JPS6381818A - 投影光学装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、投影光学装置にかかるものであり、特に投影
光学系のディストーションないし倍率の測定方式の改良
に関するものである。

［従来の技術］ 従来、光学装置、特に露光装置に使用される投影光学系
のディストーションを計測する方法としては、例えば第
６図に示すように、半導体クエへに対するマーク焼き付
けによる方法が行なわれている。

この方法は、ウェハステージの座標位置を測定する干渉
計を利用してディストーション量を短寸法に変換する方
法である。

第６図において、まずレチクルＲには、ディストーショ
ン計測用のパターンＰ１ないしＰ５が各々形成されてい
る（第６図（Ａ）参照）。

以上のようなレチクルＲを用いて、ウェハＷに対し、パ
ターンＰ１ないしＰ５を全面露光によって焼付けする（
第６図（Ｂ）参照）。

次に、レチクルＲ上の各マークのうち、中央のマークＰ
３を除いてブラインドを施し、再度ウェハＷに対して露
光を行なう（第６図（Ｃ）参照）。

このとき、あらかじめ解っている設計データに基づいて
ステージの座標値を設定し、すでに焼き付けられている
マークＰＡないしＰＥにマークＰ３を重ね焼きする（第
６図（Ｄ）参照）。

以上のようにして重ね形成したマークは、仮に投影光学
系にディストーションが存在しないものとすると丁度型
なるのであるが、ディストーションが存在するため、第
６図（Ｄ）示すように、マーク間にずれΔが生ずる。こ
のΔによって投影光学系のディストーション量を測定す
ることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら以上のような方法では、ウェハの露光、現
像を二回繰り返し、その後に測定を行なうというプロセ
スを必要とする。このため、測定に手間がかかるという
不都合がある。

また、ステージの停止精度、パターン測定精度等の誤差
要因が直接測定精度に影響するため、測定再現性も良好
とはいえないという不都合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、短時
間で精度良くディストーションや倍率の測定を行なうこ
とができる投影光学装置を提供することをその目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段と作用］本発明は、投影
光学系の結像面に沿って移動し得るステージの位置に応
じた位置信号を出力するステージ位置検出手段と、該ス
テージに設けられて所定形状の発光面を有する発光部材
と、前記投影光学系の瞳とほぼ共役な位置に設けられる
とともに、前記発光部材の発光面からの光を、前記投影
光学系と、所望のパターンが形成されたマスクとを各々
介して受光する光電検出手段と、マスクの所定位置に形
成されたマークパターンに対して前記発光面の投影像が
移動するように前記ステージを制御するとともに、該移
動中に前記光電検出手段から出力される光電信号と、前
記ステージ位置検出手段から出力される装置信号とに基
いて。

前記像とパターンとの重なり位置を検出する位置検出手
段とを備えたことを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。この図
において、適宜の露光用の光源（図示せず）から出力さ
れた照明光（例えばｇ線。

ｉ線）は、フライアイレンズ１０、低反射率のビームス
プリッタ１２、リレー光学系１４を各々介してダイクロ
イックミラー１６に入射するようになっている。

ダイクロイックミラー１６によって反射された照明光は
、コンデンサレンズ１８を透過してレチクルＲに入射し
、更には、像側かテレセントリックの特性を存する投影
レンズ２０を透過してステージ２２上のウェハＷを照明
するようになっている。

上述したレチクルＲの近傍には、レチクルホルダ２４上
にセットされるレチクルＲのアライメントや、レチクル
ＲとウェハＷとのアライメントを行なうためのＴＴＬア
ライメント顕微鏡２６と、ウェハアライメント専用のＴ
ＴＬアライメント顕微ｕｔ、２８とが各々配置されてい
る。

また、投影レンズ２０の側部には、ウェハないし後述す
るスリット板を検出するためのフォーカスセンサ３０と
、ウェハアライメント用のオフアクシス顕微鏡３２とが
各々配置されている。

次に、上述したステージ２２には、ウェハＷの表面位置
となるように、スリット板３４が設けられている。

第２図には、かかるスリット板３４の部分の断面が拡大
して示されている。この図において、ステージ２２は、
図の上下方向である２方向に移動可能なＺステージ２２
Ａと、Ｚ方向と垂直の方向であるＸＹ方向に移動可能な
ＸＹステージ２２Ｂと、微小回転可能なθテーブル２２
Ｃとによって出力されている。ウェハＷは、θステージ
２２Ｃ上に載置され、スリット板３４は、保持具３４Ａ
によってＺステージ２２Ａ上に配置保持されている。

また、Ｚステージ２２Ａ内部には、レンズ３４Ｂ１ミラ
ー３４Ｃ１フアイバ３４Ｄが各々配置されており、外部
に設けられた露光波長と同一波長の光を出力する光源３
４Ｅ（第１図参照）の光がスリット板３４を内側から照
明するような出力となっている。

