JPS62140418A

JPS62140418A - 面位置検知装置

Info

Publication number: JPS62140418A
Application number: JP60281124A
Authority: JP
Inventors: Haruna Kawashima; 春名川島; Takahiro Akamatsu; 赤松　孝弘; Hiroyoshi Kubo; 博義久保
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1985-12-16
Publication date: 1987-06-24

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】［産業上の利用分野コ本発明は、物体表面の基準面からの隔りを検知する面位
置検知装置に関する。このような面位置検知装置は、例
えば半導体製造の分野において、半導体ウェハ表面にレ
チクルパターンを繰返し縮小投影露光するステッパと呼
ばれる露光装置の自動焦点制御装置用として上記ウェハ
表面とレチクルパターン結像面とのずれを検知するため
に好適に用いられる。

［従来の技術］従来の縮少投影露光装置のウェハ面位置検出方法として
は、エアマイクロセンサを用いる方法と、ウェハ面に斜
め方向から光束を入射させ、その反射光の位置ずれ量を
検出する方法（光学方式）とが知られている。

しかしながら、エアマイクロにセンサよる方法では、 ■パターン焼き付は部が直接に測長できない、■応答性
が光学式に比べて遅い、 ■エアマイクロセンサのノズルとウェハ面の間隔を５０
〜６０μｍ程度に近接させなければ、高精度の検出がで
きない、などという問題があった。

一方、光学方式の場合は、パターン焼き付は部が直接に
副長でき、応答性も早いが、ウェハ上に塗布されたレジ
ストの存在によってレジスト表面で反射した光とウェハ
表面で反射した光とが干渉を起し、検出誤差を生じるた
め高精度の位置検出が困難であるという問題があった。

［発明の目的］本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
光学方式の面位置検出装置において、波長の異なる複数
の光束を入射することにより、被検出面およびその近傍
（フォトレジストを塗布した半導体ウェハであればレジ
スト表面およびウェハ表面）で反射した検出光の干渉作
用を平均化させ、検出光の干渉作用による検出誤差を軽
減するという構想に基づき、面位置検知精度を向上させ
ることにある。

［実施例の説明］以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置用
自動焦点制御装置の構成を示す。同図において、１は縮
小投影レンズであり、その下方にウェハ２が位置してい
る。ウェハ２は上下方向に移動可能なステージ３に乗っ
ている。自動焦点制御装置の光学系は複数の光源４．５
を有している（第１図においては、簡単の為、複数光源
として２つの光源のみ描いである）。光源としては、波
艮の異なるレーザあるいはＬＥＤ等を用いる。この光源
４および５より出た光束（検出光）は、ビームスプリッ
タ（またはハーフミラ−でもよい）６により同一の光路
を形成し、レンズ７を経た後、ミラー８で反射されウェ
ハ２上の反射点に結像する。

この時、検出光のウェハ面への入射角を８０°以上、す
なわちウェハ面と入射光束とのなす角θを１０６以下と
し、また、検出光をウェハに対してＳ偏光となる様にす
ると、レジスト表面からの反射光強度が支配的となりウ
ェハ基板よりの反射光の影響を小さくする事ができる。

ウェハ２で反射した光束はミラー９で反射され、レンズ
１０を通り、偏光板１１（または偏光ビームスプリッタ
）を通った後、ポジションセンサダイオード１２（また
は分割センサ等）に入光、結像する。

偏光板１１（または偏光ビームスプリッタ）は、ウェハ
で反射した光束中のＳ偏光成分のみをポジションセンサ
ダイオード１２に到達させることにより、検出光中のウ
ェハ基板での反射成分をさらに少なくするためのもので
ある。

この自動焦点制御装置に３３いては、ウェハ面上の光束
の反射点と受光素子上の入射点を結像関係に保つことに
より、ウェハの上下方向の位置ずれを受光素子上の光束
の入光位置として検知し、投影レンズの焦点位置の自動
制御を行なうようにしている。

光学方式の焦点位置検知装置における位置ずれ検出誤差
の原因として、ウェハの傾き、およびウェハ上に塗布さ
れた光透過物体であるレジストの存在が考えられるが、
前者のウェハの傾きにより生じる検出誤差は、上述のよ
うに、ウェハ上の反射点と受光素子上の光束の入射点と
を結像関係に保つことにより原理的に除くことができる
。

一方、後者のレジストの存在は、レジスト表面での反射
光とウェハ表面での反射光との間に干渉が生じることに
より、受光素子上に結像した光束の強度の重心のずれと
なって現われる。すなわち、レジストの厚み、あるいは
検出光として用いる光の波長によって検出される位置が
異なることを意味する。

