JPH068926B2 - 面位置検出方法 - Google Patents
面位置検出方法Info
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- JPH068926B2 JPH068926B2 JP59176462A JP17646284A JPH068926B2 JP H068926 B2 JPH068926 B2 JP H068926B2 JP 59176462 A JP59176462 A JP 59176462A JP 17646284 A JP17646284 A JP 17646284A JP H068926 B2 JPH068926 B2 JP H068926B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/34—Systems for automatic generation of focusing signals using different areas in a pupil plane
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、物体に対する投影光学系の像面位置を検出す
る面位置検出方法に関し、特に半導体焼付け装置のウエ
ハに対する投影光学系の像面位置を検出する面位置検出
方法に関する。
る面位置検出方法に関し、特に半導体焼付け装置のウエ
ハに対する投影光学系の像面位置を検出する面位置検出
方法に関する。
［従来の技術］ 近年、半導体集積回路は、増々微細化される傾向にあ
る。そして、その製造工程の内最も重要な工程として、
マスクパターンをウエハ上に転写するフォト工程があ
る。このフォト工程に用いられる装置が、半導体焼付装
置と呼ばれるものであり、現在最も有力な方式は光学的
投影露光方式である。それには、マスクとウエハを接触
させて焼き付けるコンタクト方式、マスクとウエハを数
１０μｍのギャップで離し、マスクパターンをウエハ上
に影絵焼きする近接露光方式、高解像度のレンズを用い
て、ウエハを一回ずつ送りながら、マスクパターンをウ
エハ上に転写していくステップ・アンド・リピート方
式、そして、高解像度のミラー光学系を用いてマスクパ
ターンをウエハ上に結像し、焼きつけるミラープロジェ
クション方式等がある。
る。そして、その製造工程の内最も重要な工程として、
マスクパターンをウエハ上に転写するフォト工程があ
る。このフォト工程に用いられる装置が、半導体焼付装
置と呼ばれるものであり、現在最も有力な方式は光学的
投影露光方式である。それには、マスクとウエハを接触
させて焼き付けるコンタクト方式、マスクとウエハを数
１０μｍのギャップで離し、マスクパターンをウエハ上
に影絵焼きする近接露光方式、高解像度のレンズを用い
て、ウエハを一回ずつ送りながら、マスクパターンをウ
エハ上に転写していくステップ・アンド・リピート方
式、そして、高解像度のミラー光学系を用いてマスクパ
ターンをウエハ上に結像し、焼きつけるミラープロジェ
クション方式等がある。
これらの方式のうち、特に、ミラープロジェクション方
式については、５インチ径あるいはそれ以上の大口径ウ
エハの全面にわたって約１μｍ線中の微細パターンを一
括に転写するという特性上、ウエハ全面のピントを保証
しなければならないが、ウエハ表面に数ミクロンオーダ
ーの凹凸が存在すると言う問題がある。従ってウエハ上
の数箇所で凹凸の状態を計測し、ウエハ全面で平均的な
合焦調整を行い得るような装置が求められる。
式については、５インチ径あるいはそれ以上の大口径ウ
エハの全面にわたって約１μｍ線中の微細パターンを一
括に転写するという特性上、ウエハ全面のピントを保証
しなければならないが、ウエハ表面に数ミクロンオーダ
ーの凹凸が存在すると言う問題がある。従ってウエハ上
の数箇所で凹凸の状態を計測し、ウエハ全面で平均的な
合焦調整を行い得るような装置が求められる。
従来より半導体焼付装置としてはウエハ焼付位置と別の
場所で基準からウエハまでの距離を計測し、それに基づ
いてウエハ焼付位置で位置出しが行われる。即ち焦点検
知に投影光学系を介在させていないのでオフ・アクシス
方式とも言うべき方式が普及している。その際の計測法
には、空気流をウエハに噴射し、空気の背圧を測ってウ
エハまでの距離を検出するエア・センサー方式、ウエハ
と検出装置間の電気容量を測る方式、超音波を使用して
測距する方式、ウエハ表面へ斜めに光線を投射し、反射
光の位置ずれを検知する方式等がある。
場所で基準からウエハまでの距離を計測し、それに基づ
いてウエハ焼付位置で位置出しが行われる。即ち焦点検
知に投影光学系を介在させていないのでオフ・アクシス
方式とも言うべき方式が普及している。その際の計測法
には、空気流をウエハに噴射し、空気の背圧を測ってウ
