JPH1116827A

JPH1116827A - 面情報検出装置及びそれを用いた投影露光装置

Info

Publication number: JPH1116827A
Application number: JP9181756A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Osaki; 美紀大嵜; Masayoshi Hasegawa; 雅宜長谷川; Minoru Yoshii; 実吉井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ面の位置を高精度に検出し、レチクル
面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に高い光
学性能を有して投影することのできる面情報検出装置及
びそれを用いた投影露光装置を得ること。【解決手段】投影光学系の結像面上近傍に設けた感光
性の物体面に光源からの非感光性の光束で照明したパタ
ーンを投光光学系によって該投影光学系の光軸に対して
斜方向から投影し、該物体面上に形成したパターンの像
を受光光学系によって受光素子に再結像させ、該受光素
子からの位置信号を用いて該物体面の光軸方向の面位置
又は／及び傾き等の面情報を検出する面情報検出系を有
した面情報検出装置において、該面情報検出系を２つ以
上設け、該２つの面情報検出系は該投影光学系の光軸を
含む平面に対して互いに逆方向から該物体面上に光束を
入射させており、該２つの面情報検出系で得られる面情
報を用いて該物体面の位置を制御していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面情報検出装置及
びそれを用いた投影露光装置に関し、例えばレチクル面
上の転写用パターンを感光性の基板上に投影露光し、デ
バイスを製造する為の微小型の投影露光装置又は走査型
投影露光装置において該感光性の基板面上の面情報を検
出しながら（オートフォーカスを行いながら）投影露光
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等のデバイスをフォ
トリソグラフィ工程で製造する際にレチクルやフォトマ
スク等の転写用パターンを感光剤が塗布されたウエハ等
に転写する投影型露光装置が使用されている。

【０００３】この投影型露光装置では、ウエハの各ショ
ット領域を順次投影光学系の露光領域内に移動させ、各
ショット領域ごとにそれぞれレチクルの転写用パターン
像を一括露光するステップ・アンド・リピート方式の縮
小型投影露光装置、ステッパーが多く使用されている。

【０００４】これに対して、最近の半導体素子等では転
写用パターンが従来以上に微細化しているため、投影光
学系の解像力を高めることが求められている。解像力を
高めるための方法としては、露光に用いる光束の短波長
化や投影光学系の開口数の増大等であるが、いずれの方
法を用いる場合でも、従来と同程度の露光領域を確保す
るためには、露光領域の全面でディストーションや像面
湾曲等の結像性能を所定の精度に維持することが困難に
なってきている。この問題を解決するために、スリット
スキャン方式、ステップ・アンド・スキャン方式などの
走査露光方法を用いた走査型投影露光装置が種々と提案
されている。

【０００５】この走査型投影露光装置では、矩形状、円
弧状、または２次元的に配置された複数の台形状等のス
リット状の照明領域に対して、レチクル及びウエハを相
対的に同期して走査しながらレチクルの転写用パターン
をウエハ上に露光する。したがって、ステッパーと同面
積の転写用パターンをウエハ上に露光する場合、走査型
投影露光装置では、ステッパーに比べて投影光学系の露
光領域を小さくすることができる。その結果、露光領域
内の結像性能を向上できる。

【０００６】また、ステッパーでは、ウエハに反り等の
ある場合には、投影光学系の結像面に対して、ショット
領域を投影光学系の焦点深度内にあわせ込むことができ
ない場合が生じるという不都合があったが、走査型投影
露光装置では、露光領域が狭く、走査時に露光領域のウ
エハの位置や傾斜角、すなわちフォーカス位置や傾斜角
を検知、制御しながら露光することにより、ウエハに反
り等がある場合にも最適な露光状態で露光することも可
能である。

【０００７】以上のように、走査型投影露光装置におい
て、従来のステッパーに比べて露光領域内での結像性能
を向上させ、常に最適な状態で露光を行うためには、ウ
エハ上の露光領域の投影光学系の光軸方向における位置
及び傾斜角、すなわちフォーカス位置及びウエハの傾斜
角を走査時に検知、制御しながら露光することが必須で
ある。

【０００８】そこで、走査型投影露光装置では、以下に
説明するような方法を用いてフォーカス位置及び傾斜角
を検出、制御している。走査型投影露光装置は、図８に
示したように、主に、転写用のパターンが形成されたレ
チクル６と、レチクル６上の所定の照明領域９を照明す
る照明光学系１０１からの照明光束１０と、照明光束１
０により照明されたレチクル６上の転写用パターンをウ
エハ４上に投影する投影光学系５と、ウエハ４を保持
し、ウエハ４の傾斜角及びウエハ４の投影光学系５の光
軸方向の高さを調整するフォーカス・レベリングステー
ジ３と、投影光学系５の光軸に垂直な平面内でのウエハ
４の位置決め及び走査を行うウエハステージ２と、ウエ
ハ４、フォーカスレベリングステージ３及びウエハステ
ージ２を保持するウエハベース１と、ウエハ４に対して
非感光性の光を照射する焦点位置（面情報）検出用の光
束を放射する光源１１と、光源１１からの光束を用いて
露光領域の近傍や露光領域内に位置する複数の計測点
に、焦点検出用のパターン板１５に設けたパターンの像
を、投影光学系５の光軸に対して斜めに投影する入射光
学系１２と、それら複数の計測点からの反射光を集光し
て各計測点上の焦点検出用のパターンの像を再結像する
受光光学系１３と、受光光学系１３により再結像された
それぞれの像のウエハ４の高さ及び傾斜角に起因するず
れ量に対応する検出信号を生成する光電検出手段１４
と、光電検出手段１４からの検出信号に基づいてフォー
カス・レベリングステージ３を制御する制御手段（不図
示）からなる。通常、焦点検出用のパターン１５のパタ
ーン像はスリットパターンである場合が多く、スリット
像の長手方向がウエハ面と平行になるように、あるい
は、数度程度傾けてウエハ４に対し斜めに入射させ、ウ
エハ４面に結像させる。また、光源検出手段１４におい
ては、光電検出面に再結像されたパターン像の重心位置
のずれを検出することによってウエハ面のＺ方向の位
置、すなわちフォーカス位置を検出している。

