JPS61181127A - 光学系の自動補正機構 - Google Patents

光学系の自動補正機構

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JPS61181127A
JPS61181127A JP60021319A JP2131985A JPS61181127A JP S61181127 A JPS61181127 A JP S61181127A JP 60021319 A JP60021319 A JP 60021319A JP 2131985 A JP2131985 A JP 2131985A JP S61181127 A JPS61181127 A JP S61181127A
Authority
JP
Japan
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distance
value
optical system
calibration mark
movable stage
Prior art date
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Pending
Application number
JP60021319A
Other languages
English (en)
Inventor
Atsuhiro Yoshizaki
敦浩 吉崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS61181127A publication Critical patent/JPS61181127A/ja
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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〕 本発明に、レチクルに描画され九回路パターンをウェハ
に投影露光する影響霧光装置において、回路パターンを
投影露光する光学系の自動補正機構に関するものである
〔発明の背景〕
第11図にこの穐の縮小投影露光装置の原理図を示す。
図において、レチクル1に描画され九回路パターンに縮
小レンズ2で縮小され、可動ステージ3に載置されたウ
ェハ4に投影されることによってICチップサイズ5の
大きさの回路パターンとして転写される。ここで、レチ
クル1と縮小レンズ2間の距離および縮小レンズ2とウ
ェハ4間の距離は、縮小レンズ2の焦点距離および設定
倍率に準じて所定距離に決められている。例えば、レチ
クル1と縮小レンズ2間を固定すると縮小レンズ2とウ
ェハ4間は常に一定の合焦点距離に保たれている。
そこで、従来、ウェハ4の厚さ変動などを考慮して縮小
レンズ2とウエノ・4との間の距離を自動計測し、その
計測結果に基づいて可動ステージ3を上下動して合焦点
距離に調整する焦点調整機構が設けられている。
しかし、レチクル1と縮小レンズ2との間の距離も温度
変化による機械的寸法の伸縮や大気の屈折率の変化によ
る光路の伸縮によって変動する。
この結果、このレチクル1と縮小レンズ2との間の距離
変動が合焦点距離をも変動させてしまう。
そこで、” semi Conductor y□ri
d ’誌1984年7月号、p72@センサーSRA”
で紹介されているように、実際の露光条件と同じ条件で
焦点距離を合焦点距離に制御する自動補正装置が提案さ
れている。この装置においては、ウェハに設けたアライ
メン)−r−夕の検出信号の立上り部の傾斜を測定し、
焦点自動補正時は特別のレチクルで自動補正フィールド
に該レチクルパターンを投影し、自動補正フィールドの
Z方向位置を移動させ、最もコントラストが高い位置を
自動で検出し、このZ位置と前述のアライメントマーク
の検出信号で検出し元金焦点位置とを照合し、その間の
オフセット値を検出するようにしている。この方式は実
際にレチクル像を投影することによって焦点距離を補正
するものである定め、実際の露光条件とほぼ同一条件に
よって焦点距離を補正するととができる。
ところが、特別の補正用レチクルを正いるため、IC展
造用のレチクルを可動ステージから下して入れ換える必
要がある。この几め、作業が面倒であり、またレチクル
の移動による異物の耐着が生じるなどの問題点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、大気圧変動や温度変化に起因する合焦