エハまでの距離を検出するエア・センサー方式、ウエハ
と検出装置間の電気容量を測る方式、超音波を使用して
測距する方式、ウエハ表面へ斜めに光線を投射し、反射
光の位置ずれを検知する方式等がある。
しかしながらオフ・アクシス方式の場合、ウエハの光軸
方向の位置を原理的には管理することができるが、マス
ク像の真にピントの合った位置にウエハ表面が位置して
いるか否かを検知することはできない。その理由はウエ
ハ焼付中の照明光の熱蓄積や周囲の環境温度の変動で投
影光学系のピント位置が移動した場合には、ウエハをし
かるべき位置に設定しても実際にはデフォーカスした像
が形成されるからである。
方向の位置を原理的には管理することができるが、マス
ク像の真にピントの合った位置にウエハ表面が位置して
いるか否かを検知することはできない。その理由はウエ
ハ焼付中の照明光の熱蓄積や周囲の環境温度の変動で投
影光学系のピント位置が移動した場合には、ウエハをし
かるべき位置に設定しても実際にはデフォーカスした像
が形成されるからである。
従ってこの様な変化にも対処できるように焼付位置で、
投影光学系を通してウエハ面を覗くような検知が求めら
れる。
投影光学系を通してウエハ面を覗くような検知が求めら
れる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は対物光学系を通して合焦検知を行うこと
にあり、比較的簡単な構成で検知を実行できる様にする
ことである。また従属目的は反射型投影光学系の収差特
性を利用し、半導体製造用マスクの像をウエハ上にフォ
ーカスするための面位置検出方法を提供することであ
る。
にあり、比較的簡単な構成で検知を実行できる様にする
ことである。また従属目的は反射型投影光学系の収差特
性を利用し、半導体製造用マスクの像をウエハ上にフォ
ーカスするための面位置検出方法を提供することであ
る。
［課題を解決する手段］ 上記目的を達成する為に、本発明に面位置検出方法は、
第１物体面上のパターンを投影光学系を介し第２物体面
上に投影する投影装置の前記投影光学系の像面位置を検
出する方法で、前記投影光学系における検出像高の像面
位置と第２物体面との間隔に応じた信号を前記投影光学
系を介して光学的に検出する検出段階と、前記検出段階
により得た信号と前記投影光学系の像面彎曲特性とに基
づいて、前記第２物体面に対する前記検出像高と異なる
像高の像面位置を決定する段階とを有することを特徴と
する。
第１物体面上のパターンを投影光学系を介し第２物体面
上に投影する投影装置の前記投影光学系の像面位置を検
出する方法で、前記投影光学系における検出像高の像面
位置と第２物体面との間隔に応じた信号を前記投影光学
系を介して光学的に検出する検出段階と、前記検出段階
により得た信号と前記投影光学系の像面彎曲特性とに基
づいて、前記第２物体面に対する前記検出像高と異なる
像高の像面位置を決定する段階とを有することを特徴と
する。
特に、前記投影装置が第１物体と第２物体とを一次元方
向に移動させ走査露光する投影露光装置であることを特
徴とする。
向に移動させ走査露光する投影露光装置であることを特
徴とする。
また、前記検出像高と、前記検出像高と異なる像高とが
走査方向に並んで位置することを特徴とする。
走査方向に並んで位置することを特徴とする。
［実施例］ 本発明の実施例を説明する前に実施例を適用する反射型
投影焼付装置の基本構造をまず説明する。第１図でPSは
反射型投影系で、基本型は対向配置された凹凸球面から
成り、凹凸凹と３回反射して等倍結像する。
投影焼付装置の基本構造をまず説明する。第１図でPSは
反射型投影系で、基本型は対向配置された凹凸球面から
成り、凹凸凹と３回反射して等倍結像する。
反射投影光学系は光軸OO′に関して軸対称な系で、像高
y0において収差補正されており、この良像域である半径
y0の輪帯状の領域が使用される。転写のための走査を容
易にする一法として、光路はそれぞれ平面鏡FM1，FM2で
折曲げられており、マスクMaの一点を発した光束は平面
鏡FM1で反射後、凹面鏡M1、絞作用の凸面鏡M2、再び凹
面鏡M1で反射し、平面鏡FM2で光路を曲げられてウエハ
Ｗ上の一点に収束する。
y0において収差補正されており、この良像域である半径
y0の輪帯状の領域が使用される。転写のための走査を容
易にする一法として、光路はそれぞれ平面鏡FM1，FM2で
折曲げられており、マスクMaの一点を発した光束は平面
鏡FM1で反射後、凹面鏡M1、絞作用の凸面鏡M2、再び凹
面鏡M1で反射し、平面鏡FM2で光路を曲げられてウエハ
Ｗ上の一点に収束する。
輪帯状の領域が求める高性能を満足するため、この領域
に含まれる円弧状の部分が投影に使用されることにな
る。第２図はウエハＷ上に投影された幅SWのアパーチャ
