JPS6355934A - 露光装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はマスクに形成されたパターンの像を投影光学系
を介して被投影物上に投影する露光装置に関する。

（従来の技術） 半導体製造に伴うリソグラフィ工程において縮小投影型
露光装置が最先端デバイスの主流技術に位置付けられる
ようになって久しい。１．２ミクロンルミ。ｏミクロン
といわれていた縮小投影型露光装置の適用限界も現在で
はサブミクロン領域に突入した。

投影レンズの高ＮＡ化、短波長化により、サブミクロン
線幅解像が得られる反面、レンズの焦点深度は浅くなり
マスクのパターンの投影像がウェハ上で正確に結像しな
いとウェハ上でボケなパターンが形成されいわゆる解像
不良を起こしやすくなった。

この問題を解決する為には、投影像を被投影物の表面に
高精度に合焦させることが要求される。

第６図は公知（特開昭６０−１６８１１２号公報）であ
る従来の装置の説明図である第７図は位置検出基準面の
詳細図である。

露光光束１はメインコンデンサーレンズ２によって投影
原版としてのマスク３を照明する。

マスクの面３ａ上には所定のパターンが形成されており
このパターンが投影レンズ５によりウェハ７のパターン
面上に所定の倍率で縮少投影される。露光光束１はウェ
ハ７のパターン面上に塗られたフォトレジストを感光さ
せるのに有効な光で例えば超高圧水銀灯より発生する波
長４３５．８ｎｍ（ｇ−１ｉｎｅ）の光や波長３６５ｎ
ｍ　（１−１ｉｎｅ　）の光が用いられる。ｘ、ｙステ
ージ１０は投影光学系の光軸９と垂直な方向に移動しＺ
テーブル８は光軸９の方向に移動する。

２テーブル８上にはウェハ７の面とおおよそ平行で同一
な高さの基準平面１２ａを持ち１発光部１３入射部】４
から成り光を試料面へ斜入射させてその反射光を検出し
て試料面の面方向の位置を検出する２センサーと称する
試料面位置測定装置を備える。また、試料面７ａには、
マスク３と試料７との相対位置を位置合わせする為のア
ライメントマークが形成されており照明光を供給するラ
イトガイド２０．投影光学系を介してアライメントマー
クに照射した光の反射光を受光する受光素子２１、受光
素子２１より得られた電気信号を処理する回路３０から
成る光学的なアライメント位置検出装置を備える。

このアライメントマークは基準平面１２ａにも形成され
、マスク３、試料７の基準位置となる。

今、投影光学系の焦点位置を検出する為に、基準面１２
ａのアライメントマークにより得られる信号を用いる。

例えば第８図（ａ）の受光素子に結像したマークのコン
トテストによる信号すが得られる。

Ｚ　ｔａｂｌｅ　ｆ３を７．　ｔａｂ１ｅ駆動機構３５
により移動させ上記の出力された電気信号を演算装［３
１で演算処理して、出力信号の最大値と最小値の差が最
大となる位置を求める。この位置が投影光学系の焦点位
置であり、このＺ　ｔａｂｌｅの座標値を２センサーの
初期値とする。

しかしながら、Ｚセンサーの発光部１３から基準面上１
２８への入射光の入射位置は、はぼ投影光学系の光軸９
と基準面の交点位置に調整されているが、ｘ、ｙテーブ
ル方向のアライメント検出位置１５はＺセンサーの基準
面への入射位置１６と必らずしも一致しているとは言え
ない。

ゆえに基準面１２ａが光軸９に垂直な平面に対してαだ
け傾斜していると第７図の如くＺセンサーの位置検出点
１６とアライメントマーク検出器の検出点１５との距離
をｔとすると、光軸の点１６でアライメント信号を処理
して得られた焦点位置１７よりΔＺ＝＝Ｌｓｉｎαだけ
ずれた値がＺセンサーの初期値となってしまう。

投影レンズの高ＮＡ化が進み焦点深度が浅くなりチップ
の径状が大きくなるほど基準面１２ａの傾斜による焦点
位！精度の影響を無視することはできない。

（発明が解決しようとする問題点） 位置検出装置の検出位置とアライメントマーク検出位置
が異なることにより検出面の傾きの影響を受けやすく投
影光学系の焦点を合わす時に正確な焦点位置とならない
問題があった。

