JPH02207521A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は露光装置に関し、特にＩＣ，ＬＳＩ等の半導体
集積回路の製作において、マスク若しくばレチクル等の
第１物体面上の回路パターンを投影光学系によりウニ八
等の第２物体面上に、例えば第２物体又はその近傍に設
けた基準面を利用して高鯖度に焦点合わせをして投影露
光する際に好適な自動焦点制御手段を有した縮少投影型
の露光装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、微細な回路パターンを露光転写する装置として縮
小投影型の露光装置（所謂ステッパー）がＩＣやＬＳＩ
等の半導体製造装置の生産現場に多数使用されてきた。

この縮小型の露光装置はレチクル（マスク）に描かれた
回路パターンの像を投影光学系により縮小してウェハ上
のフォトレジスト（感光剤）の層に投影露光するもので
ある。

最近は、投影露光する回路パターンの更なる微細化及び
高集積化に伴い、より高分解能、高精度な投影露光ので
きる露光装置が要求されている。

一般に投影露光する回路パターンの焼付は線幅の微細化
の為に例えば露光光の波長を短く、又は投影光学系の開
口数を大きくすると、それに伴い焦点深度か比例、又は
２乗に比例して小さくなってくる。そうすると、例えば
投影光学系を構成する硝材の屈折率が周囲の温度や空気
の気圧等の変化により変わり焦点位置くビット面）が変
動してくるという問題点が生じてくる。

又ウェハは平面加工技術の点からある程度の厚さと曲り
のバラツキを有している。通常ウェハの曲りについては
平面度１μｍ以下に加工されたウェハーチャック面上に
ウェハを吸着固定することにより平面矯正を行っている
。しかしながらウェハに厚さのバラツキがあるときはこ
れを矯正することができない。

そこで従来は投影光学系と所定の位置に関係づけたビッ
ト検出器を露光装置内の一部に設け、投影光学系のビッ
ト面は固定のものとして、その位置にウニへ面がくるよ
うにして位置決めを行っていた。

このビット検出器を用いた位置決め方法は間接的にビッ
ト面を検出するものであり、直接的にビット面を検出し
ていない。この為、例えば温度変動や気圧変動等の要因
によりビット検出器の取付面から実際に投影された回路
パターン像面までの機械的な距離及び投影光学系のビッ
ト面が変化したり又、露光光の吸収により投影光学系の
光学的性質が変化し、ビット面が変動したりして高い焼
付は解像力を得るのが大変難しいという問題点があった
。

特にこのような問題点は露光光としてｇ線を用いた露光
装置はもとより例えば波長２４８ｎｍの光を放射するエ
キシマレーザ−を用いた露光装置においては前記波長と
焦点深度の関係により、より重要な問題点となっている
。

（発明か解決しようとする問題点） 本発明はレチクル面上のパターンを投影光学系を介して
ウニ八面上に投影し、露光する際、周囲の温度や気圧等
の環境条件が変化し投影光学系の焦点位置が変動したり
、又ウェハに厚さや曲り等のバラツキがあっても常に高
精度に焦点位置にウェハを位置させることができ、高い
解像力が容易に得られる露光装置の提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 第１物体面のパターンを投影光学系を介して第２物体面
上に投影露光する露光装置において、該第２物体面と該
第２物体面又はその近傍に設けた基準面との相対的な高
さを検出する第１検出手段と該投影光学系による該第１
物体面のパターン投影像のビット位置を検出する第２検
出手段と該第１、第２検出手段からの出力信号を利用し
て、該第２物体面の該投影光学系光軸方向における最適
位置を求める演算手段と該演算手段からの出力信号に基
づいて該第２物体の光軸方向の位置制御を行う補正駆動
手段とを有していることである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の露光装置の要部概略図であ
る。

同図において１１は光源で例えばエキシマレーザ−１Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザー、超高圧水銀灯等である。光源１１か
らの光束はミラー１０．９で反射させた後照明系８に入
射している。照明系８はミラー９からの光束をミラー７
を介して第１物体としてのレチクル又はマスク（以下「
レチクル」という。）を照射している。そして該レチク
ル１面上の回路パターンを投影光学系３によって第２物
体としてのウェハ２面上に投影露光している。

ウェハ２面上には感光体としてのレジストか塗布されて
おり、ウェハチャック４により吸着支持されている。５
は補正駆動手段としてのθ−Ｚステージでありウェハチ
ャック４を投影光学系３の光軸方向であるビット方向（
Ｚ方向）及び回転方向に駆動制御している。６はＸＹス
テージでありウェハチャック４をＸ方向とＹ方向に駆動
制御している。