APを描いており、この様にウエハにはアパーチャAPで画
定されたマスクの部分像が形成されるので、実際にはマ
スクMaとウエハＷを一体に、白抜き矢印方向に走査して
マスクの全体像をウエハ上に転写する。マスクMaはアパ
ーチャAPに相当する照明系ISで照明され、この照明系は
紫外・遠紫外光源、コンデンサー、コリメーターなどで
構成される。ASはアライメント光学系で、マスクMaとウ
エハＷの整合度を検知する機能を持つが、詳細は省く。
に含まれる円弧状の部分が投影に使用されることにな
る。第２図はウエハＷ上に投影された幅SWのアパーチャ
APを描いており、この様にウエハにはアパーチャAPで画
定されたマスクの部分像が形成されるので、実際にはマ
スクMaとウエハＷを一体に、白抜き矢印方向に走査して
マスクの全体像をウエハ上に転写する。マスクMaはアパ
ーチャAPに相当する照明系ISで照明され、この照明系は
紫外・遠紫外光源、コンデンサー、コリメーターなどで
構成される。ASはアライメント光学系で、マスクMaとウ
エハＷの整合度を検知する機能を持つが、詳細は省く。
一般に光学系のサジタル像面Ｓとメリジオナル像面は光
軸を離れるとずれが大きくなるが、ここに採り上げた反
射投影光学系は軸外の特定像高（ｙ＝y0）でサジタル像
面とメリジオナル像面が一致するように設計されてい
る。この収差補正法については特開昭５２−５５４４号
に述べられている。
軸を離れるとずれが大きくなるが、ここに採り上げた反
射投影光学系は軸外の特定像高（ｙ＝y0）でサジタル像
面とメリジオナル像面が一致するように設計されてい
る。この収差補正法については特開昭５２−５５４４号
に述べられている。
そして像高（ｙ＝y0）付近ではサジタルとメリジオナル
の像面は第３図に描く様に傾いた直線を交差させた形態
になっている。Ｚは光軸方向。実際、焼付けを行う際
は、最良像高を含む上下１mm程度あるいはせいぜいその
２，３倍の帯域SWが使用される。但し、上述した様に光
学系が回転対称形であるため円弧となる。
の像面は第３図に描く様に傾いた直線を交差させた形態
になっている。Ｚは光軸方向。実際、焼付けを行う際
は、最良像高を含む上下１mm程度あるいはせいぜいその
２，３倍の帯域SWが使用される。但し、上述した様に光
学系が回転対称形であるため円弧となる。
以上を前提として、以下本発明の実施例を説明するが、
光学系の像面彎曲としてはメリジオナル像面を使用する
ものとして説明する。
光学系の像面彎曲としてはメリジオナル像面を使用する
ものとして説明する。
今、第６図の装置で、ウエハＷをマスク像が結像した面
に一致して配置したものと仮定した時、最良像高y0に対
し像高を上下に等量△ｙだけ振ったy1とy2の高さの位置
に当るウエハＷ上にパターンP1WとP2Wを設ける。この光
学系PSは等倍系なので、これらパターンの像はマスクMa
上でも同じ尺度で像高y1とy2の点P1とP2に結像する。こ
の様子を第３図に示す。
に一致して配置したものと仮定した時、最良像高y0に対
し像高を上下に等量△ｙだけ振ったy1とy2の高さの位置
に当るウエハＷ上にパターンP1WとP2Wを設ける。この光
学系PSは等倍系なので、これらパターンの像はマスクMa
上でも同じ尺度で像高y1とy2の点P1とP2に結像する。こ
の様子を第３図に示す。
第４図は投影するパターンの一例を示すが、メリジオナ
ル像面による像のボケが現われ易い様に、ｙ方向に幅ａ
（１μｍ程度）、ｘ方向に長さｂ（ｂ＞ａ）の矩形のパ
ターンを使用する。
ル像面による像のボケが現われ易い様に、ｙ方向に幅ａ
（１μｍ程度）、ｘ方向に長さｂ（ｂ＞ａ）の矩形のパ
ターンを使用する。
一方、受光側にはマスクMaの各々の結像位置P1，P2に同
一形状のスリットを設け、このスリットを通った光束を
受光素子で受光する。実際には、第６図に描く実施例の
様に顕微鏡対物L0と光路折曲げ鏡M0、リレーレンズLrに
関してマスクMaと光学的共役な位置にアパーチャＡを設
け、その背後に２つの受光域の出力を独立に検出できる
受光素子Ｄを設置して出力を比較器Ｃに導いている。図
では、顕微鏡対物L0以下の系を拡大して描いているが、
実際には不図示の照明系からの照明光を遮蔽することの
ない大きさにしている。尚、それぞれ独立した受光素子
を配しても良いことは勿論である。受光素子Ｄの受光域
からの出力の差を取ると合焦の程度やピントずれの方向
がわかるが、この事を第３図を使って説明する。
一形状のスリットを設け、このスリットを通った光束を
受光素子で受光する。実際には、第６図に描く実施例の
様に顕微鏡対物L0と光路折曲げ鏡M0、リレーレンズLrに
関してマスクMaと光学的共役な位置にアパーチャＡを設
け、その背後に２つの受光域の出力を独立に検出できる
受光素子Ｄを設置して出力を比較器Ｃに導いている。図