点距離の変動を手作業を伴うことなく自動的に補正する
ことができる光学系の自動補正機構を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
本発明に、可動ステージの表面に付した複数の細線パタ
ーンから成る較正用マークの反射光量を補正対象の光学
系を介して検出し、さらにこの反射光量の検出値によっ
て9工へ表面と光学系との間の距離を算出し、この算出
値を参照して焦点距離を合焦点距離に調整するようにし
次ものである。
〔発明の実施例〕
以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、可
動ステージ3の表面には所定間隔で配列された複数の細
線パターンから成る較正用マーク6が付されている。こ
の較正用マーク6に、レチクル1に設けられた窓および
縮小レンズ2を介して検出器7から出力された検出光に
よって照射され、その反射光は同一光路を通って検出器
7に入射される。
これによって、較正用マーク6に第2図の波形8で示す
ような光の強弱信号として検出され、波形9で示すよう
な電気信号に変換される。この時、縮小レンズ2とウェ
ハ4との距離が合焦点距離にあれば、電気信号9の振幅
Vが最大となり、合焦点距離からずれるに従って振幅V
ば小さくなる。
従って、検出器7の出力信号の振幅レベルVが最大値と
なる点、すなわち較正用マーク6の細線部分とスペース
部分とのコントラストが最大となる点に焦点距離を調整
すればよいことになる。
ところで、較正用マーク6を検出する声めの光路と、回
路パターンを投影す石、tめの光路とは異なっているた
め、検出器7の設置位置で検出し九較正用マーク6のコ
ントラストが最大となつ九としても、この時の焦点距離
は合焦点距離と若干ずれている。すなわち、較正用マー
ク6の検出系に光路の差によるオフセットが存在する。
従って、実際の露光に際してはこのオフセットを加味し
て焦点距離を補正する必要がおる。
第3図は、このオフセット値を加味し、検出器7から見
た合焦点距離をもとに、実際の露光の際の合焦点距離を
求める処理を説明するための図でメク、横軸は縮小レン
ズ2とワエノS4の表面との距離tt−表し、縦軸は検
出器7の出力信号レベルVを表している。
まず、較正用マーク6を検出する系のオフセット値を検
出する必要がある。そこで、予め用意した合焦点確認用
のレチクルを用いてテスト露光し、合焦点距離aを定め
る。次に、可動スデージ3を複数段階に移動させながら
較正用マーク6の検出系によって検出器7の出力信号レ
ベルVが最大となる焦点距離すを求める。従って、「a
−b=Δt」が較正用マーク6の検出系のオフセット値
となる。このオフセット値は記憶装置に記憶させておく
そこで、実際の露光運転起動時には、起動開始直前、あ
るいは所定時間間隔で較正用マーク6の検出信号レベル
が最大となる距離eを可動ステージ3を上下動によって
検出し、次いでこの時検出し水距離elcオフセット値
Δtを加算し、その加算値「e+Δt」で示される距離
fと一致するようにレンズ2とウェハ4の表面との距離
を可動ステージ3の上下動によって調整する。
これにより、焦点距離は合焦点距離に調整される。
第4図に、このような自動補正機構を機能ブロック図と
して表している。
第4図において、10は検出器7に入射された較正用マ
ーク6の光信号の振幅値を検出する振幅検出器を表し、
ここで検出された振幅値は図示しない計測機構によって
計測され、かつサーボ制御部11を介して入力され念レ
ンズ2とウェハ4間の距離の計測値tdと共に記憶部1
2に記憶される。この記憶され九振幅値と距離の計測値
tdは、その後最大値検出部13によって読出され、振
幅値が最大値となる距離の算出のために用いられる。
一方、テスト露光によって得られた合焦点距離の計測値
/、dはサーボ制御部11を介してオフセット検出部1
4に送られ、較正用i−り6の検出信号が最大振幅値を
示す距離の値との差が求められる。この差の値(オフセ
ット@)ハ制御値作成部15に送られ、前記較正用マー
ク6の検出信号が最大振幅値を示す距離の値と加算され
、可動ステージ30制御目標距離の信号りとしてサーボ
制御部11に供給される。
この場合、検出器7を除く部分はコンピュータのソフト
ウェア処理によって実現できるものである。
なお、第5図の他の実施例に示すように、較正用マーク
6の検出光路をレチクル1の裏面に設は次鏡面30によ
って曲折させ、検出器7をレチクル1の下側に配置する
ようにしてもよい。
ま九、第6図の他の実施例に示すように、較正用マーク
6の結儂点32を中心に反射!I33を揺動させ、照射
光34〜36をレンズ2の入射瞳内で揺動させ、レンズ
2を通して得た較正用マーク6の検出信号を平均化させ
ることKよシ、レンズ2の収差による誤差の発生を防ぐ
ことができる。
ところで、以上のようにして焦点距離は合焦点距離に調
整されるが、焦点距離が変動する場合には倍率も同時に
変動する。従って、倍率の誤差もレチクル1とレンズ2
との距離を調整することによって補正する必要がある。
今、第7図において、レチクル1とレンズ2との距離を
bルンズ2とウェハ4の表面との距離をaとし、かつ前
述の合焦点補正の結果aの距離をa(1と決め九時、レ
ンズの関係式より、となっている。ただし、 a6・・・合焦点時のレンズ2とウェハ4の表面間距離 be・・・合焦点時のレチクル1とレンズ2.の表面間
距離 f、・・・合焦点時のレンズ2の焦点距離従って、この
条件にて再度第2図の特性を計測し、検出光信号の1周
期間隔Tを求め、このTの値と実際のパターンを求める
と、この差が倍率誤差となる。この結果、さらに倍率を
41倍補止すると、 (Kに所定の倍率) となる。さらに最終補正後、各距離をa′、b′とする
と、 の関係も成す立つ。
以上の(1)、 (2)、 (3)、 (4)式より、
foに無関係にa′とb′を各々aOm b(Hの式で
次のように決めることができる。
すなわち、(5)、 (6)式の第2項が各々”0*b
Oからの倍率誤差の補正値となる。
第8図は、倍率補正動作の手順を示すフローチャートで
あり、まず信号変換処理50において較正用マーク6の
検出傷を電気信号9に変換する。
次KAD変換処理51においてグロック52に従って較
正用マーク6の電気信号9を等間隔でディジタル値53
に変換し、さらに最大値検出処理54においてこのディ
ジタル値53の中で極大となる極大点55を検出する。
この後、同期検出処理56において極大点550間隔に
基づいて較正用マーク6の1周期の幅T1すなわち細線
パターン間隔を検出し、次に倍率補正値演算処理57に
おいて較正用マーク601周期の幅Tと設定の倍率Kに
おける較正用マークの1周期幅To とを比較し、倍率
補正値Δnを算出する。次に、設定倍率にど補正値Δn
とを用い、前述した第(5)式および第(6)式に従っ
て倍率補正後の距離a / 、 b/を算出し、この算
出値に基づいてレチクル1とレンズ2との間の距離すお
よびレンズ2とウェハ表面との間の距離aを調整する。
この場合、レンズ2とウェハ表面との間の距離aは、合
焦点補正時の値にa′を加算して制御する。
一方、レチクル1とレンズ2との間の距離すは、第9図
(a)〜(C)に示すような機構によって調整する。
すなわち、第9図(a)に示すように、レチクル1を搭
載するテーブル60の2方向の位置を、ピエゾ素子61
に印加する制御電圧62の電圧値に応じて伸縮させて調
整する。または、第9図(b)に示すように、テーブル
60の下面に傾斜部63を形成し、アクチェエータ64
によってねじ機構65を介して傾斜部63に係合するク
サビ66の位置を図の左右方向に移動させることによっ
て調整する。
あるいは、第9図(C)に示すようにテーブル60をバ
ネ部材67で支持したうえ、テーブル60の下面に設け
た虫体68に対して動磁石69から励磁電流70に応じ
九磁力を作用させてテーブル60を上下動させることに
より調整する。
このような倍率補正によって温度変化や大気圧の変化に
よる倍率誤差をなくすことができる。
なお、較正用マーク6は所定間隔に配列した複数の細線
パターンの代わりに、第10図(a)〜(d)に示すよ
うに、一定の幅の細線部とスペース部が混在するもので
あればよく、その形状は自由に設定できるものである。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように本発明によれば、大気圧
変動や温度変化に起因する合焦点距離の変動を手作業を
伴うことなく自動的に補正することができる。従って、
従来のように9二ノ・表面への異物の混入などが起るこ
ともなく、シかも露光作業の短縮を図れるという効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
較正用マークの検出信号波形図、第3図は合焦点距離を
求める処理を説明する九めの図、第4図は合焦点距離の
自動補正を行うための機能ブロック図、第5図は本発明
の他の実施例を示すブロック図、第6図は本発明のさら
に他の実施例を示すブロック図、第7図は倍率補正処理
を説明するための図、第8図は倍率補正処理の手順を示
すフローチャート、第9図はレチクルの上下動を行う機
構の実施例を示す図、第10図は較正用マークの他の例
を示す図、第11図は投影露光装置の一般的構成を示す
ブロック図である。 1・・・レチク・ル、2・・・縮小レンズ、3・・・可
動ステージ、4・・・ウェハ、6・・・較正用マーク、
7・・・検出器、12・・・記憶部、14・・・オフセ
ット検出部、15・・・制御値作成部、30・・・鏡面
、33・・・反射鏡。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、照明光源と、この照明光源からの照明光によつてレ
    チクルに描画された回路パターンをウェハ表面に投影す
    る光学系と、ウエハを左右、上下方向に搬送する可動ス
    テージと、可動ステージの上下動によつて前記光学系と
    ウェハ表面との距離を所定距離に調整する焦点機構とを
    備えた投影露光装置において、前記可動ステージの表面
    に付した複数の細線パターンから成る較正用マークの反
    射光を前記光学系を介して検出する検出手段と、この検
    出手段で検出された較正用マークの反射光量に基づいて
    光学系とウェハ表面との距離を算出する演算手段と、合
    焦点距離の値とこの合焦点距離位置におけるテスト露光
    によつて前記演算手段で算出された距離の値との差をオ
    フセット値として記憶する記憶手段と、露光運転起動時
    に前記演算手段で算出された距離の値と前記オフセット
    値との加算値をもとめ、この加算値に対して前記光学系
    とウェハ表面との間の距離が一致するように前記焦点機
    構を制御する制御手段とを備えて成る光学系の自動補正
    機構。 2、前記検出手段は、前記光学系の入射瞳内に較正用マ
    ークの検出光を揺動する揺動鏡を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の光学系の自動補正機構。 3、照明光源と、この照明光源からの照明光によつてレ
    チクルに描画された回路パターンをウェハ表面に投影す
    る光学系と、ウェハを左右、上下方向に搬送する可動ス
    テージと、この可動ステージの上下動によつて前記光学
    系とウェハ表面との距離を所定距離に調整する焦点機構
    とを備えた投影露光装置において、前記可動ステージの
    表面に付した複数の細線パターンから成る較正用マーク
    の反射光を前記光学系を介して検出する検出手段と、こ
    の検出手段で検出された較正用マークの反射光量に基づ
    いて光学系とウェハ表面との距離および較正用マークに
    おける細線パターン間隔を算出する演算手段と、合焦点
    距離の値とこの合焦点距離位置におけるテスト露光によ
    つて前記演算手段で算出された距離の値との差をオフセ
    ット値として記憶する記憶手段と、露光運転起動時に前
    記演算手段で算出された距離の値と前記オフセット値と
    の加算値を求め、この加算値に対して前記光学系とウェ
    ハ表面との間の距離が一致するように前記焦点機構を制
    御する第1の制御手段と、設定倍率における細線パター
    ン間隔の値と前記演算手段で算出した細線パターン間隔
    の値との差を算出し、その差に基づいてレチクルと前記
    光学系との距離を制御する第2の制御手段とを備えて成
    る光学系の自動補正機構。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6376427A (ja) * 1986-09-19 1988-04-06 Canon Inc 露光方法
JP2012022241A (ja) * 2010-07-16 2012-02-02 Ushio Inc 投影レンズとワーク間の距離調整方法
CN111123667A (zh) * 2018-10-31 2020-05-08 上海微电子装备(集团)股份有限公司 光刻装置、光刻装置的垂向控制方法及曝光方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6376427A (ja) * 1986-09-19 1988-04-06 Canon Inc 露光方法
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