１０１は第１検出手段であり、検出用の光束を発する投
光部１２と被測定面からの反射光を受光する受光部１３
とを有しており、ウェハ２面のＺ方向の高さとθ−Ｚス
テージ５上に設けた基準面２２との２方向の相対的な高
さを検出している。

同図はウェハ２面上の高さを検出している場合を示して
おり、基準面２２の高さを検出するときはＸＹステージ
６を駆動させて基準面２２が投影光学系３による後述す
るビット検出用マークの投影面に位置するようにして行
っている。

尚、同図においてはウェハ２面と基準面２２の高さは路
間−となるようにして構成されている。

そしてこれらの高さ方向（Ｚ方向）の検出方法としては
例えば特開昭６２−１４０４１８号公報で示したような
方法により行っている。

即ちウェハ２面上からの光束の反射点と受光素子（ＣＯ
Ｄ）上の入射点とが結像関係となるようにし、ウェハ２
の上下方向の位置ずれを受光素子面上に入射する光束の
入射位置として検出し、これにより高さ方向の位置を検
出している。

１４は第２検出手段であり投影光学系３によるレチクル
１面上のパターン像のビット位置を検出している。第２
検出手段１４は例えば第２図に示すような構成より成っ
ている。（第２図は作図上、第１図における配置とは上
下逆に示されている。） 第２図において２２は第１図の基準面であり、透過型の
窓部より成っており、第２検出手段の部に設けられてい
る。

１５は結像レンズ、１６．１７は各々ハーフミラ−１８
〜２０は各々撮像素子であり、例えば固型のＣＯＤ等か
ら成っている。２１は各々基準面２２の結像レンズ１５
による結像位置を示している。即ちＣＣＤ　１８は結像
レンズ１５を介して基準面２２と共役の関係にあり、Ｃ
ＣＤ１９は結像レンズ１５による後ビンの位置にあり、
ＣＣＤ１８は逆に前ビンの位置にあり、各々所定量オフ
セットして配置されている。

第３図（Ａ）はレチクル１の要部平面図である。図中２
４は有効画面範囲、２５は実素子回路パターン領域、２
６はビット検出用マークであり、例えば同図（Ｂ）に示
すように矩形状の開口部２７より成っている。

次に本実施例の動作について説明する。

本実施例では不図示の搬送系によりウェハ２がウェハチ
ャック４に装填され固定されている。そしてｘＹステー
ジ６が駆動され、ウェハ２の上面の高さを第１検出手段
１０１によりウェハ２面内の各位置について計測し、こ
れよりウェハ２の曲りや厚さ等のバラツキを計測してい
る。次いでＸＹステージ６を駆動させて第２検出手段１
４に設けた基準面が第１検出手段１０１の計測範囲内に
位置するようにして基準面２２の高さを検出している。

これによりウェハ２面と基準面２２とのオフセットの高
さ量を検出している。

次に第２検出手段１４をレチクル１面上のビット検出用
マーク２６が投影光学系３により投影される直下位置に
駆動配置する。

そして光源１１からの光束をレチクル１面上のビット検
出用マーク２６に導光し、該ビット検出用マーク２６を
投影光学系３により第２検出手段１４の基準面２２近傍
に結像させている。

ここでレチクル１面上の投影光学系３により投影された
結像面（ビット面）と第２検出手段１４の各受光素子（
ＣＣＤ）１８．１９．２０からの出力信号との関係は例
えば第４〜第６図に示すようになる。

第４図はＣＣＤ２０からの出力信号、第５図はＣＣＤ　
１８からの出力信号、そして第６図はＣＣＤ　１９から
の出力信号を各々示している。設計上、既知である投影
光学系３のデイフォーカス特性値とこれらの各出力信号
を公知の電気処理系により処理することにより、第７図
に示すような出力特性を得ている。これらの結果より演
算手段１０２によりレチクル１の投影レンズ３によるビ
ット位置と基準面２２との差分、即ちデイフォーカス量
を検出している。

そしてこのような検出をウェハ２面上の各位置について
行なっている。要するに、ビット基準面２２とウェハー
面の高さ差及び、ウェハーの曲りや厚み差を加味してウ
ェハー面の投影光学系３に対するＺ方向の最適位置（即
ち最適ビット面）をウェハー全面について算出している
。モしてθ−Ｚステージによりウェハ２をＺ方向の最適
位置であるレチクル１の投影光学系３によるビット位置
に位置するように駆動制御している。