では、顕微鏡対物L0以下の系を拡大して描いているが、
実際には不図示の照明系からの照明光を遮蔽することの
ない大きさにしている。尚、それぞれ独立した受光素子
を配しても良いことは勿論である。受光素子Ｄの受光域
からの出力の差を取ると合焦の程度やピントずれの方向
がわかるが、この事を第３図を使って説明する。
メリジオナル像面を使用する場合のパターン（第４図）
を像高y1とy2に置いているが、これらの像高における最
良ピント位置はＡとＢで示される。ｙ座標が理想結像面
に一致し、Ｚ座標の(+)方向と(-)方向のどちらへ進んで
も像はボケルことになる。
を像高y1とy2に置いているが、これらの像高における最
良ピント位置はＡとＢで示される。ｙ座標が理想結像面
に一致し、Ｚ座標の(+)方向と(-)方向のどちらへ進んで
も像はボケルことになる。
受光素子はP1とP2の位置で測定するため、光軸方向のデ
フォーカス量（△Ｚ）の分だけボケたパターン像がそれ
ぞれ測定される。受光素子の前にはパターンと同形状の
スリットが配されているのでそれぞれ第５図(A)に斜線
部で示す光量が受光される。この場合、両受光域の出力
の差はデフォーカス量が等しい（P1A＝P2B）ので０であ
る。
フォーカス量（△Ｚ）の分だけボケたパターン像がそれ
ぞれ測定される。受光素子の前にはパターンと同形状の
スリットが配されているのでそれぞれ第５図(A)に斜線
部で示す光量が受光される。この場合、両受光域の出力
の差はデフォーカス量が等しい（P1A＝P2B）ので０であ
る。
次にウエハが焦点ずれを起した時を考える。第６図は焦
点ずれを起した状態も描いている。この場合、ウエハ上
の、像高y1，y2に設けた点P1W，P2Wのピント面はメリジ
オナル像面がＭからＭ′へとずれるから（サジタル像面
はＳ→Ｓ′）、P1とP2に置かれた受光素子の出力はこの
場合のデフォーカス量（各々△Z1，△Z2）に対応して変
化する。従って、点P1での出力はデフォーカス量が増加
するため（△Z1＞△Ｚ）、第５図(B)の様に低下し、逆
に点P2での出力はデフォーカス量が減少するため（△Z2
＜△Ｚ）上昇する。このため両出力の差を取れば、デフ
ォーカスの程度と方向を検知できる。
点ずれを起した状態も描いている。この場合、ウエハ上
の、像高y1，y2に設けた点P1W，P2Wのピント面はメリジ
オナル像面がＭからＭ′へとずれるから（サジタル像面
はＳ→Ｓ′）、P1とP2に置かれた受光素子の出力はこの
場合のデフォーカス量（各々△Z1，△Z2）に対応して変
化する。従って、点P1での出力はデフォーカス量が増加
するため（△Z1＞△Ｚ）、第５図(B)の様に低下し、逆
に点P2での出力はデフォーカス量が減少するため（△Z2
＜△Ｚ）上昇する。このため両出力の差を取れば、デフ
ォーカスの程度と方向を検知できる。
第７図はスリットを通過した光束を受光する受光素子の
受光量とデフォーカスとの関係を示す図で、デフォーカ
ス量０の時の出力を１．０に正規化している。但し、図
中の数値は光学系のFe＝３．５、λ＝６３３ｎｍ、投影
パターンおよび受光スリットの幅を2.2μｍとした時の
値である。第７図の符号は第３図の符号に対応させてお
り、感度を上げる為には、つり鐘状の曲線の変曲点の位
置Ａ，Ｂに２つの受光素子を配置すればよい。その位置
（像高）は像面の傾き（tanθ）がわかっているので から容易に求められる。
受光量とデフォーカスとの関係を示す図で、デフォーカ
ス量０の時の出力を１．０に正規化している。但し、図
中の数値は光学系のFe＝３．５、λ＝６３３ｎｍ、投影
パターンおよび受光スリットの幅を2.2μｍとした時の
値である。第７図の符号は第３図の符号に対応させてお
り、感度を上げる為には、つり鐘状の曲線の変曲点の位
置Ａ，Ｂに２つの受光素子を配置すればよい。その位置
（像高）は像面の傾き（tanθ）がわかっているので から容易に求められる。
第８図は１対の受光素子間の出力差と、ウエハのデフォ
ーカスとの関係を示す図であり、本方式のデフォーカス
検出感度曲線である。
ーカスとの関係を示す図であり、本方式のデフォーカス
検出感度曲線である。
以上の例は、ウエハに予め検知用のパターンを設けてお
く場合の装置であるが、装置側にパターン投影系を設け
ても良く、第９図はその場合の実施例である。
く場合の装置であるが、装置側にパターン投影系を設け
ても良く、第９図はその場合の実施例である。
つまり、検出光学系DSの内部において、ランプLAから発
した光束はコンデンサーレンズLcでマスクAFMの位置に
集光される。マスクAFMには検出様マークが設けてあ
り、これが照明されて光束が進んでいく。光束はビーム
スプリッターBS0、リレーレンズLR、ミラーM0、そして
顕微鏡対物L0により、マスク下面P1，P2に結像し、投影
