JPS63262841A - 投影露光方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、露光装置に関し、例えばＩＣ，ＬＳＩ、超Ｌ
ＳＩ等の半導体回路素子製造において、マスクの一部の
像または全体の像をウェハ上に形成する結像光学系に対
しマスクとウェハとを所定の位置に精度よく位置合せす
るに先立ち、結像光学系の結像面とウニへ面との距離を
ウェハ周辺部等においても最適に検出することのできる
露光装置に関する。

［従来の技術］ 半導体回路素子等はその構成パターンの最小寸法が微細
化しており、このため露光装置においても高い分解能が
必要とされる。高い分解能を得るためには、マスクまた
はレチクルとウェハとを結像光学系の互いに共役な光学
基準面位置に正確に位置決めしなければならない。

そのための焦点位置合せの光学方式の一つの方法として
、従来より、被測定面たるウェハ上に斜め方向より光束
を照射し、その反射光をその結像位置に応じて２つのア
ナログ信号を発生するポジションセンサ等により検出し
、信号処理を行なうことによりクエへ表面と焦点位置す
なわち結像光学系の結像面とのずれを検知する方法が提
案されていた。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、このような従来の焦点位置合せ機構では、ウ
ェハ周辺部でクエへのＺ方向位置検出光がクエへから外
れ、その反射光が検出されないことがあった。このため
、クエへのＺ方向の位置を得ることができず、投影レン
ズの焦点位置すなわち結像光学系によるレチクルの像面
にウェハ上面を合焦できないという欠点があった。

また、ウェハのＺ方向位置検出光がクエへに入射し反射
するところのクエへ表面の状態によって検出誤差を生じ
、検出結果より求めたクエへのＺ方向位置が誤差を含む
ため、レチクルとウェハとを共役な光学基準面位置に正
確に位置決めできないという欠点があった。

本発明の目的は、上述の従来形の問題点に鑑み、Ｚ方向
位置検出機構によるクエへ等の被露光体のＺ方向の位置
検出を被露光体の周辺部等においても検出誤差なく行な
い、レチクル等の原板と被露光体とを結像光学系の共役
な光学基準面位置に正確に位置決めすることのできる露
光装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］上記の目的
を達成するため、本発明に係る露光装置は、被露光体面
上の所定の位置に検出光を照射することによりて該被露
光体のＺ方向の位置を光学的に検出し、その結果に基づ
いて原板の結像光学系によるパターン像と被露光体面と
を合致させるために被露光体をＺ方向に移動させる駆動
手段と、被露光体を載置して、該被露光体上の任意の位
置において露光を可能にするＸ−Ｙ方向で移動可能なＸ
−Ｙステージとを有し、もしあるショットにおいて被露
光体上の一部分に原板のパターン像を有効に形成するが
被露光体のＺ方向の位置検出は不能である場合には、そ
の位置検出を可能とすべくｘ−ｙステージを予め設定さ
れた量だけ移動する補正駆動手段とを具備することとし
ている。

これにより、例えばウェハ周辺部でクエへのＺ方向位置
検出が不能となる場合に、その検出が不能となる領域よ
りも内側までＸ−Ｙステージを補正駆動させることによ
って、レチクルとウェハとを結像光学系の共役な光学基
準面位置に正確に位置決めすることができる。

また、この補正駆動においては、補正駆動なしの場合に
クエへのＺ方向位置検出のための検出光を照射するウェ
ハ上の領域（検出光の反射面）と同一表面形状をしてい
る半導体素子回路面であってそこまでの距離が最も短い
ような領域を選択することによって、検出位置と露光位
置のウェハ反射面の差による検出誤差も同時に除去する
ことが可能である。

なお、被露光体の２方向の位置検出を可能とすべくＸ−
Ｙステージを補正駆動させる場合、その位置はＸ−Ｙス
テージに具備されたレーザ干渉計によって保証するよう
にすれば精度のよい移動が可能となる。

また、もし補正駆動をしない通常ショットでのＺ方向位
置の検出光照射位置と同一のウェハ表面形状を有する領
域が存在しないときには、任意の平面内で焦点位置を計
測し、その計測値に補正量を加える等により対処すれば
よい。すなわち、この場合、まずＸ−Ｙステージは検出
光照射位置と同一表面形状をしていない場所に補正駆動
され、その点でＺ方向位置検出を行なう。そして、その
検出結果でＺ方向に移動させ、ると検出誤差を含むため
、補正量を加えて、Ｚ方向に移動させるというものであ
る。

さらに、実際に露光を行なう場合は、補正駆動手段によ
りＸ−Ｙステージの補正駆動をして被露光体のＺ方向位
置検出を行ない、その後その検出結果に基づいて被露光
体をＺ方向に移動させるとともにＸ−Ｙステージを露光
位置に穆勤して露光を行なうこととすればよい。