【０００９】図８に示す装置の露光方法は、転写用のパ
ターンが形成されたレチクル６上の所定形状の照明領域
９を照明し、この照明領域９内のパターンを投影光学系
５を介してウエハ４上に投影し、その照明領域９に対し
てレチクル６を所定方向に走査するのと同期して、ウエ
ハ４をその照明領域９と共役な露光領域に対して所定方
向に走査することにより、レチクル６上のパターンを逐
次ウエハ４上に露光を行っている。この際、フォーカス
位置及び傾斜角を制御する方法として、ウエハ面上の様
子を摸式的に表した図９に示したように露光領域２６に
対して走査方向に手前側の計測点２７でのフォーカス位
置や傾斜角を先読みし、この先読みした結果に基づいて
露光領域２６でのフォーカス位置を補正する方法が主と
して用いられており、さらに先読みだけでなく露光領域
２６内でもフォーカス位置や傾斜角を検出し、先読みに
より検出した結果とを併せる方法が用いられる場合もあ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般にウエハの露光面
上にはプロセスによる様々なＩＣパターンによる段差等
が存在している。この結果、上述のフォーカス位置及び
傾斜角検出方法により検出されるフォーカス位置や傾斜
角が、実際のフォーカス位置や傾斜角と異なってしまう
といった問題があった。例えば、図２（Ａ）において、
ウエハ４の走査方向をＸ軸と平行とし、図に示したよう
な段差がウエハ４上に存在している場合には、上述の検
出方法により、段差に対して図面の右側から光束を照射
し、ウエハ４面の高さを検出すると図２（Ｂ）のような
信号が得られる。

【００１１】すなわち、段差部において、フォーカスの
検出値は、一度大きく振れてから実際の高さを示すこと
になる。この振れの大きさは、焦点位置検出用の光束の
ウエハ４への入射角、焦点位置検出用の入射光学系及び
受光光学系のＮ．Ａ．、さらには段差部の高さなどによ
り異なるが、例えば高さ０．５〜１．０μｍ程度の段差
部での振れ量は２〜３μｍに達することも少なくない。

【００１２】この結果、走査露光方法では、通常先読み
情報をもとに逐次レベリングステージを制御するため、
前述のような段差部において、フォーカス位置が正しく
検出することができないと、レチクルの転写用パターン
を所望の性能でウエハ面上に露光することができなくな
る。

【００１３】実際の投影露光装置では、複数の測定点で
フォーカス位置及び傾斜角の検出を行っており、それら
の計測点での平均値を算出してフォーカス位置等を制御
している。このため、１つの点のみで前述のような段差
部があり、その他の場所には存在しない場合では、平均
値としては、焦点深度の範囲内に収まる可能性はある。

【００１４】しかしながらＩＣのパターンは様々であ
り、それぞれの計測点で同様の問題が同時に起きたり、
それぞれの計測点で様々な振る舞いをするために全体と
して、フォーカス位置の検出値にオフセットが生じ、ま
たそのオフセットがウエハ面上の位置により変動する。
その結果、走査時に投影光学系の焦点深度内の最適な露
光状態で露光ができなくなることも少なくない。すなわ
ち多くの計測点を設けて、平均化するだけでは上記のよ
うな問題を解決することは困難である。また、平均化の
ために計測点を増やす場合にも、各計測点ごとに前述の
ようなフォーカス位置の検出値の振れ量を小さくするこ
とができれば、全体としてのオフセットも小さくでき
る。

【００１５】一方、ＩＣパターン等による面の反射率の
違いによっても前述と同様な問題が発生する。例えば、
図１０（Ａ）に示したように図面左側の領域の反射率が
図面右側と比較して低い場合、図面右側より焦点位置検
出用の光束を入射して、ウエハ４面の位置を検出する
と、図１０（Ｂ）のような信号が検出されフォーカス位
置の検出値が振れることになり、正しいフォーカス位置
を検出できないといった問題もある。

【００１６】また以上に説明したようなフォーカス位置
検出の問題点は、特に走査投影露光装置で問題となる
が、従来の投影露光装置（ステッパー）においてもＩＣ
パターンによる段差部や反射率の異なる部分を計測する
場合も少なくないため、走査投影露光装置と同様に問題
である。

【００１７】本発明は、ＩＣパターンの段差部や反射率
の違い等によるウエハ面のフォーカス位置及び傾斜角の
計測誤差を抑え、常に最適なウエハ面の面情報が得ら
れ、高集積度のデバイスの製造が容易な面情報検出装置
及びそれを用いた投影露光装置の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の面情報検出装置
は、 (1-1) 投影光学系の結像面上近傍に設けた感光性の物体
面に光源からの非感光性の光束で照明したパターンを投
光光学系によって該投影光学系の光軸に対して斜方向か
ら投影し、該物体面上に形成したパターンの像を受光光
学系によって受光素子に再結像させ、該受光素子からの
位置信号を用いて該物体面の光軸方向の面位置又は／及
び傾き等の面情報を検出する面情報検出系を有した面情
報検出装置において、該面情報検出系を２つ以上設け、
該２つの面情報検出系は該投影光学系の光軸を含む平面
に対して互いに逆方向から該物体面上に光束を入射させ
ており、該２つの面情報検出系で得られる面情報を用い
て該物体面の位置を制御していることを特徴としてい
る。

【００１９】特に、 (1-1-1) 前記２つの面情報検出系からの前記物体面上に
入射する光束は前記投影光学系の光軸を含む平面に対し
て直交する平面内において互いに逆方向から入射してい
ること。

【００２０】(1-1-2) 前記２つの面情報検出系からの前
記物体面上に入射する光束の該物体面上へ正射影した光
束のうち一方の光束が前記投影光学系の光軸を含む平面
に対する角度をθとしたとき他方の光束の角度が１８０
度−θとなるようにしていること。

【００２１】(1-1-3) 前記２つの面情報検出系の光束の
それぞれと前記投影光学系の光軸とがなす角度（前記投
影光学系の光軸に垂直な面への入射角）が等しいこと。

【００２２】(1-1-4) 前記２つの面情報検出系からの面
情報の平均値を用いて前記物体面の位置を制御している
こと。等を特徴としている。

【００２３】本発明の投影露光装置は、 (2-1) 構成要件(1-1) の面情報検出装置を用いてレチク
ルとウエハとを前記投影光学系の光軸方向に位置合わせ
をして該レチクル面上のパターンを該投影光学系を介し
てウエハ面上に投影露光していることを特徴としてい
る。

【００２４】本発明の走査型投影露光装置は、 (3-1) 構成要件(1-1) の面情報検出装置を用いてレチク
ルとウエハとを前記投影光学系の光軸方向に位置合わせ
をして該レチクル面上のパターンを該投影光学系を介し
てウエハ面上に該レチクルとウエハとを該投影光学系の
投影倍率に対応させた速度比で同期させて走査させなが
ら投影露光していることを特徴としている。

【００２５】(3-2) 照明手段からの光束により第１物体
面上の転写用パターンを照明し、該第１物体面上の転写
用パターンを投影光学系により感光性の第２物体面上に
該第１物体面と該第２物体面とを該投影光学系の投影倍
率に対応させた速度比で同期させて走査させながら投影
露光する走査型投影露光装置において、該第２物体面に
光源からの非感光性の光束で照明したパターンを投光光
学系によって該投影光学系の光軸に対して斜方向から投
影し、該物体面上に形成したパターンの像を受光光学系
によって受光素子に再結像させ、該受光素子からの位置
信号を用いて該第２物体面の光軸方向の面位置又は／及
び傾き等の面情報を検出する面情報検出系を２つ以上設
け、該２つの面情報検出系は該投影光学系の光軸を含む
平面に対して互いに逆方向から該第２物体面上に光束を
入射させており、該２つの面情報検出系で得られる面情
報を用いて該第２物体面の位置を制御していることを特
徴としている。

【００２６】特に、 (3-2-1) 前記２つの面情報検出系からの前記第２物体面
上に入射する光束は前記投影光学系の光軸を含む平面に
対して直交する平面内において互いに逆方向から入射し
ていること。

【００２７】(3-2-2) 前記投影光学系の光軸を含む平面
内に前記第２物体面の走査方向が位置していること。

【００２８】(3-2-3) 前記２つの面情報検出系からの前
記第２物体面上に入射する光束の該第２物体面上へ正射
影した光束のうち一方の光束が前記投影光学系の光軸を
含む平面に対する角度をθとしたとき他方の光束の角度
が１８０度−θとなるようにしていること。

【００２９】(3-2-4) 前記２つの面情報検出系の光束の
それぞれと前記投影光学系の光軸とがなす角度（前記投
影光学系の光軸に垂直な面への入射角）が等しいこと。

【００３０】(3-2-5) 前記面情報検出系を３つ以上設
け、該面情報検出系で得られる面情報の走査時における
変化の仕方が、１つ又は複数の面情報検出系で得られる
変化の仕方と別の１つ又は複数の面情報検出系で得られ
る変化の仕方が逆方向となるときには、その位置に第２
物体面を保持すること。等を特徴としている。

【００３１】本発明のデバイスの製造方法は、 (4-1) 構成要件(2-1) の投影露光装置を用いてレチクル
とウエハとの位置合わせを行った後に、レチクル面上の
パターンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエハ
を現像処理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。