系PS内にはいっていく。
した光束はコンデンサーレンズLcでマスクAFMの位置に
集光される。マスクAFMには検出様マークが設けてあ
り、これが照明されて光束が進んでいく。光束はビーム
スプリッターBS0、リレーレンズLR、ミラーM0、そして
顕微鏡対物L0により、マスク下面P1，P2に結像し、投影
系PS内にはいっていく。
この方法をとると、焦点ボケの検出感度は２倍に上が
る。なぜなら、検出光学系内に設けた検出パターンAFM
の像は一旦マスクに結像したあと、投影系を通ってウエ
ハー上に結像するがこの時、ウエハーがデフォーカスし
ていると、ウエハーが鏡面の作用をして、実際のウエハ
ーのボケ量ｄの２倍ボケた位置２ｄにパターンの虚像を
つくる。その為、戻り光の結像点も検出位置Ｄで２倍ず
れるからである。
る。なぜなら、検出光学系内に設けた検出パターンAFM
の像は一旦マスクに結像したあと、投影系を通ってウエ
ハー上に結像するがこの時、ウエハーがデフォーカスし
ていると、ウエハーが鏡面の作用をして、実際のウエハ
ーのボケ量ｄの２倍ボケた位置２ｄにパターンの虚像を
つくる。その為、戻り光の結像点も検出位置Ｄで２倍ず
れるからである。
上に述べた実施例は出力のアンバランスから、第８図の
感度曲線に従ってデフォーカス量を求めていたが、ゼロ
メソッドを実施することもできる。第１０図でその方法
を説明するが、図中の符号は前述した、例えば第３図と
同等である。
感度曲線に従ってデフォーカス量を求めていたが、ゼロ
メソッドを実施することもできる。第１０図でその方法
を説明するが、図中の符号は前述した、例えば第３図と
同等である。
最初にP1，P2に受光素子がおかれている。ウエハーがベ
ストピントからデフォーカスするとサジタル、メリジオ
ナル線のピント面が各々Ｓ→Ｓ′、Ｍ→Ｍ′へと移動す
る為、両受光素子間に出力差が生じる（△Z1，△Z2に対
応している）。いま、一対の受光素子をP1，P2の位置か
ら各々P1′，P2′の位置へ移動させる。但し、受光素子
間の像高差は一定２△ｙに保っている。P1′，P2′では
両受光素子とメリジオナル像面Ｍ′のベストピント面と
のデフォーカス量が等しい（＝△Ｚ）為P1′＝Ａ″，
P2′＝Ｂ″、差動出力は０である。ウエハーのデフォー
カス量（δ＝△Z1−△Ｚ＝△Ｚ−△Z2）は受光素子の像
高方向への移動量（△Ｓ）を知れば、 δ＝△Ｓ×tanθ……(1) （但し、tanθは像面の傾き角である。） この(1)式に従って簡単に計算できる。
ストピントからデフォーカスするとサジタル、メリジオ
ナル線のピント面が各々Ｓ→Ｓ′、Ｍ→Ｍ′へと移動す
る為、両受光素子間に出力差が生じる（△Z1，△Z2に対
応している）。いま、一対の受光素子をP1，P2の位置か
ら各々P1′，P2′の位置へ移動させる。但し、受光素子
間の像高差は一定２△ｙに保っている。P1′，P2′では
両受光素子とメリジオナル像面Ｍ′のベストピント面と
のデフォーカス量が等しい（＝△Ｚ）為P1′＝Ａ″，
P2′＝Ｂ″、差動出力は０である。ウエハーのデフォー
カス量（δ＝△Z1−△Ｚ＝△Ｚ−△Z2）は受光素子の像
高方向への移動量（△Ｓ）を知れば、 δ＝△Ｓ×tanθ……(1) （但し、tanθは像面の傾き角である。） この(1)式に従って簡単に計算できる。
これを実現するためには、第６図に示す実施例であれ
ば、アパーチャＡと受光素子Ｄをリレーレンズの光軸Ｘ
と垂直な面内で上下方向に移動するか、受光素子Ｄの受
光域に余裕があればアパーチャＡのみ移動しても良い。
移動の駆動機構ATはねじ送り機構と縮小機構を組合せた
ものでも良いし、圧電素子の積層体へ電圧を加えその伸
縮を利用してこれに結合されたアパーチャを移動しても
良い。また第９図の実施例でも同様にアパーチャＡと受
光素子Ｄを出力差がゼロになるまで移動すれば良い。
ば、アパーチャＡと受光素子Ｄをリレーレンズの光軸Ｘ
と垂直な面内で上下方向に移動するか、受光素子Ｄの受
光域に余裕があればアパーチャＡのみ移動しても良い。
移動の駆動機構ATはねじ送り機構と縮小機構を組合せた
ものでも良いし、圧電素子の積層体へ電圧を加えその伸
縮を利用してこれに結合されたアパーチャを移動しても
良い。また第９図の実施例でも同様にアパーチャＡと受
光素子Ｄを出力差がゼロになるまで移動すれば良い。
以上のゼロメソッドは幾つかの利点があり、その１はゼ
ロメソッド自体の特質である高精度である。第２は像面
の傾き角さえ知っていれば、受光素子の移動量から、ウ
エハーのデフォーカス量は容易に逆算できる点である。
感度曲線を覚えておく必要はない。その為、装置の変
動、検出光学系の設置誤差に対し非常に安定な検出を行
なえる。第３の利点はアパーチャと受光素子の位置設定
精度が緩くて良いことである。これは、サジタルおよび