従って、より高精度の位置検出を可能とするためには、
この検出光に対するレジストの干渉効果を除くことがぜ
ひとも必要となる。

次に、第２図および第３図を用いて検出光に対するレジ
ストの干渉効果による検出誤差の軽減について説明する
。

第２図は、レジスト１４の塗布されたウェハ２上に、一
定のビーム径をもち、ビーム径内で一様の強度をもつ光
束１３が結像した状態で入射し、レジスト１４の表面お
よびウェハ２の表面で反射することにより、ビーム径内
で異なった強度の分布を示す光束１５を形成する状態を
示した模式図である。

また、第３図は、このレジスト１４およびウェハ２の表
面で反射し形成された光束１５が光学系により受光素子
上に結像された状態での強度の分布を示すグラフである
。

第２図において、一定のビーム径をもちビーム径内で一
様の強度の分布を示す光束１３がレジスト１４の塗布さ
れたウェハ２上に斜め方向から入射する。この時、光束
１３は、レジスト１４の表面で反射する成分と、レジス
ト１４を透過してウェハ２の表面とレジスト１４の表面
との間で多重反射を繰り返した後、再びレジスト１４外
に出て行く成分とに分けられる。この様にレジスト１４
表面で反射された成分とウェハ２表面で反射された成分
とは合成され、第３図に示すようにビーム径内で異なっ
た強度分布を示す光束１５が形成されることになる。こ
の光束１５は、第１図のミラー９、レンズ１０および偏
光板１１を通って受光素子１２上に結像される。

第３図において、グラフ■はある波長λ１を検出光とし
て用いた場合の受光素子上の光強度分布を示す。また、
グラフ■および■は各々異なった波長λ２．λ３を検出
光として用いた場合の受光素子上での光強度分布を示す
。さらに、グラフ■は複数の波長λ１〜λｎを、検出光
として用いた場合の受光素子上での光強度分布を示す。

検出光として、単色（または準単色）の光源を用いた場
合の受光素子上での検出光の強度分布は、グラフ■、■
、■に示される様に、レジスト１４の表面で反射した成
分とウェハ２表面で反射した成分の干渉のために複雑な
強度分布を示す。また、この強度の分布状態は検出光の
波長およびレジスト１４の厚みによって異なる。また、
受光素子によって検出光の強度分布の重心１６．１７．
１８が位置信号として出力されるわけであるが、検出光
の波長またはレジスト１４の厚みが変わると干渉状態が
変化し、重心１６．１７．１８の位置も変化し、検出誤
差となって現われる。

ところで、これは本発明者等が種々検討の末、知見した
ことであるが、複数の単色（または準単色）の光源を検
出光として用いた場合の受光素子上での検出光の強度分
布は、グラフ■に示される様に、多波長の光源を用いる
ことによりレジストの存在に伴う干渉効果が平均化され
、検出光の強度分布の重心１９もレジストの膜厚にかか
わらず安定した値を示す。それ故、このような多波長の
光源を用いて光学方式のウェハ表面位置を検出すればレ
ジストの存在に伴う位置の検出誤差を除くことが可能と
なる。

また、第１図に示した様に波長の異なる複数の光源を用
いるとともに、ウェハへの入射光がウェハとなす角θを
１０°以下にすること、および検出光としてウェハに対
するＳ偏光を用いることにより、ウェハ表面での反射光
が減少し、本発明の効果を、さらに大ならしめることが
できる。

なお、上記干渉効果の平均化は、上記複数波長の光を混
合してウェハ上に同時に照射し、その反射光を検出する
ことによっても達成されるが、これらの８光を、例えば
時分割で照射する等により、個々独立に検出し、得られ
た複数個の検出信号を演算処理することにより行なって
もよい。特に、後者の方式によると、調整誤差等による
８光ごとの照射光路のずれまでも含めて処理することが
できる。これは、例えば予めレンズ１−を塗布しない基
準ウェハを用いて８光ごとに受光位置を測定し、これら
の受光位置を基準または参照位置として実際のウェハ表
面位置を測定するようにすればよい。

前記の実施例において、光源としてはＬＥＤまたはレー
ザ等を用いることができる。また、受光素子としては、
ポジションセンサディテクタ（ＰＳＤ）、分割センサデ
ィテクタおよびＣＯＤなどの位置検出能力をもつ光電変
換素子を用いることができる。

特に、受光素子にポジションセンサディテクタを用いる
場合は、ポジションセンサディテクタにおける基準点の
時間変化に伴う位置信号の検出誤差をなくすために、第
４図に示すように、基準信号検出系を用いることが考え
られる。

同図において、基準光源２０より発せられた光束は、レ
ンズ２１を経てビームスプリッタ（またはハーフミラ−
）２２により方向を変えられた後、ポジションセンサデ
ィテクタ１２上に結像する。

ここで、本装置は、組み立て調整する際に基準光源２０
および複数の光源４，５より得られるポジションセンサ
ディテクタの位置信号がゼロとなるように、光学系の光
軸およびポジションセンサディテクタ１２の基準点が調
整されているものとする。

次に、第４図の装置において、実際にウェハ２を投影レ
ンズ１の焦点面に位置合せする場合な考える。この時ポ
ジションセンサディテクタ１２が、初めの調整時点より
、基準点が経時変化Δを生じているとしても、ウェハ２
に対する検出光を検出する前に、先ず、基準光源２０を
発光させ、その位置信号を検出することにより、ポジシ
ョンセンサディテクタ１２の基準点の経時変化Δを計測
することができる。

次に、ウェハ２に対する検出光の位置信号Ｓを検出する
。この時、基準点の経時変化Δと位置信号Ｓを測定する
時間間隔は、ポジションセンサディテクタ１２の基準点
の経時変化が生じない程の小なる時間内で行なうものと
する。この位置信号Ｓはポジションセンサディテクタ１
２の基準点の経時変化Δを含むものであるので、上記基
準光源２０を発光させた時の位置信号Δを引いてやるこ
とにより、高精度の位置検出が可能となる。すなわち、
（Ｓ−Δ）なる位置信号を用いて、焦点位置検出装置の
制御を行なうようにすれば、ポジションセンサディテク
タ１２の基準点の経時変化を含まない、高精度の焦点合
せが可能となる。

また、この時、検出側のレンズ系１０の受光素子側主点
より、レンズ系１０の焦点距離だけ受光素子側にずらし
た位置にストッパ２３を設けることにより、パターンの
あるウェハ上のレジスト表面より反射される反射光の高
次の回折光成分をカットするものとする。このことによ
り、パターンのあるウェハに対して位置検出を行う際に
も、高次の回折光成分による検出光の光重心の変化をう
けないで済む。すなわち、パターンのあるウェハに対し
ても、高精度の位置検出が可能となる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、波長の異なる複数
個の光を用いるようにしているため、レジストを塗布し
たウェハ面の様に検出光束に対する反射面が複数面ある
場合の検出光の干渉による検出誤差を軽減し、正確にし
かも再現性良くつエム等の面位置を検出することができ
る。

また、本発明の装置は、特に高精度の焦点検出の要求さ
れる縮小投影露光装置の縮小投影レンズの焦点合せに有
効である。この場合、高精度の焦点検出が出来ため、高
解像のパターンが形成可能になり、より集積度の高い回
路を作成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る自動焦点制御装置を
示す構成図、第２図は、レジストを塗布したウェハ上に低角度で光束
を入射、結像させた場合のレジスト表面およびウェハ表
面での光束の反射状態を示す断面図、第３図は、レジストを塗布したウェハ上で反則された光
束が受光素子上に入光し結像した状態での検出光の強度
の分布を示すグラフ、第４図は、受光素子としてポジションセンサディテクタ
を用い、基準信号検出系を具備したところの本発明の他
の実施例に係る自動焦点制御装置を示す構成図である。１・・・縮小投影レンズ、２・・・ウェハ、３・・・ス
テージ、４，５．２０・・・レーザ（またはＬＥＤ）、
６・・・ビームスプリッタ（またはハーフミラ−）、７
、１０．２１・・・レンズ系、８．９・・・ミラー、１
１゜２２・・・偏光板（または偏光ビームスプリッタ）
、１２・・・ポジションセンサダイオード（または分割
センサーダイオードもしくはＣ０Ｄ）、１３・・・光束
（入射光束）、１４・・・レジスト、１５・・・光束（
反射光束）　、１６．１７．１８．１９・・・強度分布
の重心、２３・・・ストッパ。

Claims

【特許請求の範囲】１、波長の異なる複数個の発光手段を有しこれら各波長
の光を被測定面に斜め方向から投光する手段と、該被測定面からの反射光を受光してその受光位置に応じ
た電気信号を出力する受光素子と、該受光素子の出力に
基づいて上記被測定面の基準面からのずれ量を検知する
電気信号処理手段とを具備することを特徴とする面位置
検知装置。２、前記投光手段が、前記各発光手段の出射光に対し実
質的に同一の光路を形成する第１の光学系を含む特許請
求の範囲第１項記載の面位置検知装置。３、前記被測定面への入射光をＳ偏光とし、かつ該入射
光の該被測定面となす角を１０°以下とした特許請求の
範囲第１または２項記載の面位置検知装置。４、前記投光手段が、前記各波長の光を同時に投光する
特許請求の範囲第１、２または３項記載の面位置検知装
置。５、前記投光手段が、前記各波長の光を時分割で投光す
る特許請求の範囲第１、２または３項記載の面位置検知
装置。６、前記被測定面と受光素子受光面とを実質的に共役に
する第２の光学系を有する特許請求の範囲第１〜５項の
いずれか１つに記載の面位置検知装置。７、前記被測定面が、感剤を塗布した基板における感剤
表面または基板表面である特許請求の範囲第１〜６項の
いずれか１つに記載の面位置検知装置。