JPS6294809A - 距離検出機構 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、距離検出技術、特に、半導体装置の製造にお
けるウェハの露光処理に用いられる露光光学系の焦点合
わせに適用して有効な技術に関する。

［背景技術］ 近年、半導体基板、すなわちウェハに形成される集積回
路パターンは、集積回路素子に対する高密度化、高集積
化などの要求に伴ってますます微細化、複雑化の傾向を
強めている。

このため、製造技術、とりわけ、微細パターンの加工に
直接関係するりソグラフィ技術において、露光時に解像
度の向上の面で有利な縮小投影露光装置を用いることが
考えられる。

すなわち、レチクル上のパターンを直接ウェハ面に縮小
投影することによって、ウェハに塗布されたフォトレジ
ストを露光し、露光時の解像度を向上させるものである
。

一方、上記のような縮小投影露光装置のウェハ面に対す
る自動焦点合わせ方式としては、半導体レーザなどを用
いてウェハ面の斜め方向から点像を投影して反射させ、
この点像を２分割フォトセンサなどに結像させてウェハ
面の変位を検出する光行入射方式や、ウェハ面にノズル
から気体を噴射させ、該ノズル内の圧力変動によってウ
ェハ面とノズルとの間隙の変化を検出するエアマイクロ
方式、さらには、ウェハ面に対向して設けた電極と該ウ
ェハ面との間隙の静電容量からウェハ面の変位を検知す
る静電容量方式などが考えられる。

しかしながら、上記の何れの方式においても、自動焦点
機構自体の信頼性を評価する機構が備えられていないた
め、自動焦点機構の経時的な性能の変化などをｉＩ！！
握することができないという欠点があることを本発明者
は見いだした。

また、自動焦点機構の信頼性を確認する方法としては、
たとえば、最適と思われる焦点位置の近傍で幾つか試験
的に露光を行い、得られるパターンの精度などを光学顕
微鏡などで検査することが考えられるが、作業が複雑と
なるなどの問題点がある。

なお、ウェハの縮小投影露光技術について説明されてい
る文献としては、株式会社工業調査会、昭和５７年１１
月１５日発行「電子材料」１９８３年別冊、Ｐ９７〜Ｐ
Ｉ０４がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、動作の信頼性を向上させることが可能
な距離検出技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

［発明の概要］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、つぎの通りである。

すなわち、載置台上に位置される試料に対して相対的に
変位可能に設けられ、該試料に対する距離を検知する距
離検出機構の前記ｆ２載置の一部に、該距離検出機構の
較正を行う基準面を設けることにより、該基準面に対す
る距離検出動作によって、随時該距離検出機構の較正が
行われるようにして、動作の信頼性が向上されるように
したものである。

［実施例１コ 第１図は、本発明の一実施例である距離検出機構が、縮
小投影露光装置に装着される場合を示す説明図である。

図の左右方向および紙面に垂直な方向に移動自在なＸＹ
テーブル１（ｉ！載置台の上には、ウェハ２（試料）が
着脱自在に位置されている。

さらに、このＸＹテーブルｌの上方には、光軸をＸＹテ
ーブルｌの上に載置されるウェハ２の平面に対してほぼ
垂直となるように、縮小投影光学系３ａの鏡筒３が昇降
自在に設けられでいる。

前記鏡筒３の近傍には、光軸が該鏡筒３に対して平行と
なるように設けられた発光部４および受光部５、さらに
は、鏡筒３の軸に対して対称に配設された一対の反射ｔ
ｌおよび反射鏡７などからなる距離検出機構Ａ（焦点合
わせ機構）が設けられ、前記鏡筒３とともに昇降される
構造とされている。

そして、発光部４から放射され、反射鏡６．　　ＸＹテ
ーブルｌに載置されるウェハ２の平面、さらには反射鏡
７を経て受光部５に到達される検出光線８の到達位置の
変化から、距離検出機構Ａ、すなわち該距離検出技術八
とともに昇降される鏡筒３の光軸方向におけるウェハ２
の平面の所定の部位の距離の変化が検知され、この距離
の変化を補正する方向に鏡筒３を適宜昇降させることに
よって、鏡筒３の内部に収容された縮小投影光学系３ａ
の焦点位置にウェハ２の平面の所定の部位が一致される
ように制御ｎされるものである。

この場合、ウェハ２が載置されるＸＹテーブル１の平面
の一部には表面が平滑な基準面９が設けられており、こ
の基準面９に対して前記の焦点合わせ操作を行うことに
より、距離検出機構Ａの較正が行われる構造とされてい
る。

さらに、鏡筒３の近傍には、該鏡筒３に対して独立に光
学式、静電容量式、磁気方式などの変位検出器である固
定センサｌＯが設けられており、鏡筒３の上下方向の変
位が検知されるように構成されている。