メリジオナルの像面特性が立っている為に、微小のデフ
ォーカス量を検出するのに、受光素子を像高方向に大き
くふらなければならないからである。ちなみに、主とし
て凹凸の２枚鏡から構成されるミラー投影光学系の場
合、デフォーカス１μｍを検出するのに、受光素子を焼
く１００μｍ移動する事が必要である。この精度を達成
する事は容易である。
ロメソッド自体の特質である高精度である。第２は像面
の傾き角さえ知っていれば、受光素子の移動量から、ウ
エハーのデフォーカス量は容易に逆算できる点である。
感度曲線を覚えておく必要はない。その為、装置の変
動、検出光学系の設置誤差に対し非常に安定な検出を行
なえる。第３の利点はアパーチャと受光素子の位置設定
精度が緩くて良いことである。これは、サジタルおよび
メリジオナルの像面特性が立っている為に、微小のデフ
ォーカス量を検出するのに、受光素子を像高方向に大き
くふらなければならないからである。ちなみに、主とし
て凹凸の２枚鏡から構成されるミラー投影光学系の場
合、デフォーカス１μｍを検出するのに、受光素子を焼
く１００μｍ移動する事が必要である。この精度を達成
する事は容易である。
上の例はゼロメソッドを実現するために受光素子を機械
的に移動する例を上で説明したが、CCDのような光電的
位置検出素子の出力の工夫で代用させる方式が考えられ
る。つまり、第12図に示すように、像高y1とy2に各々中
心をもつような光電的位置検出素子Q1とQ2を設ける。こ
の一対の光電素子上において、電気的なマスクをかける
事により、受光量の積分領域R1とR2（前記矩形状のメリ
ジオナルパターン）をまず固定する。
的に移動する例を上で説明したが、CCDのような光電的
位置検出素子の出力の工夫で代用させる方式が考えられ
る。つまり、第12図に示すように、像高y1とy2に各々中
心をもつような光電的位置検出素子Q1とQ2を設ける。こ
の一対の光電素子上において、電気的なマスクをかける
事により、受光量の積分領域R1とR2（前記矩形状のメリ
ジオナルパターン）をまず固定する。
次いで、ウエハーのデフォーカス時には、上で述べた原
理に従い、両受光素子間の出力差を０とする様に、両素
子上の光量積分領域を、その形状と像高差を保って移動
させていく。その結果R1→R1′に、R2→R2′に各々移
る。その移動量（△Ｓ）を電気的に求めると、前記(1)
式よりウエハーのデフォーカス量がわかる。
理に従い、両受光素子間の出力差を０とする様に、両素
子上の光量積分領域を、その形状と像高差を保って移動
させていく。その結果R1→R1′に、R2→R2′に各々移
る。その移動量（△Ｓ）を電気的に求めると、前記(1)
式よりウエハーのデフォーカス量がわかる。
次の実施例は検知開口の変形に関係する。これは第６図
や第９図で使用したアパーチャＡが第４図とパターンと
同一形状の開口（スリット）を具えていたのに対し、同
一形状のマスクを使ってパターン像を遮蔽してしまう点
に特徴を持つ。この様にすれば第１１図(A)(B)の斜線で
示す周辺部の光束を受光することになり、あまり変動を
受けない部分の光量を遮蔽しているので検出感度の向上
が期待できる。但し、この例では検出曲線は第７図に比
較して反転し、第１５図の様になる。
や第９図で使用したアパーチャＡが第４図とパターンと
同一形状の開口（スリット）を具えていたのに対し、同
一形状のマスクを使ってパターン像を遮蔽してしまう点
に特徴を持つ。この様にすれば第１１図(A)(B)の斜線で
示す周辺部の光束を受光することになり、あまり変動を
受けない部分の光量を遮蔽しているので検出感度の向上
が期待できる。但し、この例では検出曲線は第７図に比
較して反転し、第１５図の様になる。
第１３図(A)は複数位置で検知をする場合の配置例で、
既述の例では被検体の１箇所で検知するものとして説明
してきたのに対し、本例ではP1P2，P1′P2′，P1″P2″
の３箇所で測定している。即ちAPで示される弧はメリデ
ィオナル像面が理想像面と交差する位置（光学系が回転
対称であるから弧状となる）で、この位置を挾んでパタ
ーンを設け又はこの位置へパターンを投影する。P1P2か
らのP1′P2′の出力、P1″P2″の出力は平均されてデフ
ォーカス量が算出され、第６図と第９図のウエハＷを算
出値に基づいて不図示の調整機構で上下方向に移動しフ
ォーカスを達成する。なお、ウエハの替りにマスクを移
動しても良いし、可能ならば光学系を動かしても良い。
既述の例では被検体の１箇所で検知するものとして説明
してきたのに対し、本例ではP1P2，P1′P2′，P1″P2″
の３箇所で測定している。即ちAPで示される弧はメリデ
ィオナル像面が理想像面と交差する位置（光学系が回転
対称であるから弧状となる）で、この位置を挾んでパタ
ーンを設け又はこの位置へパターンを投影する。P1P2か