本発明の目的はアライメントマークを位置検出する検出
器を二個乃至複数個設けて光学投影系の焦点合わせを行
ないアライメント検出器、Ｚセンサーの基準面の傾斜に
よる焦点合わせの精度への影響の低減を図った。

〔発明の構成〕

（問題を解決する為の手段） 本発明の露光装置はマスクに形成されたパターンの像を
ウェハ面上に露光する投影光学系と、投影光学系の光軸
に垂直なｘ、ｙ方向に移動可能なｘ、ｙテーブルと、光
軸２方向に移動可能なＺテ−プルと、マスクとウェハを
位置合わせするアライメント検出器を二個乃至複数個と
、ウェハ面のＺ方向を位置検出するＺセンサーと、アラ
イメント検出器やＺセンサーの基準面となる部材、アラ
イメント検出器や２センサーの出力信号を処理し。

上記テーブルを制御する手段を有する露光装置である。

（作用） アライメントマークを検出するアライメント検出器の出
力信号がＺ　ｔａｂｌｅの移動によって変化する。Ｚ　
ｔａｂｌｅ上の基準面上に複数のアライメントマークを
形成し、複数のアライメント検出器で位置検出し出力信
号を得る。

Ｚ　ｔａｂｌｅを移動し各々のマークに対しての出力信
号の最大値を求める。この出力信号最大値の２位置が投
影光学系の焦点位置であるので各々の値から光軸と基準
面の交点位置が投影光学系の合焦位置となるように演算
する。

この交点位置は２センサーの光入射位置と一致するので
前記アライメント検出器で求めた焦点位置の位置座標２
をＺセンサーの初期値とする。

以上の装置構成により、Ｚセンサーの光入射光位置と、
アライメントマーク位置の相違することにより、基準面
が傾斜している時に焦点位置の精度が劣下した従来の問
題点を改善することができる。

（実施例） 従来の技術に比べて本発明の大きな特徴は焦点合わせを
行なう基準面の傾斜による焦点精度の低下を防ぐ為は二
個のアライメント検出を備えていることにある。

以下本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。第
１図は本発明の一実施例の露光装置を示す概略構成図で
あり第２図はその詳細図である。

第１図で照明光を発光源とするライトガ・ｒド２０．２
０’、振動スリット１８．１８’％受光素子２１゜２１
１、信号処理回路３０　、３０’から成る光学的なアラ
イメント検出器を投影光学系の光軸に対して対称な位置
に配置する。

ｘ、ｙ駆動モータ３７．３８でｘ、ｙテーブル１０を移
動して基準部材１２を光軸位置へ移動させる。基準部材
１２はその上面に光軸を中心に対称な位置ヘアライメン
トマークをアライメント検出器に対応して配置する構造
とし％　２つのアライメント検出器で同時に基準面上の
マークを検出することができる。アライメントマークを
検出した後ＡＧＣ回路１０１を８Ｗ１０２でＯＦＦ　し
て％Ｚテーブル８を投影光学系の光軸方向に移動して各
々のアライメントマーク１５．１５’での出力信号の最
大値となるＺ位置である所の焦点位置Ｚｌ。

Ｚｌを求める。Ｚテーブルを、焦点位置の平均値Ｚｏ　
＝（Ｚ１＋Ｚ！　）／　２位置に位置合わせすることに
より投影光学系の焦点位置は光軸と基準面１２ａの交差
する１７の位置となる。

通常この位置は発光源１３．受光素子１４からなる試料
面の位置を検出するＺセンサーの基準面１２ａへの入射
位置であり、Ｚｏの値を２センサーの初期値とすること
により基準面の傾斜による焦点位置精度の誤差を低減す
ることができる。

なお本発明の実施例において焦点合せを高精度に行なう
為に１次のようなアライメント位置検出器と、その出力
された信号を処理する手段を具備している。

ライトガイド２０．２０’により照明光を発光源としレ
チクル３、投影レンズ５を介しアライメントマーク１５
　、１５’を検出してその反射光を振動数ｆで振動させ
たスリット１８．１８’に投影しその通過光を検出する
受光素子２１．２１’とその信号を同期検波器３０．３
０’により信号処理した方式を用いた。

