JPS61128522A - 焦点合せ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、レンズの焦点に試料面を合せる装置に係り、
特に縮小投影露光装置の細小レンズの焦点位置検出及び
その焦点に試料面を合せるための焦点合せ装置に関する
。

〔発明の背景〕

従来の装置としてμ、特開昭５６−４２２０５号記載の
ものが知られている。即ち試料面に細長い（例えは５　
ｍｍＸ　０．１ｍｍ　）一本の光束を斜めから照射する
ような溝底となっている。

しかしながら、このように試料面の微小領域を照射し検
出いるため、試料面にうねシ、反夛及び凹凸がある場合
、あるいは試料面の素材が異なり反射率が異なった場合
はこれら局所的な形状の影響を受けて全体的な位置検出
、焦点合せが困難になるという問題があった。

又試料の表面状態、例えはウェハ上のパターンの場合に
はパターン方向と直角・平行ではなく４５度に傾けて光
束を照射するようにしていｆｃがこれでも十分な解決策
とはなってなかった０したがって従来の焦点合せ装置に
あっては、試料面の状態に対して、その影響をなくして
正確にかつ高精度Ｋｇ光レンズの焦点位置検出をするこ
とができなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題に鑑み創案されたものであり、その
目的は、試料面の表面形状Ｋかかわらず高指度の焦点検
出、焦点合せを可能にした焦点合せ装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、露光用の縮小レ
ンズに対向して設けられたテーブルと、このテーブル上
に載置さ−ｎたウェハ等の試料と。

この試料面に斜めから複数のスリット像光束を照射する
照射する照射手段と、これらの光束の反射光を受光する
位置較正付受光手段と、この光束の位置変位を前記レン
ズと試料面との距離に演算する制御手段と、この制御手
段の指令に基づき前記テーブルを移動させて該レンズに
試料面を焦点合せするようにした焦点合せ装置を特徴と
している。

特に複数のスリット像光束を照射するため、試料面の局
所的形状に影響されることなく広い領域での平均的、全
体的な焦点位置が検出できる。又試料面がレンズの焦点
位置にあるときにスリット像光束の位置を受光手段に記
憶させて、試料を交換したとき、この新たな試料の表面
位置が記憶位置に来るようにステージの位置′ｌｒ：ｖ
Ｉ４整することかできる。

又、照射手段に格子状スリットと照射レンズとを設け、
このスリット’ｔ−照射レンズの光軸に対して傾け、ス
リット像が試料面で均一に結像するようにし、又受光手
段に入射レンズと受光素子とを設け、この受光素子を入
射レンズの光軸に対して傾け、反射スリット像が受光素
子上に均一に結像するようにして広い領域で高精度の位
置検出及び焦点合せが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図面により説明する、第１図は本発明の第
１の実施例を示す図である。図において、１は縮小露光
装置の縮小レンズであｐ、この縮小レンズ１に対向して
ウェハ等の試料２を載置するテーブル１１が設けられて
いる。この試料２は縮小レンズ１の光軸に対して直交す
る平面上にあり、試料２は公知のウェハチャック等を介
してテーブル１１に保持されている。照射手段５０はレ
ーザ光源６と、レーザ光を拡大するビームエキスパンタ
４と、拡大されたレーザ光が入射されるスリット５とを
備え、このスリット５には格子状のスリットが複数個形
成されている。更に、照射手段５０はスリット５を通過
したレーザ光のスリット像を結像するレンズ６と、レン
ズ６からのスリット像を反射して試料２の表面に照射す
る反射ミラークとを備えている。ここでビームエキスパ
ンタ４の光軸とレンズ６の元軸とは一致している。この
反射ミラー７は縮小レンズ１の光軸の一方側に配置され
ておシ、スリット像光束は光路全曲けられて試料２の表
面に斜め方向から照射する。一方テーブル１１はモータ
２１により縮小レンズ１の軸方向に離隔接近可能となっ
ている。試料２の表面から反射されたスリット像光束全
受光する受光手段６０は、反射ミラー７とレンズ１の元
軸を挾んで対向する位置に設けられた反射ミラー８と、
この反射ミラー８で光路を曲げられたスリット像を結像
するレンズ９と、−受光素子１０とを備えている。