らのP1′P2′の出力、P1″P2″の出力は平均されてデフ
ォーカス量が算出され、第６図と第９図のウエハＷを算
出値に基づいて不図示の調整機構で上下方向に移動しフ
ォーカスを達成する。なお、ウエハの替りにマスクを移
動しても良いし、可能ならば光学系を動かしても良い。
次の実施例は、収差の補正された最良像高（ｙ＝y0）か
ら点P1,P2ともに低い像高（又は高い像高）に検知位置
を設定する方法（第１４図）である。像面の傾き角（ta
nθ）がわかっていれば、作用的には最良像高を挾んで
Ｐ１Ｐ２を配置する場合と同一である。これは第６図あ
るいは第９図の構成で、アパーチャＡと受光素子Ｄの組
をメリジオナル像面に対応させて上方又は下方に移動す
ると共に前又は後方にずらして配置することにより達成
される。この構成を第１３図(B)の様な配置で使用する
こともできる。P1P2，P1′P2′，P1″P2″はそれぞれパ
ターン投影される位置である。
ら点P1,P2ともに低い像高（又は高い像高）に検知位置
を設定する方法（第１４図）である。像面の傾き角（ta
nθ）がわかっていれば、作用的には最良像高を挾んで
Ｐ１Ｐ２を配置する場合と同一である。これは第６図あ
るいは第９図の構成で、アパーチャＡと受光素子Ｄの組
をメリジオナル像面に対応させて上方又は下方に移動す
ると共に前又は後方にずらして配置することにより達成
される。この構成を第１３図(B)の様な配置で使用する
こともできる。P1P2，P1′P2′，P1″P2″はそれぞれパ
ターン投影される位置である。
この方法によると、スリットがウエハ上を移動していく
時、ウエハ上の各点が焼かれる直前に、そのピントずれ
を検出できる。ウエハの走査速度および焼き像高と検出
する像高の差（△yd）とがわかっていれば、ウエハ上の
各点が丁度、焼き位置にきた時、ピントずれを補正する
事は容易である。又、複数対の検出点を設ける事によっ
て、各検出点でのピントずれの平均値を求められる。こ
うすれば、ウエハの走査中、常に連続的に円弧上の焼き
部全体にわたって、ピントを合わせられるという利点が
ある。
時、ウエハ上の各点が焼かれる直前に、そのピントずれ
を検出できる。ウエハの走査速度および焼き像高と検出
する像高の差（△yd）とがわかっていれば、ウエハ上の
各点が丁度、焼き位置にきた時、ピントずれを補正する
事は容易である。又、複数対の検出点を設ける事によっ
て、各検出点でのピントずれの平均値を求められる。こ
うすれば、ウエハの走査中、常に連続的に円弧上の焼き
部全体にわたって、ピントを合わせられるという利点が
ある。
［発明の効果］ 被検体と投影光学系の像面との間隔に応じた信号及び、
投影光学系の像面彎曲特性とから、被検体に対する、特
に使用領域に対する像面位置を、例えその像面位置を直
接検出する手段が構造的に配置できない場合でも、検出
する事を可能にしている。
投影光学系の像面彎曲特性とから、被検体に対する、特
に使用領域に対する像面位置を、例えその像面位置を直
接検出する手段が構造的に配置できない場合でも、検出
する事を可能にしている。
また実施例で説明した様にミラーのみで構成された反射
系では色収差がないので、焦点検知光の波長のために投
影光学系の設計に制約を受ける難点も発生しない。
系では色収差がないので、焦点検知光の波長のために投
影光学系の設計に制約を受ける難点も発生しない。
第１図は従来例を示す光学断面図、第２図はウエハ位置
の平面図、第３図は非点収差の要部を示す図、第４図は
検知用パターンの平面図、第５図は受光素子の受光量を
説明するための図、第６図は本発明の実施例を示す光学
断面図、第７図は受光量とデフォーカスとの関連図、第
８図は差動出力とデフォーカスの関連図、第９図は別実
施例を示す光学断面図、第１０図は非点収差の要部を示
す図、第１１図は受光素子の受光量を説明するための
図、第１２図は光学的位置検出素子を使用した例の説明
図、第１３図は検出位置の配置例を示す図、第１４図は
非点収差の要部を示す図、第１５図は受光量とデフォー
カス量の関連図。 図中、 Ma……マスク Ｗ……ウエハ PS……反射型投影系 M1……凹面鏡 M2……凸面鏡 Ｍ……メリジオナル像面 Ｓ……サジタル像面 L0……顕微鏡対物レンズ Lr……リレーレンズ Ａ……アパーチャ Ｄ……受光素子 AFM……検知用パターンを有するマスク LA……照明光源 である。
の平面図、第３図は非点収差の要部を示す図、第４図は
検知用パターンの平面図、第５図は受光素子の受光量を
説明するための図、第６図は本発明の実施例を示す光学
断面図、第７図は受光量とデフォーカスとの関連図、第
８図は差動出力とデフォーカスの関連図、第９図は別実
施例を示す光学断面図、第１０図は非点収差の要部を示
す図、第１１図は受光素子の受光量を説明するための