同期検波器３０　、３０’の回路のブロック図を第３図
に示し、この回路より出力される信号として、スリット
と同じ振動成分子、２倍の振動成分２ｆの出力信号を第
４図に示した。

ここでＳカーブ曲線を描くｆ成分のピーク位置は２ｆ成
分の０点となる位置である。

また、アライメント光検出器と基準面が投影光学系の光
軸方向の移動に対して出力信号のピーク値は第５図の如
く変化し、基準面が投影光学系に対して合焦状態となる
時、このピークは最大となる。

以上の機能を利用して、検出信号の２ｆ成分でテーブル
を面内方向の位置にサーボをかけ常に面内の横方向位置
をｆ成分のピーク位置ｉこ固定し。

光軸方向に２テーブルを移動してｆ成分の値が最大とな
る位置を検出することにより基準面を投影光学系の焦点
位置へ位ｆ！ｔ、整合している。このように横方向の位
置サーボをかけた状態で２方向に行えば、Ｚテーブルの
たおれ（すなわち２テーブルの移動に伴う横方向ずれ）
を補正した形で上下方向の検出が可能となるため、より
高精度な焦点位置の検出ができる。

〔発明の効果〕

以上のように二個乃至複数個のアライメント検出装置を
使うことによって、Ｆ、Ｍ、の傾斜による焦点合わせ誤
差によるパターン転写精度への影響を低減することがで
きる。

なお１本装置はＸ線、電子線、光転写等の装置にも適用
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例を示したもので第１
図は露光装置の概略構成図、第２図は上記装置の合焦す
る手段を詳しく説明するための図、第３図は上記装置の
信号処理回路の要部を示すブロック図、第４図はアライ
メント信号の出力波形を示した図、第５図はＺテーブル
を移動した時に構成図である。 １・・・光源、２・・・コンデンサレンズ％　３・・・
マスク。 ３ａ・・・マスク面％５・・・投影レンズ％　７・・・
マスク、７ａ・・・マスク面、８・・・２テーブル、９
・・・光軸、１０・Ｘ、３Ｆテーブル、１１　、１１’
・・・アライメント検出光、１２・・・基準部材、１２
ａ・・・基準面、１３・・・２センサ一発光源、１４・
・・Ｚセンサー受光部、１５．１５１・・アライメント
マーク、１６・・・２センサ一人射光照射位置、１７・
・・合焦位置、１８．１８’・・・振動スリット％　２
０．２０’・・・ライトガイド％　２１゜２１’・・・
アライメント検出器受光表示、３０，３０１・・信号処
理回路、３１・・・制御装置、３５・・・Ｚテーブル駆
動機構、３７，３８・・・ｘ、ｙテーブル駆動機構、１
００・・・アンプ、１０１・・・ＡＧＣ回路。 １０２・・・ＡＧＣ切換ＳＷ、１０３，１０３’・・・
同期整流回路、１０４・・・発振器、１０５，１０５’
・・・ローパスフィルタ、１０６，１０６’・・・Ａ／
Ｄ変換器。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 涌　ｌ　図 第　　２　　図 第　　４［！１ 第　　５　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクに形成されたパターンの像を試料面上に露
   光する投影光学系、前記試料を載置し上記光学系軸方向
   および上記光学系軸におおよそ垂直な平面方向に移動可
   能なテーブルと上記光学系を介さず前記試料面の上記光
   学系軸方向の位置を測定する手段、前記マスクと試料と
   の上記平面方向の位置を上記光学系を介して検出する複
   数個の光学的位置検出手段および位置を補正する位置整
   合手段とからなる露光装置において、上記試料面とおお
   よそ平行で同一な高さの基準平面を持ち、該基準平面上
   には前記複数個の光学的位置検出手段で同時に検出可能
   な複数個の位置整合基準が形成されてなる部材を上記テ
   ーブル上に設置したことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記光学的位置検出手段は位置検出方向に相対的
   な振動又は振動と同等な変調を加える機構及び検出信号
   を同期整流する回路を有し、検出信号の中から該振動の
   ２倍の周波数成分を抽出して得られる信号に基づいて前
   記テーブルの平面方向の位置サーボを行う手段とを有す
   る特許請求の範囲第１項記載の露光装置。