［実施例］ 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露光装置の概略構成
を示す。

同図において、１は照明系、２は露光すべきパターンが
描かれたレチクル（原板）、３はウェハのＺ方向の位置
検出を行なうための検出光の光源、４は２方向位置検出
機構、５は結像光学系である投影レンズ、６はミラー、
７はＸＹ方向すなわち紙面の左右方向および紙面に垂直
な方向に移動可能なＸ−Ｙステージ、８はＺ方向すなわ
ち紙面の上下方向に移動可能なＺステージ、９は被露光
体であるウェハ、１０はウェハのＺ方向位置検出のため
のセンサ（受光素子）、１１は露光装置の制御部、１２
はレーザ干渉計、１３はＸ−Ｙステージ駆動モータを示
す。

上記構成において、照明系１から出た光束はレチクル２
に結像され、投影レンズ５を通してレチクル２の投影像
をウェハ９に投影する。そして、この投影レンズ５によ
る投影像の位置にウェハ９を合致させるために、ウェハ
９を載置してＺ方向に移動することが可能な２ステージ
８およびウェハ９の位置を測定するためのＺ方向位置検
出機構４を具備している。

このＺ方向位置検出機構４はウェハ９の位置を光学的に
検出するものであって、光源３、ミラー６およびセンサ
（受光素子）１０等から構成されている。そして、ウェ
ハ９のＺ方向の位置に対応した位置信号をセンサｌＯか
ら出力する。

また、ウェハ９の表面上の任意の位置で露光を可能とす
るためにＸ−Ｙステージ７を具備している。このＸ−Ｙ
ステージ７は駆動モータ１３等によってＸＹ方向に駆動
され、その位置はレーザ干渉計１２等によフて保証され
ている。

露光装置の制御部１１は、Ｚ方向位置検出機構４から出
力されたウェハ９の２位置信号を得て、その検出結果に
基づいてレチクル２の投影レンズ５によるパターン像と
ウェハ９とを合致させるためのＺステージ８の駆動量を
算出し、Ｚステージ８に与える機能を有している。また
、制御部１１は、Ｘ−Ｙステージ７を正確に位置決めす
るために、ステージ７の現在位置を計測するレーザ干渉
計１２の出力をフィードバック信号として受け、Ｘ−Ｙ
ステージ７に駆動信号を与える制御機能を有している。

さらに、制御系１１は、後述するように半導体集積回路
を形成する領域でクエへのＺ方向位置検出が可能である
か否かを判断し、またＸ−Ｙステージ７の補正駆動のた
めの移動量を計算してＸ−Ｙステージ７に指令する機能
を有しているものとする。

第２図は、ウェハ９上のショットレイアウトの一部を拡
大した図である。

図中、１４はウェハ中心、１５と１６はそれぞれあるｎ
番目とｎ＋１番目のショットを示す。このショット１５
．１８は、その中に２個のチップが１行２列で入ってい
るマルチチップである。すなわち、ショット１５の中に
は１５ａ、１５ｂのチップが入フており、ショット１６
の中には１６ａ、１６ｂのチップが入っている。

１７はｎ番目のショット１５におけるＺ方向位置検出の
ための検出光照射位置、１８．１９．２０はｎ＋１番目
のショット１６における検出光照射位置の候補である。

すなわち、ウェハ９のｎ番目のショット１５におけるの
Ｚ方向位置は、検出光を位置１７に入射させ反射光を検
出することにより得る。また、ｎ＋１番目のショット１
６におけるＺ方向位置は、検出光を位置１８．１９．２
０のどれか１つの位置に入射させ反射光を検出すること
により得る。Ｓｘ。

Ｓｙはショットの辺の長さを示す。

ショット１５．１６の露光範囲はそれぞれ辺の長さＳ、
、Ｓ、の矩形であり、検出光照射位置１７．２０を含ん
でいる。すなわち、第１図のＺ方向位置検出機構４によ
るウニへ面の検出位置は、ショット１５（ｎ番目のショ
ット）では露光範囲内である位置１７である。また、シ
ョット１８（ｎ＋１番目のショット）においては、補正
駆動しない通常の場合の検出位置は位置２０である。そ
して、ショットエ５からショット１６に移動する距離は
検出光照射位置１７と検出光照射位置（の候補）２０の
間の距離となり、Ｓｘで表現される。

ところで、この位置２０はウェハ９の外側であり、Ｚ方
向位置検出が不能である。検出光の照射が可能な範囲は
クエへ面内だからである。一方、検出光照射位置の候補
１８．１９は、ｎ＋１番目のショット１６のときに検出
光の照射が不能な位置２０の代わりの位置である。これ
らの位置ｉａ、　１９は位置２０と同じウェハ反射率で
あり、反射率による誤差のないＺ方向位置検出可能位置
である。