ここでレンズ９の光軸は受光素子１００表面と直交して
いる。この受光素子１０はリニアイメージセンナ（Ｃ，
Ｃ，Ｄ）その他エリアセ／す、分割センサ等によ多構成
される。次に制御手段７０は受光素子１０からの電気信
号を人力する演算部２０と、この演算部２０からの指令
に基つきテーブル１１を移動させるモータ２１とを備え
ている。

受光素子１０は基盤目状の絵素化されたデジタルセンサ
ーとなっておシ、スリット像光束が入射する絵素の番地
が正確に判別されてその信号が演算部２０に入力される
。演算部２ｏ内のメモリには、縮小レンズ１に対して試
料２の表面がその焦点位置にあるときの、スリット像が
入射された各絵素の番地がＵピ憶されている。

上記の構成部よシ、スリット５を通過したスリット像光
束は試料２の表面から反射する、ここで第１図中仮想線
で示すように、試料２が矢印方向に僅でも移動すると、
試料２の表面から反射する光束は所定の公式に従って増
大されて移動する。

従ってレンズ８、ミラー９を出て受光素子１０Ｋ。

入射するスリット像光束も絵素上で移動し、光を検出す
る絵素の番地が異なってくる。ここでいう試料２の移動
は、例えばウェハ等の試料２を新たな露光のため交換し
た場合に毎度起る必然的な移動である。従って、演算部
２ｏ内に記憶された受光した絵素の番地と試料交換後の
受光した絵素の番地とが比較される。もしこれらの番地
が異っていた場合には、演算部２０によりモータ２１が
駆動され、テーブル１１を所定方向にこれらの番地が一
致する位置まで移動する。このようにして縮小レンズ１
に対する試料２の表面の焦点合せが実行される。

縮小投影露光装置では、約φ１４〜２０ｍｍの範囲を露
光し、次に縮小レンズ１の光軸と直交する平面上で試料
２を移動し略３インチ径のウェハ寺の全面を露光してｂ
る。試料２のウェハ等はうねシ、反シのウェハ等自体の
非平面性とともに、パターンを焼付け、回路を形成して
行くとその表面忙局所的に段差を生じる。本発明の装置
を使用することによりウェハ等の広い範囲の焦点位置を
間遠に検出してその平均値を求めることができるため、
このような局所的な表面形状にもかかわらず全体的な焦
点合せか可能となる。

第２図は本発明の第２実施例を示す図であシ、第１実施
例と構成部材は全く同一なので各部材には同一番号を付
した。第２図（イ）に示すようにビームエキスパンダ４
及びレンズ６の光軸に対してスリット５は所定角度傾い
ておシ、又受光素子１０の絵素平面はレンズ９の光軸に
対して所定角度傾いている。第３．４図に拡大して示す
ようにスリッ）５には２本以上の格子が形成されこれら
の全領域がレンズ７６を介して試料２０表面に明確にス
リット像を入射するようにスリット５を傾けるとともに
１　レンズ６の試料２に対する光路位置が設定されてい
る。更に試料２の表面からの反射スリット像がレンズ９
を介して受光素子１０の絵素面に明確に入射するように
受光素子１０を傾けるととも釦、レンズ９の試料２に対
する光路位置が設定されている。５Ａは試料２表面上の
スリット像光束の正面図であ）、第４図には各格子状光
束から受ける受光素子１０の出力波形図を示している。

一連の格子に対応する各出力波形（ａ、ｂ、ｃ。

ｄ、ｅ）は略同形で明確に分離され判別されている。こ
のことは試料２の表面上に一度に複数スリット像からな
る広い範囲の照射領域を設けこの広い領域の焦点位置を
平均化して検出することができることを示してｂる。な
お第２図Ｃ口）は（イ）図のスリット５に５本の格子が
設けられたときの受光素子１０（Ｃ，Ｃ，Ｄ）の出力特
性を示しており、各格子に対応する出力が均一であるこ
とを表わしている。