例えばウェハ２を各ショット毎にθ−２ステージにより
駆動制御して露光するようにしている。

尚本実施例においてレチクル１面上にビット検出マーク
２６を設ける代わりにレチクル１面上の実素子回路パタ
ーンの一部を利用するようにしても良い。

第８図は本発明に係る第２検出手段の他の実施例の要部
概略図である。

同図においては１つの受光素子（ＣＣＤ）１８をピエゾ
素子のような圧電素子２９を用いて駆動機構２８により
受光素子１８をビット方向に駆動制御することにより投
影光学系３によるレチクル面のビット面を検出している
。この場合、駆動量は公知の手段により検出、制御され
ている。又、別の例として受光素子を固定してθ−Ｚス
テージを上下させてもよい。そして各位置における受光
素子１８からの信号出力の取扱いについては第２図に示
した検出方法と同様である。

尚、前述の実施例では補正駆動手段としてθ−Ｚステー
ジを用いてウェハ２を上下方向に駆動させてビット面に
位置させるようにしたが、θ−Ｚステージを用いなくて
も実質的にウェハ面をビット面に位置させることができ
る方法であればどのような手段を用いても良い。

例えば、第１図においてミラー９の一部分を半透過面と
し、照明光束の一部を波長モニター３０に導光し、光源
１１からの発振波長を計測し、ビット補正に必要な波長
補正量を演算処理系３１により演算し、波長補正部３２
により波長補正をすることによりビット面の補正を行う
ようにしても良い。

例えば波長λ（２４８ｎｍ）における投影光学系の波長
とビット位置の関係は第９図に示すようになるので、こ
のときの関係より発振波長を変えてビット位置を制御す
るようにしても良い。又このとき波長補正の作業中の光
モレを防止する為にはシャッター３３を設け、該シャッ
ターを開閉するようにすれば良い。

又、マーク２７は実施例にかかわらず、変形例が可能で
ある。

（発明の効果） 本発明によれば以上のように第１、第２検出手段、そし
て基準面を設けることによりレチクル面上のパターンを
投影光学系によりウニ八面上に投影露光する際、環境条
件が変化したり、又ウェハの厚さや曲りにバラツキ等が
あってもウェハを投影光学系のビット面に高精度に位置
合わせすることができ、常に高い解像力が得られる露光
装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図、第３
図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の一部分の説明図、第４、第
５、第６図は本発明に係る検出手段から得られるビット
面に関する出力信号の説明図、第７図は本発明において
ビット面からのデイフォーカス量と検出手段から得られ
る出力信号との関係を示す説明図、第８図は本発明の一
部分の他の実施例の要部概略図、第９図は本発明におけ
る照明光束の波長と投影光学系によるビット位置との関
係を示す説明図である。 図中１はレチクル、２はウェハ、３は投影光学系、４は
ウェハチャック、５は補正駆動手段（θ−Ｚステージ）
、６はＸＹステージ、７．９、ｌＯはミラー　１１は光
源、１０１は第１検出手段、１４は第２検出手段、１０
２は演算手段、１８．１９．２０はＣＣＤ、２２は基準
面、２８は駆動機構、２９は圧電素子、２６はビット検
出用マーク、２５は実素子回路パターン領域、である。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図（Ａ） 第 図（Ｂ） 第 図 第 図 Ｐｌ 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１物体面のパターンを投影光学系を介して第２
   物体面上に投影露光する露光装置において、該第２物体
   面と該第２物体面又はその近傍に設けた基準面との相対
   的な高さを検出する第１検出手段と該投影光学系による
   該第１物体面のパターン投影像のビット位置を検出する
   ために第２物体を載置する可動ステージに設けた第２検
   出手段と該第１、第２検出手段からの出力信号を利用し
   て、該第２物体面の該投影光学系の光軸方向の最適位置
   を求める演算手段と該演算手段からの出力信号に基づい
   て該第２物体の位置制御を行う補正駆動手段とを有して
   いることを特徴とする露光装置。
2. （２）前記第２検出手段は前記基準面と前記投影光学系
   による前記第１物体面のパターン像のビット位置との差
   分を検出していることを特徴とする請求項１記載の露光
   装置。
3. （３）前記基準面は透過型の窓部より成り、前記第２検
   出手段の一部に設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の露光装置。