第３図は、第２図のショット１６において、予め制御部
に記憶されている通常ショットの検出光照射位置および
ウェハ反射率が同じ範囲を示した図である。

同図において、２１〜２３はクエへ表面が通常の検出光
照射位置と同じ反射率を有するＺ方向位置検出が可能な
範囲を示す。この範囲２１〜２３に検出光の照射を行な
えば、反射率による検出誤差が除去されるため、通常の
検出光照射位置２０を使用した場合と同じ検出信号が得
られる。

第４図は、Ｘ−Ｙステージの補正駆動の手順を示すフロ
ーチャートである。

次に、第１図〜第４図を参照して、具体的な補正駆動の
動作について説明する。

上記の構成において、Ｚ方向位置検出機構４によるｎ番
目のショット１５の検出位置１７は、先に述べたように
ウェハ面上であるので検出光の照射が可能な範囲内であ
る。従って、この位置１７における検出結果に基づいて
レチクル２とウェハ９とを結像光学系の共役な光学基準
面位置に正確に位置決めできる。

しかし、次のｎ＋１番目のショット１６を露光するため
にＳｘだけウェハ９を移動させると、Ｚ方向位置検出機
構４によるクエへ面の検出位置２０はウェハ面上の外と
なり検出不能となる。このため、レチクル２とウェハ９
を結像光学系の共役な位置に位置決めできず、ｎ＋１番
目のショット１６の中に有効なチップ１６ａが存在する
にもかかわらず、ショット１６は無効なチップとなり、
歩留りの低下となる。

そこで本実施例では、ｎ＋１番目のショット１６のよう
に位置検出が不能となる場合には、ｎ番目のショット１
５とｎ＋１番目のショット１６の間で検出光の照射が可
能な範囲（ウェハ面上）の内側にあり、かつＸ−Ｙステ
ージ７を補正駆動しない通常ショットの場合の検出光照
射位置（ｎ番目のショット１！！では位置１７であり、
ｎ＋１番目のショット１６では検出可能であれば本来位
置２０となる）と同じウェハ反射率を有する範囲中でＺ
方向位置検出を行なうようにＸ−Ｙステージ７を補正駆
動させる。その後、ウェハ９を露光位置に移動し、露光
する。これにより、Ｚ方向位置検出ができずに無効にな
っていたチップを有効なチップにすることが可能となる
。そして、ウェハ９の反射率による検出誤差も除去でき
る。

次に、第３図を参照して、どのような位置を検出光の照
射位置とするかにつき説明する。

まず、同図に示すように補正駆動しないときの検出光照
射位置２０と同じウェハ反射率の範囲２１〜２３の位置
を、ウェハ９に露光する前に予め制御部１１に記憶させ
ておく。そして、第２図のｎ番目のショット１５の露光
が完了した後、ｎ＋１番目のショット１６にｘ　−ｙ　
ｙ３動する前に、制御部１１で検出光照射位置２０では
Ｚ方向位置検出が不能であることを判断すると、予め記
憶しである同じウェハ反射率の範囲２１〜２３の位置情
報を呼び出す。範囲２１〜２３内の位置の中で検出光照
射可能範囲の内側にあるのは範囲２２と２３である。第
２図の位置１８と１９はそれぞれ範囲２２．２３中の位
置である。

次に、Ｘ−Ｙステージ７の駆動距離を最小とすることに
より、スルーブツトの低下を抑えるために、位置１８を
検出光照射の目標位置とすべく補正駆動する場合と位置
１９を目標に補正駆動する場合について駆動距離の小さ
いのはどちらの場合であるかを計算する。この例ではＸ
−Ｙステージ７は位置１７→１８→２０と移動した方が
１７→１９→２０と穆勅するよりも移動距離が短いので
、１７→１８→２０が選択される。そして、位置１８を
検出光照射位置とすべく　ｘ−ｙステージ７を補正駆動
させ、Ｚ方向位置検出を実行し、その後露光はショット
１６の全範囲につき行なう。

次に、第４図を参照して、Ｘ−Ｙステージ７を補正駆動
する場合の手順を説明する。

まず、ｎ番目のショット１５の露光完了後、ウェハ９が
次ショット１６を露光すべく移動する前に、次のショッ
ト１６においては通常の位置でＺ方向位置検出が可能で
あるかどうかをステップ３１で判断する。そして、もし
可能であれば、ステップ３５で露光位置にＸ−Ｙステー
ジ７を移動させ、位置２０でＺ方向の位置を検出して、
ステップ３６で露光する。