以下、本実施例の作用について説明する。

始めに、鏡筒３が適宜昇降され、縮小投影光学系３ａ−
の最適の焦点位置における検出光線８の受光部５に対す
る到達位置が保持される。

次に、基準面９に対する焦点合わせ操作が行われ、その
時の鏡筒３の位置が、固定センサ１ｏによって検知され
保持される。

その後、ウェハ２の所定の部位に鏡筒３の光軸が一致さ
れるようにＸＹテーブルｌが駆動される。

そして、発光部４から放射され、ウェハ２の平面に反射
されて受光部５に到達される検出光線８の該受光部５に
対する到達位置が、前記の操作で保持された所定の位置
に一致されるように鏡筒３が適宜昇降されて焦点合わせ
操作が行われ、ウェハ２の所定の部位が縮小投影光学系
３ａによって露光される。

この操作を逐次繰り返することによって、ウェハ２の各
部の露光操作が行われる。

そして、上記の露光操作の過程で、随時基準平面９にお
ける焦点合わせ操作を行い、その時、受光部５における
検出光線８の到達位置が予め保持されている所定の位置
に一敗することを確認するとともに、鏡筒３の位置が固
定センサ１０に対して所定の位置にあることを確認する
ことにより、距離検出機構Ａの経時的な変化などに起因
する機械的な異常の発生が把握されるとともに、ずれ量
を適宜較正することにより、常に最適の焦点位置にウェ
ハ２の露光部位が一致され、縮小投影光学系３ａによる
ウェハ２の正確な露光操作が継続される。

このように、本実施例においては、ＸＹテーブルｌの一
部に設けられた基準面により、距離検出機構Ａなどの機
械的な異常の発生の把握や、較正を随時行うことが可能
であり、距離検出機構Ａおよび該距離検出機＋ＭＡが装
着される縮小投影露光装置の動作の信耗性が向上され、
焦点合わせ精度の経時的な変化に起因する露光不良によ
る製品歩留りの低下などが回避できる。

さらに、距離検出機構Ａなどの機構における異常の発生
の有無の把握や、較正を行うために、実際に試験的な露
光作業などを行う必要がな（、作業の簡略化および迅速
化が可能となる。

また、距離検出機構Ａに対して独立に設けられ、該距離
検出機構Ａの所定の位置からの変位を検知する固定セン
サ１０が設けられていることにより、距離検出機構Ａの
較正などがより正確に行われる。

［実施例２コ 第２図は、本発明の他の実施例である距離検出機構が、
縮小投影露光装置に装着される場合を示す説明図である
。

本発明実施例２においては、距離検出機構として、いわ
ゆるエアマイクロ方式を用いるものである。

すなわち、縮小投影光学系３ａが収納される鏡筒３の周
囲には、鏡筒３と一緒に上下動する距離検出機構Ｂ（焦
点合わせ機構）を構成するエアノズル１１が設けられ、
鏡筒３の下端部の周囲から空気などの気体１２が噴出さ
れる構造とされている。

そして、鏡筒３の下端部とウェハ２の平面との間隙から
外部に噴出される気体１２のエアノズル１１の内部にお
ける圧力が、鏡筒３の下端部とウェハ２の平面との間の
距離の変化に応じて変動される現象に基づいて、鏡筒３
とウェハ２の平面との間の距離の変化が検知され、鏡筒
３の内部に収容された縮小投影光学系３ａのウェハ２の
平面に対する焦点合わせ操作が行われるものである。

この場合、前記実施例１と同様に、ウェハ２（試料）が
載置されるＸＹテーブルｌ　（載置台）の一部には基準
平面９ａが設けられている。

このため、エアノズル１１で構成される距離検出機構Ｂ
などのＪａ械的な異常の発生の把握や、較正を随時行う
ことが可能であり、距離検出機構Ｂおよび該距離検出機
構Ｂが装着される縮小投影露光装置の動作の信Ｉｆｆ性
が向上され、焦点合わせ精度の経時的な変化に起因する
露光不良による製品歩留りの低下などが回避できる。

さらに、距離検出ａ横Ｂなどの機構における異常の発生
の把握や、較正を行うために、実際に試験的な露光作業
などを行う必要がなく、作業の簡略化および迅速化が可
能となる。

また、距離検出機構Ｂに対して独立に設けられ、該距離
検出機構Ｂの所定の位置からの変位を検知する固定セン
サ１０が設けられていることにより、距離検出機構Ｂの
較正などがより正確に行われる。

［実施例３］ 第３図は、本発明のさらに他の実施例である距離検出機
構が、縮小投影露光装置に装着される場合を示す説明図
である。

本実施例３においては、縮小投影光学系３ａが内部に収
容される鏡筒３の下端部に電極１３が装着されて距離検
出機構Ｃ（焦点合わせ機構）が構成されているところが
前記実施例１の場合と異なる。

すなわち、鏡筒３の下端部に設けられた電極１３とウェ
ハ２の平面との間の距離の変化に基づいて変動される該
電極１３とウェハ２の平面との間の静電容量を検知する
ことによって、鏡筒３とウェハ２の平面との間の距離が
検出されるものである。

この場合、前記実施例１と同様に、ウェハ２　（試料）
が′Ｒ置されるＸＹテーブルｌ　（載置台）の一部には
基準平面９ｂが設けられている。

このため、電極１３で構成される距離検出機構Ｃなどの
機械的な異常の発生の把握や、較正を随時行うことが可
能であり、距離検出機構Ｃおよび該距離検出機構Ｃが装
着される縮小投影露光装置の動作の信頼性が向上され、
塊点合わせ精度の経時的な変化に起因する露光不良によ
る製品歩留りの低下などが回避できる。

さらに、距離検出機構Ｃなどの機構における異常の発生
の有無の把握や、較正を行うために、実際に試験的な露
光作業などを行う必要がなく、作業の簡略化および迅速
化が可能となる。

また、距離検出機構Ｃに対して独立に設けられ、該距離
検出機ｔｉｃの所定の位置からの変位を検知する固定セ
ンサ１０が設けられていることにより、距離検出機構Ｃ
の較正などがより正確に行われる。

［効果コ （１）、載置台上に位置される試料に対して相対的に変
位可能に設けられ、該試料に対する距離を検知する距離
検出機構における前記載置台の一部に該距離検出機構の
較正を行う基準面が設けられているため、距離検出機構
などの機械的な異常の発生の検知や、較正を随時行うこ
とができ、距離検出機構および該距離検出機構が装着さ
れる、たとえば縮小投影露光装置の動作の信頼性が向上
され、焦点合わせ精度の経時的な変化に起因する露光不
良による製品歩留りの低下などが回避できる。

（２）、前記（１）の結果、距離検出機構などのａ械的
な異常の発生の検知や、較正を行うために、実際に試験
的な露光作業などを行う必要がなく、作業の簡略化およ
び迅速化が可能となる。

（ｉ）、距離検出機構に対して独立に設けられ、該距離
検出機構の所定の位置からの変位を検知する固定センサ
が設けられていることにより、距離検出機構の較正がよ
り正確に行われる。

（４）、前記ｆｉ＋ないしく３）の結果、半導体装置の
製造における生産性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、距離検出機構を構成するものとしては前記の
３つの実施例に限定されるものではな（、他の如何なる
ものであっても良い。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である縮小投影露光装置の
焦点合わせ技術に適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、−最の計測技術などに広
く適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１である距離検出機構が、縮
小投影露光装置に装着される場合を示す説明図、 第２図は、本発明の実施例２である距離検出機構が、縮
小投影露光装置に装着される場合を示す説明図、 第３図は、本発明の実施例３である距離検出機構が、縮
小投影露光装置に装着される場合を示す説明図である。 １・・・ＸＹテーブル（載置台）、２・・・ウェハ（試
料）、３・・・鏡筒、３ａ・・・縮小投影光学系、４・
・・発光部、５・・・受光部、６゜７・・・反射鏡、８
・・・検出光線、９，９ａ。 ９ｂ・・・基準面、１０・・・固定センサ、１１・・・
エアノズル、１２・・・気体、１３　・・電極、Ａ、Ｂ
、Ｃ・・・距離検出機構。 第　　１　　図 第　　２　　図 翫　　　　　　　　　　　　／ 第　　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、載置台上に位置される試料に対して相対的に変位可
   能に設けられ、該試料に対する距離を検知する距離検出
   機構であって、前記載置台の一部に該距離検出機構の較
   正を行う基準面が設けられていることを特徴とする距離
   検出機構。 ２、前記距離検出機構に対して独立に設けられ、該距離
   検出機構の所定の位置からの変位を検知する固定センサ
   が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の距離検出機構。 ３、前記距離検出機構が、発光部から放射され、前記試
   料面を介して受光部に到達される光線の受光部における
   到達位置の変化を検知することによって、前記試料に対
   する相対的な距離の変化を検知するように構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の距離検
   出機構。 ４、前記距離検出機構が、前記試料面に対向して設けら
   れた気体噴出ノズルの該試料面に対する距離の変化に応
   じて変動される該気体噴出ノズル内の気体圧を検知する
   ことによって、前記試料に対する相対的な距離の変化が
   検知されるように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の距離検出機構。 ５、前記距離検出機構が、前記試料に対向して設けられ
   た電極と該試料面との間の距離の変化に応じて変動され
   る該電極と試料面との間の静電容量を検知することによ
   って、前記試料に対する相対的な距離の変化が検知され
   るように構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の距離検出機構。 ６、前記試料がウェハであり、前記距離検出機構が縮小
   投影露光装置の焦点合わせ機構であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の距離検出機構。