スリット５及び受光素子１０５を光軸に対して傾ける理
由は以下の通シである。第５図において試料２上の照射
即ち検出領域が狭いと、スリット５の格子幅も狭くて良
く、このスリット５の照射像も明確なものとなシ、受光
素子１ｏの出刃波形も狭い一本の明確なものとなる。こ
れは試料２の局所的形状変化の影響を受は易い。試料２
上の検出領域を広くするために第６図に示すようにスリ
ット５の格子幅を広くする、するとスリット５の照射像
は中心部が明確であっても周辺部が不明確なボケ像とな
る。従って受光素子１０の出力波形も周辺部がなまった
形となる。

第７図に示すよう忙スリッ）５１Ｃ多数の格子イ。

口、ハ、二、ホを形成し走場合の受光素子１０（Ｃ，Ｃ
，Ｄ）の出力波形を調べると、光軸部のハ部ｆｉ明確な
波形となるが、周辺に行くにつれてイ。

口又は二、ホ部は波形が崩れている。これに対して試料
２表面で広い領域を検出領域とし、この領域が全域にわ
たって明確な像とな？）明確な出力波形が得られるよう
にしたのが第２図に示す第２の実施例である。

第８図はスリット５に代わる反射スリット１３を使用し
たものを示して騒る。反射スリット１５は、スリット５
の透過部に相当する所を全体射領域１４と、その他の部
分を非反射領域１５とし、この反射スリット１３に第１
、第２の実施例と同様にレーザ光を照射する。

〔発明の効果） 以上説明してきたように、不発明部よれば試料面の比較
的広い範囲を検出しているので、表面形状に局所的に凹
凸、反り及びうねりがある場合でも、検出面全体の平均
的位置を検出することができるため焦点ズレを生じるこ
とが少なくなシ、高精度の焦点検出が可能となる。

更に、照射手段のスリット像を全域にわたって試料面に
明確に投影し、またその反射スリット像を受光素子上に
ＢＡ確に入射させるようにしたためよシ高精度の焦点合
せが可能となる。

このようにしてウェハ上にレチクル像を高屏像で焼付け
ることができ、製品の歩留夛向上、高集積化が可能なる
といった効！！！、が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る焦点合せ装置のＭｌの実施例の構
成図、第２図は本発明の第２の実！例の構成図及び出力
波形図、第３図、窮４図は第２の実施例要部の拡大図、
第５図、第６図及び第７図は第２の実施例の原理を説明
する念めの模式図、第８図は第１及び第２実施例の変形
例の部分構成図である。 １・・・縮小レンズ　　　２・・・試料３・・・Ｌ／−
ｆｆｉ＠４・・・ビームエクスパンダ５・・・スリット
　　　　５Ａ・・・スリット像６・・・レンズ　　　　
　７・・・ミラ・・・８・・・ミラー　　　　　９・・
・レンズ１０・・・受光素子　　　１１・・・テーブル
２０・・・演算部　　　　　２１・・・モータ５０・・
・照射手段　　　６０・・・受光手段７０・・・制御手
段。 代理人弁理士　高　橋　明　夫（ 第１１ 第２１ 第３１ 第４図 ；ｆ５図 ；ｔ′６図 オフ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、露光用の縮小レンズに対向して設けられウェハ等の
   試料が載置されるテーブルと、この試料面に斜めからス
   リット像光束を照射する照射手段と、前記試料面からの
   該光束の反射像を検出する位置較正付受光手段と、該光
   束の位置変位を前記縮小レンズと試料面との距離に演算
   する制御手段とを備え、前記試料面が前記縮レンズの焦
   点距離に位置したときの前記反射光束の位置を前記制御
   手段に記憶し、前記試料面が該焦点距離から移動した場
   合、前記受光手段により検出した検出信号が該記憶され
   た位置信号と一致するように前記制御手段により前記テ
   ーブルを変位させて前記試料面を該焦点位置に移動調整
   するようにした焦点合せ装置。 ２、前記照射手段が複数の細長い格子状スリットを備え
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点合
   せ装置。 ３、前記照射手段に格子状スリットと照射レンズとを設
   け、該スリットを前記照射レンズの光軸に対して傾け、
   該スリット像全域が前記試料面で均一に結像するように
   し、かつ前記受光手段に入射レンズと受光素子とを設け
   、この受光素子を前記入射レンズの光軸に対して傾け、
   該反射スリット像全域が該受光素子上に均一に結像する
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の焦点合せ装置。