一方、第２図のように位置２０で位置検出が不可能であ
れば、前記に示したウェハ反射率が同じ範囲であり、位
置検出が可能であってかつ補正駆動量が最小となる条件
を満足する検出光照射位置を、ステップ３２で求める。

そして、ステップ３３でその補正後の位置においてＺ方
向位置検出をすべくｘ−ｙステージ７を移動させ、ステ
ップ３４で位置検出を行なう。その後、ステップ３５で
Ｘ−Ｙステージ７を露光位置まで駆動し、ステップ３６
で露光する。

なお、上記実施例では、ステップ３３で補正駆動して停
止し、その後ステップ３４で位置検出しているが、Ｘ−
Ｙステージ７を停止することなくＺ方向位置検出を行な
うこともできる。すなわち、ステップ３３で補正駆動す
るときに検出位置付近で減速し、Ｘ−Ｙステージに具備
されたレーザ干渉計の読み値より位置検出のタイミング
を得て検出を行なうことも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、クエへ周辺部で
検出光照射位置が検出範囲から外れても、補正駆動しな
い通常の検出位置と同一のウェハ表面形状をしている半
導体素子回路面等の領域を予め記憶させ、その情報から
位置検出可能範囲の内側にあって最小の補正駆動量であ
る位置検出範囲を計算で求めることにより、補正位置で
Ｚ方向位置を検出することが可能となり、従来無効とな
ったチップを有効にすることができ、歩留りの向上が計
られる。

さらに、検出位置のウェハ表面形状を同一とすれば、ウ
ェハ表面の反射率の差による検出誤差も除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置の概略構成
図、 第２図は、ウニへ上のショットレイアウトの一部拡大図
、 第３図は、予め制御部に記憶されている通常ショットの
検出光照射位置と同じウェハ反射率の範囲を示した図、 第４図は、補正駆動の手順を示すフローチャートである
。 １：照明系、 ２ニレチクル（原板）、 ３：光源、 ４：Ｚ方向位置検出機構、 ５：結像光学系（投影レンズ）、 ６：ミラー、 ７：Ｘ−Ｙステージ、 ８：Ｚステージ、 ９：ウェハ（被露光体）、 ｌＯ：センサ（受光素子）、 １１：制御部、 １２：レーザ干渉計、 １３：Ｘ−Ｙステージ駆動モータ。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　小 筒　１　図 第２図 １６　：　ショット功ア ２０ニオ賢址内ｙイ罎ｃイ幸゛正シｔｔ＠６　ｒＪ　Ｌ
＾吋）第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原板に描かれたパターンの像を被露光体に投影する
   ための結像光学系と、 被露光体面上の所定の位置に検出光を照射することによ
   って該被露光体のＺ方向の位置を検出する手段と、 上記検出手段による検出結果に基づいて、上記原板の結
   像光学系によるパターン像と被露光体とを合致させるた
   めに被露光体をＺ方向に移動させる駆動手段と、 被露光体を載置して、該被露光体上の任意の位置におけ
   る露光を可能にするＸ−Ｙ方向で移動可能なＸ−Ｙステ
   ージと、 被露光体上の一部分に原板のパターン像を有効に形成す
   るが上記検出手段による被露光体の位置の検出は不能で
   あるときに、その検出を可能とすべくＸ−Ｙステージを
   予め設定された量だけ移動する補正駆動手段と を具備することを特徴とする露光装置。 ２、前記補正駆動手段によるＸ−Ｙステージの移動は、
   補正駆動をしない通常ショットでの前記検出光照射位置
   と同一のウェハ表面形状を有する領域に前記検出光の照
   射をすべく移動するものである特許請求の範囲第１項記
   載の露光装置。 ３、前記補正駆動手段によるＸ−Ｙステージの予め設定
   した移動量は、Ｘ−Ｙステージ移動距離が最小となるよ
   うに定められる特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の露光装置。 ４、前記補正駆動手段によるＸ−Ｙステージの移動精度
   が、レーザ干渉計によって保証される特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項記載の露光装置。 ５、補正駆動をしない通常ショットでの前記検出光照射
   位置と同一のウェハ表面形状を有する領域が存在しない
   ときには前記補正駆動手段によるＸ−Ｙステージの移動
   は、任意の平面内で焦点位置に補正量を加えて行なわれ
   る特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４項
   記載の露光装置。 ６、前記補正駆動手段によりＸ−Ｙステージの補正駆動
   をし、前記検出手段による被露光体のＺ方向位置検出を
   行ない、その後その検出結果に基づいて前記駆動手段に
   より被露光体をＺ方向へ、投影レンズの焦点位置に移動
   させるとともにＸ−Ｙステージを露光位置に移動して露
   光を行なう特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第
   ４項または第５項記載の露光装置。