図、第１２図は光学的位置検出素子を使用した例の説明
図、第１３図は検出位置の配置例を示す図、第１４図は
非点収差の要部を示す図、第１５図は受光量とデフォー
カス量の関連図。 図中、 Ma……マスク Ｗ……ウエハ PS……反射型投影系 M1……凹面鏡 M2……凸面鏡 Ｍ……メリジオナル像面 Ｓ……サジタル像面 L0……顕微鏡対物レンズ Lr……リレーレンズ Ａ……アパーチャ Ｄ……受光素子 AFM……検知用パターンを有するマスク LA……照明光源 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３１１ Ｎ
Claims (3)
- 【請求項１】第１物体面上のパターンを投影光学系を介
し第２物体面上に投影する投影装置の第２物体面に対す
る前記影光学系の像面位置を検出する方法において、 前記投影光学系における検出像高の像面位置と第２物体
面との間隔に応じた信号を前記投影光学系を介して光学
的に検出する検出段階と； 前記検出段階により得た信号と前記投影光学系の像面彎
曲特性とに基づいて、前記第２物体面に対する前記検出
像高と異なる像高の像面位置を決定する段階とを有する
ことを特徴とする面位置検出方法。 - 【請求項２】前記投影装置が第１物体と第２物体とを一
次元方向に移動させ走査露光する投影露光装置であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の面位置検出
方法。 - 【請求項３】前記検出像高と、前記検出像高と異なる像
高とが走査方向に並んで位置することを特徴とする特許
請求の範囲第２項記載の面位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59176462A JPH068926B2 (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | 面位置検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59176462A JPH068926B2 (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | 面位置検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6153615A JPS6153615A (ja) | 1986-03-17 |
| JPH068926B2 true JPH068926B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=16014113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59176462A Expired - Lifetime JPH068926B2 (ja) | 1984-08-24 | 1984-08-24 | 面位置検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH068926B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2506616B2 (ja) * | 1986-07-02 | 1996-06-12 | キヤノン株式会社 | 露光装置及びそれを用いた回路の製造方法 |
| JP6661371B2 (ja) * | 2015-12-25 | 2020-03-11 | キヤノン株式会社 | 評価方法、露光方法、および物品の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57189106A (en) * | 1981-05-18 | 1982-11-20 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Focus detector |
| JPS5994032A (ja) * | 1982-11-22 | 1984-05-30 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 投影露光装置 |
| JPS59101610A (ja) * | 1982-12-01 | 1984-06-12 | Takeomi Suzuki | 合焦検出装置 |
-
1984
- 1984-08-24 JP JP59176462A patent/JPH068926B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6153615A (ja) | 1986-03-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |