JPH1137895A

JPH1137895A - 反射率測定センサの検査方法

Info

Publication number: JPH1137895A
Application number: JP9207424A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Suzuki; 康仁鈴木; Toshihiko Tsuji; 寿彦辻
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】量産品の製造過程においてやむを得ず確率的に
発生する反射率測定センサの断線等を検査することによ
り、露光装置の信頼性を向上させることのできる、反射
率測定センサの検査方法を提供する。【解決手段】水銀ランプ１からウエハＷに至るまでの光
路中に存在する光学部材３，９を介して、水銀ランプ１
からウエハＷに到達する照射光の光量が、通常の露光時
における照射光の光量よりも大きくなるような状態に、
光学部材３，９を設定するステップと、照射光を反射す
る部分がフィデュシャルマークになるような位置に、ウ
エハステージ２０を移動させるステップと、反射光を反
射率測定センサ４１により測定するステップと、反射率
測定センサ４１からの出力に基づき、反射率測定センサ
４１の不具合を判断するステップとを備えるので、反射
率測定センサ４１を露光装置から取り外すことなく、水
銀ランプ１から照射された照射光に基づいて、その検査
を行うことができ、それにより検査の迅速化や簡便化を
図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体または、液
晶表示素子等の基板をフォトリソグラフィ工程で製造す
る際に使用される露光装置に用いられる反射率測定セン
サの検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体素子等を製造するための
フォトリソグラフィ工程（マスクパターンのレジスト像
を基板上に形成する工程）では、マスクとしてのレチク
ルのパターンを投影光学系を介して、フォトレジストが
塗布された基板（又はウエハ等）上に露光する投影露光
装置（ステッパ等）が使用されている。

【０００３】かかる露光装置においては、光源からの高
強度な露光光が、レチクルに照射され、レチクルに形成
されたパターンの像が、投影レンズを含む投影光学系を
介してマスクに投影されるようになっている。

【０００４】投影レンズは、高強度な露光光が通過する
ものであり、そのうちの数％は投影レンズに吸収されて
熱に変換される。そのため投影レンズは、温度変化に基
づく熱膨張により、その結像特性等が容易に変化する。
従って、投影レンズの結像特性等を高精度に維持するに
は、かかる投影レンズの温度管理を厳密に行う必要があ
る。

【０００５】そこで、露光光の照射量に基づき、どの程
度のエネルギー（露光光）が投影レンズに吸収されたか
を推定し、結像特性等の変化を予測する手法が提案され
た。かかる手法に基づけば、光源の出力と照射時間とに
より、投影レンズがどの程度加熱されたか推定でき、そ
れにより投影レンズの現時点における温度を求めること
ができる。

【０００６】しかしながら、ここに一つの問題がある。
すなわち、投影レンズに吸収される露光光は、光源から
直接照射されるものに限られず、ウエハ等からの反射光
（戻光）も含まれる。かかる戻光はウエハ等の下地の反
射率に依存し、投影レンズを加熱しその結像特性等を変
化させうる。したがって、投影レンズを通過する戻光の
光量測定が必要となる。

【０００７】このような戻光を測定する従来技術に関し
て、特開昭６２−１８３５２２号公報において、ウエハ
の反射率測定装置が開示されている。かかる従来技術に
よれば、照明系内に主光軸から分岐さた光学系を配置
し、戻光をセンサをに入射させることにより、照明系、
投影光学系、レチクルの反射率、ウエハステージの反射
率を測定することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、戻光を検出
するセンサに、組立ミス等により断線や逆挿（＋−端子
を逆につなぐこと）が生じた場合、これを露光動作中に
検出することはできない。なぜなら、かかるセンサの出
力は、ブラインドやレチクルの透過率によって大きく変
化するため、通常と大きく異なる値が生じても、直ちに
センサ不良とは判断できないからである。しかしなが
ら、センサは正常であると常に信じて露光動作を行う
と、投影レンズの焦点位置不良等に基づき、不良な半導
体素子を製造してしまう恐れがある。

【０００９】一方、かかるセンサをわざわざ露光装置か
ら取り外し、露光動作に先立っていちいちチェックする
ことは手間がかかる。また、センサが元々正常であった
としても、センサをチェックのため取り外すことによ
り、かえって断線や逆挿を招く恐れもある。

【００１０】そこで、かかる問題点を解消すべく、本発
明は、量産品の製造過程においてやむを得ず確率的に発
生する反射率測定センサの断線等を検査することによ
り、露光装置の信頼性を向上させることのできる、反射
率測定センサの検査方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源（１）か
らの照射光を投影レンズ（１４）を介して被照射部材
（Ｗ）に照射し、被照射部材（Ｗ）からの反射光を投影
レンズ（１４）を介して受光する、露光装置に用いる反
射率測定センサ（４１）の検査方法である。かかる検査
方法は、光源（１）から被照射部材（Ｗ）に至るまでの
光路中に存在する光学部材（３，９）を介して、光源
（１）から被照射部材（Ｗ）に到達する照射光の光量
が、通常の露光時における照射光の光量よりも大きくな
るような状態に、光学部材（３，９）を設定するステッ
プと、照射光を反射する部分が被照射部材のうち高反射
率を有する部分（２０）になるような位置に、被照射部
材（Ｗ）を移動させるステップと、反射光を反射率測定
センサ（４１）により測定するステップと、反射率測定
センサ（４１）からの出力に基づき、反射率測定センサ
（４１）の不具合を判断するステップとを備えることを
特徴とする。

【００１２】本発明の反射率測定センサの検査方法によ
れば、光源（１）から被照射部材（Ｗ）に至るまでの光
路中に存在する光学部材（３，９）を介して、光源
（１）から被照射部材（Ｗ）に到達する照射光の光量
が、通常の露光時における照射光の光量よりも大きくな
るような状態に、光学部材（３，９）を設定するステッ
プと、照射光を反射する部分が被照射部材のうち高反射
率を有する部分（２０）になるような位置に、被照射部
材（Ｗ）を移動させるステップと、反射光を反射率測定
センサ（４１）により測定するステップと、反射率測定
センサ（４１）からの出力に基づき、反射率測定センサ
（４１）の不具合を判断するステップとを備えるので、
反射率測定センサ（４１）を露光装置から取り外すこと
なく、光源（１）から照射された照射光に基づいて、そ
の検査を行うことができ、それにより検査の迅速化や簡
便化を図ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を、
図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本発明
の実施の形態による投影露光装置の概略的な構成を示す
図である。基本的な構成については、特開昭６２−１８
３５２２号公報等に開示されているので簡略化して説明
する。

【００１４】光源としての水銀ランプ１からの照明光は
楕円鏡２で集光され、シャッター３を介してダイクロイ
ックミラー４で反射される。そしてコリメーターレンズ
５で平行にされた照明光は、露光波長（例えばｉ線）の
みを選択するフィルター６を介してコーンプリズム７、
オプチカルインテグレータ８の順に入射する。

【００１５】オプチカルインテグレータ８の射出面には
多数の２次光源像が形成され、この射出面近傍には、照
明視野を任意に設定できる投影式レチクルブラインド９
が配置される。主制御系３１により制御されるこのレチ
クルブラインド９を射出した露光光は、第１リレーレン
ズ１２ａを通過し、透過率が高く反射率の低いミラー
（ビームスプリッタ）１０を通過し、更に第２リレーレ
ンズ１２ｂを介してダイクロイックミラー１１に入射
し、ここで反射されてコンデンサーレンズ１２ｃにより
均一な強度分布に成形されてレチクルＲを照射する。

【００１６】レチクルＲの露光用のパターン部を透過し
た露光光は投影レンズ１４に入射し、感光性基板として
のウェハＷ上にパターンの投影像が形成される。１４ａ
は投影レンズ１４の瞳である。ウェハＷはＺステージ１
５上に載置され、Ｚステージ１５はＸＹステージ１６上
に上下動（投影レンズ１４の光軸方向への移動）可能に
設けられているＸＹステージ１６はモータ等の駆動部
１７によって、投影レンズ１４の投影結像面と平行に２
次移動する。

【００１７】さてＺステージ１５にはＸＹステージ１６
（又はウェハＷ）の２次元的な位置を検出するためのレ
ーザ干渉計（不図示）からのレーザ光束ＬＢを垂直に反
射させる移動鏡１８が固定されている。そして移動鏡１
８の上方には、移動鏡１８と直接接触しないように固定
された遮光板１９が配置される。この遮光板１９は投影
レンズ１４を通ってきた露光光が移動鏡１８に照射さ
れ、移動鏡１８が加熱されることを防止するものであ
る。またＺステージ１５上には、各種アライメントの際
の基準とするためのフィデュシャルマーク（不図示）を
設けた基準マーク板２０が設けられている。

【００１８】ところで本実施の形態では、投影状態の調
整手段として圧力調整器３０が設けられ、投影レンズ１
４自体の結像特性（倍率、焦点位置）を微小量制御する
ことができる。圧力調整器３０は、投影レンズ１４の露
光光の透過による結像特性の変動を時々刻々補正し得る
ような圧力制御値を主制御系３１から入力し、これに応
答して投影レンズ１４内の選ばれた空気間隔（空気室）
の圧力を調整する。

【００１９】主制御系３１は、シャッター３の開閉動作
や露光時間を制御するシャッター制御系３２に開放信号
ＳＴを与えるとともに、単位時間（例えば５ｍｓｅｃ）
内においてシャッター３を開いた状態で照明光学系内に
挿入されている光量センサ（不図示）により測定された
値をウエハ上に照射された値に換算し、かかる値をパワ
ー（エネルギ）Ｐｗとしてシャッター制御系３２から入
力する。また主制御系３１は、環境情報（大気圧値、温
度値）ＡＳも入力し、信号Ｐｗに基づいて投影レンズ１
４の露光光の入射による倍率変動量、焦点変動量を推定
し、この変動量を補正するための圧力制御値を、環境情
報ＡＳを加味して算出する。

【００２０】本実施の形態においては、反射率を測定す
るために、ミラー１０と、瞳１４ａを反射率測定センサ
４１の受光面に再結像させる集光レンズ４０と、光電検
出器である反射率測定センサ４１とを設けている。

【００２１】ここで、反射率測定センサを用いて反射率
を測定することは、結像系制御の高精度化を図るため
に、大変重要である。なぜなら、反射光即ち戻光は、投
影レンズ等の温度をより上昇させ、その結像特性等を変
化させるからである。本実施の形態においては、以下の
ようにして反射率の測定を行っている。

【００２２】図１において、オプチカルインテグレータ
８の射出面（又はブラインド９）は、投影レンズ１４の
瞳１４ａと共投であり、ミラー１０は瞳１４ａと共役な
位置の近傍に配置される。このミラー１０としては単な
る素ガラス、オプチカルインテグレータ８側を反射防止
コートし、投影レンズ１４側を素ガラスのままにしたも
の、あるいはインテグレ一夕８側を反射防止コートし、
投影レンズ側をハーフミラ一にしたもの等が使用でき
る。

【００２３】上述したように、集光レンズ４０により、
反射率測定センサ４１の受光面は瞳１４ａと正確な共役
関係になされている。なお、集光レンズ４０を用いない
場合には、すなわちミラ−１０の中心からオプチカルイ
ンテグレータ８までの距離と、ミラー１０の中心から受
光面までの距離を等しくし、受光面が瞳１４ａの大きさ
（オプチカルインテグレータ８の射出面の大きさ）と等
しいか、もしくはそれ以上の寸法となるように定められ
る。また図１のような構成以外に、ミラー１０と反射率
測定センサ４１との間に、露光光の波長を選択的に透過
するフィルターを配置することもできる。

【００２４】さて、このような構成において、反射率測
定センサ４１には第２リレーレンズ１２ｂ、コンデンサ
ーレンズ１２ｃ、レチクルＲ、投影レンズ１４の内部レ
ンズエレメント、及び投影視野内に位置した物体、特に
ウェハＷからの各反射光（戻光）が重畳して入射する。

【００２５】一般にウェハＷの表面には未露光のフォト
レジストが塗布されており、プロセスの進行に伴って表
面には微小な凹凸が存在する。このためウェハＷの表面
では露光光の正反射光以外に散乱光及び回折光も発生
し、正反射光とともに投影レンズ１４に逆戻りすること
になる。

【００２６】このため、反射率測定センサ４１の受光面
が、ここに形成される瞳１４ａの像の大きさよりも大き
いほど、散乱光及び回析光を合めてより多くの反射光
（投影レンズ１４を通る反射光）を検出することができ
る。

【００２７】なお、図１において、ミラー１０の上方に
配置された光トラップ４５は、オプチカルインテグレー
タ８から射出した露光光の一部がミラ一１０で上方に反
射し、上方の金物で反射して反射率測定センサ４１に迷
光として入射するのを防止するものであり、単なる無光
たくの無色塗装で十分である。また後述の反射率測定方
法を実行すれば、光トラップ４５は全くなくてもよい。
さらに光トラップ４５の位置にシャッター制御系３２を
光量積分モードで動作させるための測光素子を設けても
よい。

【００２８】次に本実施の形態による反射率測定方法
を、図２、図３を用いて説明する。図２は、光電出力と
反射率との関係を示すグラフであり、図３は、ウエハ上
の露光ショットの配列を示す図である。図１に示すよう
に、反射率測定センサ４１を照明光学系の光路中に設け
ると、ウェハＷ表面からの反射光以外に、コンデンサー
レンズ１２ｃやレチクルＲのパターン（クロム部）等か
らの反射光がオフセットとして加わった形で受光され
る。

【００２９】そこでＺステージ１５上のウェハＷが載ら
ない部分のうち、なるべく反射率の異なる２ケ所（以後
Ａ点とＢ点とする）でレチクルＲのパターンの投影を行
ないＡ点において受光された反射光量に応じた光電出力
ｌｈとＢ点において受光された反射光量に応じた光電出
力Ｉｌとを予め計測し、上記オフセット分を相殺した形
でウェハＷの露光光に対する反射率Ｒｗを求める。

【００３０】このため本実施の形態では、Ａ点を基準マ
ーク板２０の表面とし、Ｂ点を遮光板１９の表面とし、
Ａ点の露光光に対する反射率ＲｈとＢ点の露光光に対す
る反射率Ｒｌ（ここではＲｌ＜Ｒｈとする）とは、予め
別の方法で測定され、主制御系３１に記憶されているも
のとする。

【００３１】まずレチクルＲをセットし、レチクルブラ
インド９を所定の形状及び大きさにセットした後、投影
レンズ１４の投影視野内に基準マーク板２０が位置する
ようにＸＹステージ１６を位置決めする。そして主制御
系３１は、シャッター３を開いてレチクルＲのパターン
を基準マーク板２０に投影するとともに、光電検出器光
４１の光電出力Ｉを読み込み、その大きさをＩｈとして
記憶する。

【００３２】もちろん基準マーク板２０の表面寸法は、
パターンの投影像寸法よりも大きくなっている。次にＸ
Ｙステージ１６を移動させて遮光板１９にレチクルＲの
パターンを投影するとともに、そのときの光電出力Ｉを
読み込み、その大きさをＩｌとして記憶する。そして以
後光電出力Ｉに基づいて（１）式により、ウェハＷの反
射率Ｒｗが算出される。Ｒｗ＝Ｒｌ＋｛（Ｉ−Ｉｌ）／（Ｉｈ−Ｉｌ）｝・（Ｒｈ−Ｒｌ）（１）

【００３３】この（１）式を図示したものが図２であ
り、横軸は光電出力Ｉを表わし、縦軸は反射率Ｒを表
す。図２においてＩｗは、ウェハＷが投影視野内に位置
決めされて露光が行なわれているときの光電出力Ｉの大
きさである。本実施の形態では、ステップ・アンド・リ
ピート方式でウェハＷを露光する各露光ショット毎に反
射率Ｒｗの測定が可能である。

【００３４】さて、ウェハＷの反射率Ｒｗが求まった段
階で、主制御系３１は圧力制御値を反射率Ｒｗに応じて
補正する。例えば投影視野内の物体の反射率をゼロとし
たときに得られる圧力制御値（結像特性の変動量と一義
的に対応する）を、（１＋Ｒｗ）倍するように補正す
る。これによって、ウェハＷの反射率が一定でないこと
によって生じる制御上の誤差が格段に低減される。

【００３５】またＡ点、Ｂ点を使った光電出力Ｉｌ、Ｉ
ｈの検出は、レチクルＲが変わるたび、レチクルブライ
ンド９の大きさ（又は形状）を変えるたびに行なわれ
る。さらに光電出力Ｉｌ、Ｉｈの検出は、水銀ランプ１
の照度低下に応じてある一定時間おきにも行なうことが
望ましい。

【００３６】次に、本実施の形態における、反射率測定
センサの検査方法について詳細に説明する。図４は、本
実施の形態にかかる検査方法を示すフローチャートであ
る。本実施の形態における検査方法の特徴は、露光動作
時と同様に、光源１からの照射光に基づく戻光を反射率
測定センサ４１により測定し、その出力から反射率測定
センサ４１が不良か否か判断できる点にある。従って、
反射率測定センサ４１を露光装置から取り外すことな
く、その検査ができるわけである。

【００３７】ところで、正確な検査を行うには、露光装
置の各光学部材等の設定を、露光動作時に対して変更す
る必要がある。即ち、通常の露光動作時の各光学部材の
設定によれば、戻光の光量が少なくなって、センサが不
具合か否かの判断が困難となる場合もあり得る。これ
は、判断を主制御系に行わせるような場合、特に問題と
なる。そこで、戻光の量がなるべく大きくなるように、
各光学部材等を再設定することが必要となる。一方、戻
光の量は、ウエハの表面反射と、レチクルブラインドの
開口度、水銀ランプの出力、レチクルの透過率及び反射
率等に依存して変化する。以上をふまえ、本実施の形態
においては、判断前準備として、まずステップＳ１０１
において、レチクルＲを光路から退避させる。

【００３８】続くステップＳ１０２において、レチクル
ブラインド９の開口度を増大させる。具体的には、ウエ
ハステージ１５上において、照射光の領域が２２ｍｍ×
２６ｍｍとなるように設定する。

【００３９】更にステップＳ１０３において、ウエハス
テージ１５を移動させ、基準マーク板２０に形成された
フィデュシャルマーク（不図示）に照射光が照射される
ようにする。フィデュシャルマークは高反射率を有する
ため、ここに照射光を照射することにより、戻光の量が
増大する。続くステップＳ１０４において、シャッタ制
御系３２を介してシャッタ３を開放する。

【００４０】以上の設定が終了した後、反射率測定セン
サ４１からの出力を測定する（ステップＳ１０５）。こ
のように各光学部材等を設定すれば、照明系のバラツキ
を考慮しても、反射率測定センサ４１に断線や逆挿がな
い限り、反射率測定センサ４１からの出力は３Ｖ前後と
なるはずである。そこで、反射率測定センサ４１からの
出力が約３Ｖであったと判断されたときは、例えばＬＥ
Ｄ等を用いてセンサは「正常」である旨を表示する（ス
テップＳ１０６）。

【００４１】一方、反射率測定センサ４１からの出力が
０Ｖ近傍であった場合には、センサに断線が生じている
と考えられるため、ＬＥＤ等を用いてセンサに「断線」
が生じた旨を表示する（ステップＳ１０７）。さらに、
反射率測定センサ４１からの出力が０Ｖ以下、即ち負の
電圧であったときは、センサは逆挿されていると考えら
れるため、ＬＥＤ等を用いてセンサは「逆挿」されてい
る旨を表示する（ステップＳ１０８）。

【００４２】なお、センサが断線し又は逆挿されている
と判断された場合には、ＬＥＤ表示の他に、アラーム音
を発するようにしても良い。

【００４３】以上述べたように、本実施の形態によれ
ば、センサを露光装置から取り外すことなくその検査が
行えるので、例えば露光動作の合間にでも検査を行うこ
とができ、それにより不良品の発生を極力抑えることが
できる。

【００４４】

【発明の効果】本発明の反射率測定センサの検査方法に
よれば、光源から被照射部材に至るまでの光路中に存在
する光学部材を介して、光源から被照射部材に到達する
照射光の光量が、通常の露光時における照射光の光量よ
りも大きくなるような状態に、光学部材を設定するステ
ップと、照射光を反射する部分が被照射部材のうち高反
射率を有する部分になるような位置に、被照射部材を移
動させるステップと、反射光を反射率測定センサにより
測定するステップと、反射率測定センサからの出力に基
づき、反射率測定センサの不具合を判断するステップと
を露光装置の制御系が行うので、反射率測定センサを露
光装置から取り外すことなく、実際の反射率測定センサ
の使用直前に光源から照射された照射光に基づいて、そ
の検査を行うことができ、組立作業中（搬送後も含む）
のミスや断線等を発見でき、半導体デバイス等のロット
不良を防止でき、露光装置の信頼性を向上できる、また
検査自身の迅速化や簡便化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による投影露光装置の概略
的な構成を示す図である。

【図２】光電出力と反射率との関係を示すグラフであ
る。

【図３】ウエハ上の露光ショットの配列を示す図であ
る。

【図４】本実施の形態にかかる反射率測定センサの検査
方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】１………水銀ランプ２………楕円鏡３………シャッター４………ダイクロイックミラー５………コリメーターレンズ６………フィルター７………コーンプリズム８………オプチカルインテグレータ９………投影式レチクルブラインド１０………ミラー１１………ダイクロイックミラー１２ａ………第１リレーレンズ１２ｂ………第２リレーレンズ１２ｃ………コンデンサーレンズ１４………投影レンズ３１………主制御系４０………集光レンズ４１………反射率測定センサＷ………ウエハＲ………レチクル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照射光を投影レンズを介して
被照射部材に照射し、前記被照射部材からの反射光を前
記投影レンズを介して受光する、露光装置に用いる反射
率測定センサの検査方法において、前記光源から前記被照射部材に至るまでの光路中に存在
する光学部材を介して、前記光源から前記被照射部材に
到達する照射光の光量が、通常の露光時における照射光
の光量よりも大きくなるような状態に、前記光学部材を
設定するステップと、前記照射光を反射する部分が前記被照射部材のうち高反
射率を有する部分になるような位置に、前記被照射部材
を移動させるステップと、前記反射光を前記反射率測定センサにより測定するステ
ップと、前記反射率測定センサからの出力に基づき、前記反射率
測定センサの不具合を判断するステップとを備えること
を特徴とする反射率測定センサの検査方法。
【請求項２】前記光学部材を設定するステップは、少
なくともシャッタを開放するステップと、ブラインドの
開口度を上げるステップと、レチクルを光路から退避さ
せるステップであることを特徴とする請求項１記載の反
射率測定センサの検査方法。
【請求項３】前記被照射部材は、基板を移動保持する
基板ステージであり、前記高反射率を有する部分は、前
記基板ステージ上に配置されたフィデュシャルマークに
含まれることを特徴とする請求項１記載の反射率測定セ
ンサの検査方法。
【請求項４】前記反射率測定センサからの出力がゼロ
近傍であれば、前記反射率測定センサに断線が生じてい
ると判断し、前記反射率測定センサからの出力が、通常
の出力に対し反転している場合には、前記反射率測定セ
ンサは出力端子が、正負逆に接続されていると判断する
ことを特徴とする請求項１記載の反射率測定センサの検
査方法。