【００３２】(4-2) 構成要件(3-1) 又は(3-2) の走査型
投影露光装置を用いてレチクルとウエハとの位置合わせ
を行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に
投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介して
デバイスを製造していることを特徴としている。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の面情報検出装置を
走査型の投影露光装置に適用したときの実施形態１の要
部概略図である。

【００３４】尚、本実施形態は走査露光を行わない通常
の投影露光装置にも同様に適用可能である。同図におい
て照明系１０１からの照明光束１０により照明されたレ
チクル（第１物体）６の照明領域９内の転写用パターン
の像が、投影光学系５を介してフォトレジスト（感光
体）が塗布されたウエハ（第２物体）４上の矩形の露光
領域内に投影露光されている。なお、本実施形態では投
影光学系５の光軸ＡＸと平行にＺ軸をとり、光軸ＡＸに
垂直な２次元平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸
を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をとり、スキャン方
式で露光する際のウエハ４の走査方向をＸ軸に平行とし
ている。

【００３５】次にレチクル６はレチクルステージ７上に
保持され、レチクルステージ７は、レチクルベース８上
に例えばリニアモーターを用いてＸ方向に所定の速度で
駆動できるように保持されている。

【００３６】一方、ウエハ４は、ウエハーチャック（不
図示）等を介してフォーカスレベリングステージ（ステ
ージ）３上に載置され、フォーカスレベリングステージ
３はウエハステージ（ＸＹステージ）２上に載置され、
ウエハステージ２は、ウエハベース１上に支持されてい
る。フォーカスレベリングステージ３は、ウエハ４のＺ
方向の位置（フォーカス位置）の調整を行うとともに、
ウエハ４の露光面の傾斜角の制御を行う。

【００３７】またウエハステージ２は、フォーカスレベ
リング３及びウエハ４をＸ方向と、Ｙ方向に位置決めす
るとともに、走査露光時にウエハ４をＸ軸と平行に所定
の走査速度で走査する。なお、投影光学系５の投影倍率
をβとすると、スキャン方式で露光を行う際には、レチ
クルステージ７を介してレチクル６を照明領域９に対し
て−Ｘ方向（またはＸ方向）に速度Ｖで走査するのと同
期して、ウエハステージ２を介してウエハ４を露光領域
に対してＸ方向（または−Ｘ方向）に速度β・Ｖで走査
している。これにより、レチクル６の転写用パターン像
が逐次ウエハ４上に走査露光される。

【００３８】次に本実施形態におけるウエハ４の露光面
のＺ方向の位置（フォーカス位置）を検出する面情報検
出装置の各要素について説明する。図８に示した従来の
走査型の投影露光装置で用いている面情報検出方法（焦
点位置検出方法）では、１つの計測点に対し、ある１方
向から面情報検出用（焦点位置検出用）の光束をウエハ
４に入射し、ウエハ４上にパターン板１５のパターン
（通常はスリットパターン）を結像している。

【００３９】これに対し、本実施形態では面情報検出系
を２つ以上設けている。図１では２つの面情報検出系を
設けている。同図に示したように、焦点位置検出用の２
つの光源（１１，２０）からの光束をそれぞれのパター
ン板（１５，２４）および光学系（１２，２１）を通し
て、１つの計測点に対し、ウエハ４の方位角方向におい
て２つの異なる方向から入射し、それぞれのパターン板
１５，２４のパターン像をウエハ４面上に結像し、その
反射光を光学系中に設置したハーフミラー（１８，１
９）を介して、別々の光電検出手段（１４，２３）に再
結像させ、ウエハ面４の面位置及び傾き等の面情報（フ
ォーカス位置）を検出している。

【００４０】ここで第１の面情報検出系は各要素１１，
１２，１３，１４，１５，１６，１７を有し、第２の面
情報検出系は各要素２０，２１，２２，２３，２４，１
６，１７を有している。そして２つの面情報検出系は光
軸ＡＸを含む平面（ＹＺ平面）に対して互いに逆方向か
らウエハ４面上に光束を入射させている。

【００４１】このように本実施形態ではウエハ４のフォ
ーカス位置及び傾斜角の検出に際し、１つの計測点に対
して、ウエハ４の方位角方向に関して２つの異なった方
向から焦点検出用の光束を入射させている。次に面情報
検出系の各要素について説明する。

【００４２】同図において第１の光源１１（第２の光源
２０）から、ウエハ４に対して非感光性の光束を第１の
入射光学系１２ａ（第２の入射光学系２１ａ）で集光
し、複数の開口パターンを有する第１のパターン板１５
（第２のパターン板２４）を照明している。第１のパタ
ーン板１５（第２のパターン板２４）を照明している。

【００４３】第１のパターン板１５（第２のパターン板
２４）からの光束を第１の入射光学系１２ｂ（第２の入
射光学系２１ｂ）で略平行光束とし、ハーフミラー１９
（ハーフミラー１８）を通過させてミラー１６（ミラー
１７）で反射させて光学系１２ｃ（光学系２１ｃ）を介
してウエハ４面上の複数の領域に入射させている。

【００４４】これによってウエハ４面上に第１のパター
ン板１５（第２のパターン板２４）に設けた複数のパタ
ーンを形成している。そしてウエハ４からの反射光束を
光学系２１ｃ（光学系１２ｃ）で集光し、ミラー１７
（ミラー１６）とハーフミラー１８（ハーフミラー１
９）で反射させて第１の受光光学系１３（第２の受光光
学系２２）によって第１の光電検出手段１４（第２の光
電検出手段２３）にウエハ４面上に形成したパターン像
を再結像させている。

【００４５】このように本実施形態ではウエハ４に対し
て非感光性の焦点位置検出用の光束を用いて、ウエハ４
面上の露光領域の近傍や露光領域内に位置する複数の計
測点に、焦点検出用のパターンの像を、投影光学系５の
光軸に対して斜めに投影している。そしてそれら複数の
計測点からの反射光を集光して各計測点上の焦点検出用
のパターンの像を受光面上に再結像している。そして再
結像したそれぞれのパターン像のウエハ４の高さ及び傾
斜角に起因するずれ量に対応する検出信号を光電検出手
段より得て光電検出手段からの検出信号に基づいてウエ
ハ面の位置情報を得て、これよりフォーカス・レベリン
グステージ３を制御して、ウエハ４面を投影光学系５の
焦点面に位置するようにしている。

【００４６】本実施形態におけるパターン板１５及びパ
ターン板２４のパターン像は複数のスリットパターンよ
り成り、スリットの長手方向が図面Ｙ軸方向と平行にな
るように投影している。さらに、計測点は露光領域及び
その近傍に複数設けている。

【００４７】図８に示した従来の方法では、図２（Ａ）
に示したウエハ４面上の段差部に対し、焦点検出用の光
束を図面上、右側から入射させて、段差部を通過させる
と受光手段からは図２（Ｂ）のような検出値を算出す
る。この結果に基づいて、フォーカスレベリングステー
ジ３を制御すると、実際の段差の形状と異なり、いった
ん大きくステージを駆動することになり、フォーカスす
ることが難しくなってくる。

【００４８】これに対し、本実施形態では、図２（Ａ）
に示した段差部を第１の焦点位置検出用の光束により検
出して、従来と同様な検出値を得ると共に、第２の焦点
位置検出用の光束により同じ段差部を逆の方向から検出
して、図２（Ｃ）のような検出値を得ている。そしてこ
の２つの検出値の平均をとって図２（Ｄ）のような検出
値を得ている。これによって段差部での焦点位置の検出
値が大きく振れるという現象を抑えて、フォーカスレベ
リングステージ３を制御してウエハ４面を投影光学系５
の焦点面に精度良く、位置するようにしている。

【００４９】又本実施形態によればウエハ４面の反射率
が異なる場合も同様に適用可能である。例えば、図１０
（Ａ）のような反射率の違う部分に対して、図面右側よ
り第１の焦点位置検出用の光束２５を入射し、図面右側
から左にウエハ４を走査すると、走査に伴いウエハ４面
は図１０（Ｂ）のように検出される。

【００５０】一方、図面左側から第２の焦点位置検出用
の光束を入射し、ウエハ４を同方向に走査すると、ウエ
ハ４面は図１０（Ｃ）のように検出される。すなわち、
図１０（Ａ）に示したような反射率の違う領域を第１の
焦点位置検出用の光束により検出した場合と、第２の焦
点位置検出用の光束により検出した場合とでは、検出値
の振れ方がちょうど逆になっている。

【００５１】そこで、２つの光束による検出値の平均値
を算出し、その値を用いてフォーカスの調整を行った
り、２つの光束による検出値が逆方向に振れる場合に
は、それらの検出値は無視し、さらに先読みを行い、２
つの光束の振れがおさまり、ほぼ等しい値を示した値を
もとにフォーカスの調整を行うことにより、ＩＣパター
ンの段差部等による焦点位置検出の誤差と同様に抑える
ことも可能となる。

【００５２】また、２つの光束による検出値が逆方向に
振れる場合には、それらの検出値は無視し、さらに先読
みを行い、２つの光束の振れがおさまり、ほぼ等しい値
を示した値をもとに、フォーカスの調整を行うことが良
く、これによればＩＣパターンの段差等による焦点位置
検出の誤差を抑えることができる。

【００５３】尚本実施形態では、２つの焦点位置検出用
の光束の、ウエハ４面上の方位角方向におけるウエハへ
の入射方向は、ウエハの走査方向（Ｘ方向）と平行にし
たが、平行でなくとも構わない。

【００５４】又２つの面情報検出系からのウエハ４面上
に入射する光束は投影光学系５の光軸ＡＸを含む平面
（ＹＺ平面）に対して直交する平面（ＸＺ平面）内にお
いて互いに逆方向から入射させても良い。

【００５５】次に本発明の実施形態２について説明す
る。先の実施形態１では、２つの焦点位置検出用の光束
による測定結果の平均値を焦点位置の検出結果とした
が、図２（Ｂ）と（Ｃ）とを比較すると、段差部でのフ
ォーカス位置の検出値は、ちょうど逆方向に振れてい
る。

【００５６】そこで、本実施形態では、２つの測定結果
が逆方向に振れるときには、それまでの焦点位置にフォ
ーカスレベリングステージ３を保持し、２つの光束によ
る検出結果がほぼ同一の値を示したときに初めてフォー
カスレベリングステージを駆動するようにしている。

【００５７】即ち走査露光方法において、２つの方向か
らの焦点位置検出用の光束により検出されたそれぞれの
値の走査時の変化の仕方が、逆方向に検出された場合
に、それまでの焦点位置にウエハを保持するようにして
いる。

【００５８】これにより従来の方法で生じたような焦点
位置の検出値がいったん大きく振れる影響を抑えてい
る。

【００５９】図３は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。同図において図１で示した要素と同一要素には同
符番を付している。

【００６０】実施形態１および２では、２つの焦点位置
検出用の光束のウエハ４面に対する入射角は、同一であ
った。これに対して本実施形態では図３に示したように
双方での入射角を若干変え、また、ウエハ４の方位角方
向には、実施形態１及び２と同様にウエハ４の走査方向
と２つの光束が平行になるように、また１８０度反対の
方向からウエハ４に入射するようにしている。

【００６１】同図において第１の光源１１（第２の光源
２０）から、ウエハ４に対して非感光性の光束を第１の
入射光学系１２ａ（第２の入射光学系２１ａ）で集光
し、複数の開口パターンを有する第１のパターン板１５
（第２のパターン板２４）を照明している。第１のパタ
ーン板１５（第２のパターン板２４）を照明している。

【００６２】第１のパターン板１５（第２のパターン板
２４）からの光束を第１の入射光学系１２ｂ（第２の入
射光学系２１ｂ）で略平行光束とし、ミラー１６ａ（ミ
ラー１７ａ）で反射させて光学系１２ｃ（光学系２１
ｃ）を介してウエハ４面上の複数の領域に入射させてい
る。

【００６３】これによってウエハ４面上に第１のパター
ン板１５（第２のパターン板２４）に設けた複数のパタ
ーンを形成している。そしてウエハ４からの反射光束を
第１の受光光学系１３ａ（第２の受光光学系２２ａ）で
集光し、ミラー１７ｂ（ミラー１６ｂ）で反射させて第
１の受光光学系１３ｂ（第２の受光光学系２２ｂ）によ
って第１の光電検出手段１４（第２の光電検出手段２
３）にウエハ４面上に形成したパターン像を再結像させ
ている。

【００６４】本実施形態の場合でも、図２（Ａ）のよう
な段差部があると２つの光束による検出結果がいったん
逆方向に振れるが、実施形態２と同様に２つの測定結果
が逆方向に振れるときには、それまでの焦点位置にフォ
ーカスレベリングステージ３を保持し、２つの光束によ
る検出結果がほぼ同一の値を示したときに初めてフォー
カスレベリングステージ３を駆動することにより、従来
の方法で生じたような焦点位置の検出値が段差部の形状
と逆方向にいったん振れる影響を抑えている。

【００６５】また、本実施形態では第１の焦点位置検出
用の光束と第２の焦点位置検出用の光束とのウエハ４面
に対する入射角が異なるため、２つの光束による粗検出
の値の平均をとっても段差部での検出値が振れる影響は
実施形態１と多少異なるが、それぞれの光束による検出
値の最大の振れ量が等しくなるように、検出値に定数を
掛けることにより、実施形態１とほぼ同様に抑えること
も可能である。

【００６６】次に本発明の実施形態４について説明す
る。図４は本実施形態のウエハ４面上における各入射光
束の説明図である。同図はウエハ面を投影光学系の光軸
方向から見た場合を示している。実施形態１〜３では、
２つの焦点位置検出用の光束は、ウエハの方位角方向に
おいて、ウエハの走査方向と平行かつ、それぞれが１８
０度逆の方向から、ウエハ面に対し入射させていた。こ
れに対して本実施形態では、図４に示すように、２つの
焦点位置検出用の光束のウエハ４の方位角方向に於ける
ウエハ４への入射方向が、第１の焦点位置検出用の光束
Ｌ１が、ウエハの走査方向から角度θ（度）、第２の焦
点位置検出用の光束Ｌ２が、角度１８０−θ（度）とな
るようにしている。

【００６７】即ち、２つの面情報検出系からのウエハ４
面上に入射する光束の該ウエハ４面上へ正射影した光束
のうち一方の光束Ｌ１が投影光学系の光軸を含む平面
（ＸＺ平面）に対する角度をθとしたとき、他方の光束
Ｌ２の角度が１８０度−θとなるようにしている。

【００６８】そのため、スリットの長手方向がウエハ面
と平行になるようにスリット像を投影する場合には第１
の焦点位置検出用の光束Ｌ１によりウエハ４面に結像す
るスリット像と、第２の焦点位置検出用の光束Ｌ２によ
り結像するスリット像とを重ねることはできないため、
焦点位置を検出している位置は、２つの光束Ｌ１，Ｌ２
で若干異なってくる。

【００６９】しかしながら、通常、ウエハ４上の大きな
段差部を伴うようなＩＣパターンは、走査方向に水平
（Ｘ軸方向）及び垂直な方向（Ｙ軸方向）が多く、２つ
の光束によりウエハ面に結像したスリット像のこのよう
な段差部において影響を受ける部分を考えると２つのス
リット像ともほぼ同じになる場合が多い。この為、２つ
の焦点位置検出用の光束の平均値を焦点位置としたり、
２つの焦点位置検出用の光束によるそれぞれの焦点位置
の検出値が逆方向に振れる場合には、それまでの焦点位
置にフォーカスレベリングステージを保持することによ
り、段差部における焦点位置の検出値の振れを実施形態
１から３とほぼ同様に抑えることができる。また、投影
光学系まわりの機構及び電機的な設計上の制約により、
実施形態１から３に示したような光学系を配置できない
場合には、本実施形態が有効である。一方、スリットの
長手方向とウエハ面とが数度程度傾いている場合には、
２つの光束のスリット像をウエハ面上で重ねあわせるこ
とが可能である。

【００７０】次に本発明の実施形態５について説明す
る。図５は本実施形態のウエハ４面上における各入射光
束の説明図である。実施形態１から４では、ウエハの方
位角方向において、異なる２方向から、焦点位置検出用
の光束をウエハ面に入射し、２つの光束の検出値の平均
値等を用いてフォーカス位置とすることにより、ＩＣパ
ターン等の段差部による焦点位置の検出値の振れを抑え
ている。これに対して本実施形態では、４つの面情報検
出系を用いている。そして図５に示したように、実施形
態１と同様にハーフミラー等を用いることにより、第１
の入射光学系が第３の受光光学系を併用するように、第
２の入射光学系が第４の受光光学系を併用するようにし
て、ウエハ面の方位角方向において、異なる４方向から
焦点位置検出用の光束をウエハ４面に入射し、それぞれ
の光学系中に設置したスリット板（不図示）に再結像さ
せ、焦点位置を検出している。そして、それぞれの光束
による検出値の平均値を用いてフォーカス位置とし、こ
れにより、段差部での焦点位置の検出値が大きく振れる
という現象を抑えている。

【００７１】尚、本実施形態における走査露光方法にお
いて、３つ以上の方向からのそれぞれの焦点位置検出用
の光束により検出される値の走査時のそれぞれの変化の
仕方が、ある１つまたは複数の光束により検出される焦
点位置の変化の仕方と、別の１つまたは複数の光束によ
り検出される焦点位置の変化の仕方と、別の１つまたは
複数の光束により検出される焦点位置の変化の仕方が逆
方向になる場合に、それまでの焦点位置にウエハを保持
するようにしている。

【００７２】以上の各実施形態については、ＩＣパター
ンによる段差部に関して説明したが、反射率が異なる場
合にも同様である。また、本発明は走査露光方法だけで
なく、通常のステッパー等の露光方式にも同様に適用可
能することができる。

【００７３】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。

【００７４】図６は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローチャートである。

【００７５】本実施例においてステップ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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】図７は上記ステップ４のウエハプロセスの
詳細なフローチャートである。まずステップ１１（酸
化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（Ｃ
ＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】尚本実施例の製造方法を用いれば高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、ＩＣパターンの段差部
や反射率の違い等によるウエハ面のフォーカス位置及び
傾斜角の計測誤差を抑え、常に最適なウエハ面の面情報
が得られ、高集積度のデバイスの製造が容易な面情報検
出装置及びそれを用いた投影露光装置を達成することが
できる。

【００８４】又本発明によれば、投影露光装置における
ウエハ面の面情報（焦点位置）検出において、１つの焦
点検出位置に対し、従来の焦点位置検出用の光束に加
え、ウエハの方位角方向に関して、異なる方向から別の
焦点位置検出用の光束を入射させることにより、ＩＣパ
ターンによる段差部やその表面上の反射率の違いにより
フォーカス検出値が大きく振れてしまうことがなく、焦
点情報を高精度に検出することができ、フォーカスをあ
わせることができないといった問題点を解決することが
可能となる。また、焦点位置検出を検出用の光束とし
て、３つ以上の光束をウエハの方位角方向に関して、そ
れぞれが異なる方向からウエハに対して入射させれば更
に高精度な焦点検出ができるといった効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】ＩＣパターンによる段差部及び段差部での焦点
位置検出値の変化を説明する図

【図３】本発明の実施形態３の要部概略図

【図４】本発明の実施形態４の要部概略図

【図５】本発明の実施形態５の要部概略図

【図６】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート

【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】従来の投影露光装置の要部概略図

【図９】走査露光時の焦点位置検出方法を説明する図

【図１０】ウエハの反射率の違い及びその領域での焦点
位置検出値の変化を説明する図

【符号の説明】

１ウエハベース２ウエハステージ３フォーカスレベリングステージ４ウエハ５投影光学系６レチクル７レチクルステージ８レチクルベース９レチクル上の照明領域１０照明光束１１（第１の）焦点検出用光束の光源１２（第１の）入射光学系１３（第１の）受光光学系１４第１の光電検出手段１５第１のパターン像１６，１７ミラー１８，１９ハーフミラー２０第２の光源２１第２の入射光学系２２第２の受光光学系２３第２の光電検出手段２４第２のパターン板２５焦点検出用光束２６露光領域２７ショット領域２８フォーカス先読み位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光学系の結像面上近傍に設けた感光
性の物体面に光源からの非感光性の光束で照明したパタ
ーンを投光光学系によって該投影光学系の光軸に対して
斜方向から投影し、該物体面上に形成したパターンの像
を受光光学系によって受光素子に再結像させ、該受光素
子からの位置信号を用いて該物体面の光軸方向の面位置
又は／及び傾き等の面情報を検出する面情報検出系を有
した面情報検出装置において、該面情報検出系を２つ以
上設け、該２つの面情報検出系は該投影光学系の光軸を
含む平面に対して互いに逆方向から該物体面上に光束を
入射させており、該２つの面情報検出系で得られる面情
報を用いて該物体面の位置を制御していることを特徴と
する面情報検出装置。
【請求項２】前記２つの面情報検出系からの前記物体
面上に入射する光束は前記投影光学系の光軸を含む平面
に対して直交する平面内において互いに逆方向から入射
していることを特徴とする請求項１の面情報検出装置。
【請求項３】前記２つの面情報検出系からの前記物体
面上に入射する光束の該物体面上へ正射影した光束のう
ち一方の光束が前記投影光学系の光軸を含む平面に対す
る角度をθとしたとき他方の光束の角度が１８０度−θ
となるようにしていることを特徴とする請求項１の面情
報検出装置。
【請求項４】前記２つの面情報検出系の光束のそれぞ
れと前記投影光学系の光軸とがなす角度（前記投影光学
系の光軸に垂直な面への入射角）が等しいことを特徴と
する請求項３の面情報検出装置。
【請求項５】前記２つの面情報検出系からの面情報の平
均値を用いて前記物体面の位置を制御していることを特
徴とする請求項１，２、３又は４の面情報検出装置。
【請求項６】請求項１から５のいずれか１項記載の面
情報検出装置を用いてレチクルとウエハとを前記投影光
学系の光軸方向に位置合わせをして該レチクル面上のパ
ターンを該投影光学系を介してウエハ面上に投影露光し
ていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】請求項１から４のいずれか１項記載の面
情報検出装置を用いてレチクルとウエハとを前記投影光
学系の光軸方向に位置合わせをして該レチクル面上のパ
ターンを該投影光学系を介してウエハ面上に該レチクル
とウエハとを該投影光学系の投影倍率に対応させた速度
比で同期させて走査させながら投影露光していることを
特徴とする走査型投影露光装置。
【請求項８】照明手段からの光束により第１物体面上
の転写用パターンを照明し、該第１物体面上の転写用パ
ターンを投影光学系により感光性の第２物体面上に該第
１物体面と該第２物体面とを該投影光学系の投影倍率に
対応させた速度比で同期させて走査させながら投影露光
する走査型投影露光装置において、該第２物体面に光源
からの非感光性の光束で照明したパターンを投光光学系
によって該投影光学系の光軸に対して斜方向から投影
し、該物体面上に形成したパターンの像を受光光学系に
よって受光素子に再結像させ、該受光素子からの位置信
号を用いて該第２物体面の光軸方向の面位置又は／及び
傾き等の面情報を検出する面情報検出系を２つ以上設
け、該２つの面情報検出系は該投影光学系の光軸を含む
平面に対して互いに逆方向から該第２物体面上に光束を
入射させており、該２つの面情報検出系で得られる面情
報を用いて該第２物体面の位置を制御していることを特
徴とする走査型投影露光装置。
【請求項９】前記２つの面情報検出系からの前記第２
物体面上に入射する光束は前記投影光学系の光軸を含む
平面に対して直交する平面内において互いに逆方向から
入射していることを特徴とする請求項８の走査型投影露
光装置。
【請求項１０】前記投影光学系の光軸を含む平面内に
前記第２物体面の走査方向が位置していることを特徴と
する請求項９の走査型投影露光装置。
【請求項１１】前記２つの面情報検出系からの前記第
２物体面上に入射する光束の該第２物体面上へ正射影し
た光束のうち一方の光束が前記投影光学系の光軸を含む
平面に対する角度をθとしたとき他方の光束の角度が１
８０度−θとなるようにしていることを特徴とする請求
項８の走査型投影露光装置。
【請求項１２】前記２つの面情報検出系の光束のそれ
ぞれと前記投影光学系の光軸とがなす角度（前記投影光
学系の光軸に垂直な面への入射角）が等しいことを特徴
とする請求項１１の面情報検出装置。
【請求項１３】前記面情報検出系を３つ以上設け、該
面情報検出系で得られる面情報の走査時における変化の
仕方が、１つ又は複数の面情報検出系で得られる変化の
仕方と別の１つ又は複数の面情報検出系で得られる変化
の仕方が逆方向となるときには、その位置に第２物体面
を保持することを特徴とする請求項８の走査型投影露光
装置。
【請求項１４】請求項６の投影露光装置を用いてレチ
クルとウエハとの位置合わせを行った後に、レチクル面
上のパターンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウ
エハを現像処理工程を介してデバイスを製造しているこ
とを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１５】請求項７から１３のいずれか１項記載
の走査型投影露光装置を用いてレチクルとウエハとの位
置合わせを行った後に、レチクル面上のパターンをウエ
ハ面上に投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程
を介してデバイスを製造していることを特徴とするデバ
イスの製造方法。