更に、Ｚステージ２２Ａの側方には、ステージの座標位
置を測定するためのレーザ干渉計用の移動鏡３６が設け
られており、矢印ＦＡで示すように、スリット板３４の
高さ位置とほぼ同じ高さでレーザビームが照射されるよ
うになっている。

次に、第３図を参照しながら、スリット板３４について
説明する。スリット板３４は、例えば光透過性のガラス
板にクロムなどを用いてスリット上の窓を形成したもの
で、第３図に示す例では、ＸＹ両方向用の発光スリット
ＳＸ。

ＳＹと、各アライメント系に対する基準マークＭＡ、Ｍ
Ｂとが各々形成されている。

これらのうち、発光スリットＳＸは、第４図に示すよう
に、巾ＪＺＩ、長さ１２の矩形状に形成されている。こ
こで、１１．　ｆ１２は、例えば１１＝４μｍ１℃２＝
１００μｍ程度である。

他方、上述したレチクルＲには、例えば第４図に示すよ
うに、十字状のレチクルマークＭＲが形成されている。

このレチクルマークＭＲは、クロム等の遮光性を有する
材料で形成されている。

次に、ステージ２２上のスリット板３４を透過した光は
、投影レンズ２０、レチクルＲ１コンデンサレンズ１８
を各々透過してダイクロイックミラー１６に入射し、こ
こで反射される。そして、反射された光は、リレー光学
系１４を介してビームスプリッタ１２で反射され、集光
レンズ３８を透過して光電変換用のディテクタ４０に入
射するようになっている。このディテクタ４０は、投影
レンズ２０の［ｌ１ｅｐと、光学的にほぼ共役な位置に
配置されている。尚、焦光レンズ３８を省略して、ビー
ムスプリッタ１２で反射された後の瞳共役位置に直接デ
ィテクタ４０を配置させてもよい。

次にディテクタ４０の光電出力は、アンプ４２で増幅さ
れてアナログ−ディジタル変換器（以下ｒＡＤｃＪとい
う）４４に人力され、ここでディジタル信号に変換され
てメモリ４６にデータとして人力されるようになってい
る。

ＡＤＣ４４，メモリ４６には、ステージ２２の座標位置
を示す干渉計４８の位置信号が入力され、かかる位置信
号のタイミングでＡＤ変換が行なわれるとともに、該信
号で表わされるメモリ４６のアドレスにＡＤＣ４４の出
力データ、が同期して格納されるようになっている。

次に、上記メモリ４６に格納されたデータの出力は、主
制御装置５０に対して行なわれ、主制御装置５０は、入
力されたデータと、フォーカスセンサ３０の出力に基い
て、ステージ２２駆動用のモータ５２に駆動信号を出力
する機能を有する。

なお、スリット板３４から送出される光は、投影レンズ
２０の障面ｅｐのほぼ全面に分布し、更に、ディテクタ
４０の受光面は、瞳全体をカバーする程度の大きさを有
するように出力されている。

次に、上記実施例の動作について説明する。スリット板
３４の発光スリットＳＸは、上述したように、矩形状で
あるから、レチクルＲには、第１図の下方から矩形の照
明が投影レンズ２０を介して行なわれることとなる。も
ちろん露光用の照明光は遮断されている。

そして、ステージ２２が移動するのに伴い、レチクルＲ
上に投影された発光スリットＳＸの像も移動する。第４
図の例では、レチクルマークＭＲに対して矢印ＦＢの方
向に発光スリットＳＸが移動する。

この動作により、発光スリットＳＸがレチクルマークＭ
Ｒと重なるようになる。この重なりの程度は、第５図に
示すように、ディテクタ４０において、光量の減少とし
て感知される。この図の例では、位置ＸＡ、ＸＣに対し
、位置ＸＢで最も光量が減少し、この位置で発光スリッ
トＳＸがレチクルマークＭＲとよく重なっていることが
解る。

他方、ステージ２２は、干渉計４８でその座標位置が検
知され、位置信号がＡＤＣ４４およびメモリ４６に各々
入力されている。この位置信号に同期して、ＡＤＣ４４
により、ディテクタ４０の光電出力がサンプリングされ
るとともにディジタル信号に変換され、メモリ４６の対
応アドレスに格納される。

ところで、投影レンズ２０に全くディストーションが無
い場合には、発光スリットとレチクルマークとが重なる
位置は、設計データから求めることができ、メモリ４６
に格納されたディテクタ４０の光量減少位置（マーク検
出点）と該設計データとは一致する。

しかし、投影レンズ２０にディストーションが存在する
と、それらが一致せず、設計データとマーク検出点とが
一致しない。かかる相違の程度が、第６図（Ｄ）のΔに
対応することとなる。

従って、投影レンズ２０の有効域にわたってレチクルＲ
上に第４図のパターンをあらかじめ分布させておくこと
により、投影レンズ２０のディストーションが測定され
る。投影レンズ２０の倍率についても同様である。

以上のようなデータのサンプリング、格納のためのステ
ージ移動は、主制御装置５０の制御に基いて行なわれる
。

以上説明したように、本実施例によれば、短時間で精度
よくディストーションや倍率を測定することができると
いう効果がある。

また、測定されたデータを装置内部に記憶しているため
、ウェハ上のアライメントマークの位置と、このマーク
と位置合わせされるレチクル上のアライメントマークの
位置とが異なる場合などに、ディストーションによるア
ライメント誤差分の補正を容易に行なうことができると
いう効果がある。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えば半導体レーザをステージ（例えばＺステージ
２２Ａ）内に設けてもよい。このようにすると、ファイ
バ３４Ｄ等を省略することができる。

またこの場合には、レーザ光波長は露光波長と異なるこ
とがほとんどであるため、投影レンズ２０の色収差によ
り像面が露光光に対する像面位置からずれることになる
。

しかし、露光光とレーザ光との各々について、色消しさ
れている場合は、かかるずれは生じない。仮に、色収差
によりてずれが生ずるときは、そのずれ分だけスリット
板３４の高さ位置をずらしておくか、又はスリット板３
４の上に補正用の小レンズを設けるか、更には発光スリ
ットによる計測時にＺステージ２２Ａの高さを色数差分
だけ上下方向にずらして補正を行なうようにすればよい
。

また、スリット板３４の位置と、ウェハＷの表面の位置
とは、必ずしも一致する必要はなく、測定時にその位置
が投影レンズ２０の結像面にあればよい。

更に、ディテクタ４０は、投影レンズ２０の結像面に位
置した物体（例えばクエへ等）の反射光を受けることも
できるので、該物体の反射率を計測することもできる。

ディストーション、倍率の測定は、ＸＹの平面の両方向
に対して行なう場合が多いが、必要に応じて、−次元の
方向にのみ行なうようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ステージ上に設
けられた発光手段と、マスク上に形成されたマーク手段
とを利用することとしたので、短時間で精度よくディス
トーションや倍率を測定することが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を示す出力図、第２図は上記
実施例におけるステージ部分の詳細な出力例を示す部分
出力図、第３図はスリット板の一例を示す平面図、第４
図はレチクルマークと発光スリットとの重なりの説明図
、第５図はディテクタの光電信号の波形例を示す線図、
第６図は従来の測定方式の説明図である。 ２０・・・投影レンズ、２２・・・ステージ、３４・・
・スリット板、４０・・・ディテクタ、４６・・・メモ
リ、４８・・・干渉計、５０・・・主制御装置、５２・
・・モータ、ＭＲ・・・レチクルマーク、Ｒ・・・レチ
クル、Ｗ・・・ウェハ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所望のパターンが形成されたマスクを照明光学系
   からの光で照明し、該パターンの像を投影光学系を介し
   て所定の結像面に形成する投影光学装置において、 前記投影光学系の結像面に沿って移動し得るステージと
   、 該ステージの位置に応じた位置信号を出力するステージ
   位置検出手段と、 前記ステージに設けられ、所定形状の発光面を有する発
   光部材と、 前記投影光学系の瞳とほぼ共役な位置に設けられ、前記
   発光部材の発光面からの光を、前記投影光学系およびマ
   スクを各々介して受光する光電検出手段と、 該マスクの所定位置に形成されたマークパターンに対し
   て、前記発光面の投影像が移動するように前記ステージ
   を制御し、該移動中に前記光電検出手段から出力される
   光電信号と、前記ステージ位置検出手段から出力される
   位置信号とに基いて、前記像とパターンとの重なり位置
   を検出する位置検出手段とを備えたことを特徴とする投
   影光学装置。
2. （２）前記照明光学系は、前記マスクのほぼ全面を照明
   するための光源と、該光源の像を前記投影光学系の瞳に
   結像させ、かつ前記マスクにほぼ均一な強度で光を照射
   するコンデンサーレンズとを含み、 前記光電検出手段は、前記光源とコーデンサーレンズと
   の間に形成される投影光学系の瞳と共役な位置に受光面
   を有する受光素子を含む特許請求の範囲第１項記載の投
   影光学装置。
3. （３）前記位置検出手段は、あらかじめ定められたマス
   ク上の複数のパターンに対して重なり位置を検出するこ
   とにより、前記投影光学系の光学特性を測定する特許請
   求の範囲第２項記載の投影光学装置。