JPH0697038A - 投影露光装置 - Google Patents
投影露光装置Info
- Publication number
- JPH0697038A JPH0697038A JP4243037A JP24303792A JPH0697038A JP H0697038 A JPH0697038 A JP H0697038A JP 4243037 A JP4243037 A JP 4243037A JP 24303792 A JP24303792 A JP 24303792A JP H0697038 A JPH0697038 A JP H0697038A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- projection optical
- pattern
- light
- reference pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速、高精度に投影光学系の焦点位置を計測
可能とする。 【構成】 パターン板1の表面に、レジスト層10とほ
ぼ同一の屈折率を有し、かつレジスト層10の膜厚のほ
ぼ半分の厚さの透明膜2を形成するとともに、パターン
板1の下面より露光光ILを基準パターン1Aに照射す
る。光電検出器5は、基準パターン1A、及び透明膜2
を透過して投影光学系PLを介してレチクルRのパター
ン面に照射され、ここで反射されて投影光学系PL、及
び基準パターン1Aを介して戻された光束を受光する。
主制御系MCは、パターン板1と投影光学系PLの結像
面とを光軸方向に相対移動させたとき、光電検出器5か
ら出力される検出信号S1に基づいて投影光学系PLの
焦点位置を検出する。
可能とする。 【構成】 パターン板1の表面に、レジスト層10とほ
ぼ同一の屈折率を有し、かつレジスト層10の膜厚のほ
ぼ半分の厚さの透明膜2を形成するとともに、パターン
板1の下面より露光光ILを基準パターン1Aに照射す
る。光電検出器5は、基準パターン1A、及び透明膜2
を透過して投影光学系PLを介してレチクルRのパター
ン面に照射され、ここで反射されて投影光学系PL、及
び基準パターン1Aを介して戻された光束を受光する。
主制御系MCは、パターン板1と投影光学系PLの結像
面とを光軸方向に相対移動させたとき、光電検出器5か
ら出力される検出信号S1に基づいて投影光学系PLの
焦点位置を検出する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、液
晶表示素子、あるいは薄膜磁気ヘッド等の微細パターン
の形成に使用される投影露光装置に関するものである。
晶表示素子、あるいは薄膜磁気ヘッド等の微細パターン
の形成に使用される投影露光装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、あるいは薄
膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィ技術を用いて製造
する際には、マスク、またはレチクルのパターンを投影
光学系を介して表面に感光剤(フォトレジスト)が塗布
された基板(半導体ウエハ、ガラスプレート)上に転写
する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光
装置では、転写すべき回路パターンが微細化されるのに
応じて投影光学系の開口数は大きくなり、焦点深度はよ
り浅くなっている。そこで、ウエハ面(レジスト表面)
を焦点深度の範囲内で投影光学系の最良結像面(焦点位
置)に合わせ込む焦点合わせ機構(オートフォーカス機
構)についてもより高精度化することが求められてい
る。
膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィ技術を用いて製造
する際には、マスク、またはレチクルのパターンを投影
光学系を介して表面に感光剤(フォトレジスト)が塗布
された基板(半導体ウエハ、ガラスプレート)上に転写
する投影露光装置が使用されている。この種の投影露光
装置では、転写すべき回路パターンが微細化されるのに
応じて投影光学系の開口数は大きくなり、焦点深度はよ
り浅くなっている。そこで、ウエハ面(レジスト表面)
を焦点深度の範囲内で投影光学系の最良結像面(焦点位
置)に合わせ込む焦点合わせ機構(オートフォーカス機
構)についてもより高精度化することが求められてい
る。
【0003】従来、この種の焦点合わせ機構としては、
例えば特開昭60−168112号公報に開示されてい
るように、ウエハ上のショット領域(例えばその中央
部)に、投影光学系の光軸に対して斜め方向からスリッ
トパターンの像を投影する照射光学系と、このスリット
パターンの像を光量分布の重心位置が検出できる光電セ
ンサーの受光面に再結像する受光光学系とからなる斜入
射光方式の焦点位置検出光学系(AFセンサー)を備え
たものが知られている。この機構によれば、ウエハが投
影光学系の光軸方向に移動すると、そのスリットパター
ンの再結像された像の位置も変化することから、ウエハ
と投影光学系との距離(間隔)を計測することができ
る。そして、常に投影光学系とウエハとの距離が一定に
なるように制御することによりオートフォーカスが動作
していた。
例えば特開昭60−168112号公報に開示されてい
るように、ウエハ上のショット領域(例えばその中央
部)に、投影光学系の光軸に対して斜め方向からスリッ
トパターンの像を投影する照射光学系と、このスリット
パターンの像を光量分布の重心位置が検出できる光電セ
ンサーの受光面に再結像する受光光学系とからなる斜入
射光方式の焦点位置検出光学系(AFセンサー)を備え
たものが知られている。この機構によれば、ウエハが投
影光学系の光軸方向に移動すると、そのスリットパター
ンの再結像された像の位置も変化することから、ウエハ
と投影光学系との距離(間隔)を計測することができ
る。そして、常に投影光学系とウエハとの距離が一定に
なるように制御することによりオートフォーカスが動作
していた。
【0004】ところが、投影光学系の焦点位置は大気圧
変化、あるいは露光光吸収による投影光学系の温度上昇
等により常に変化しており一定ではない。このため従来
では、例えば特開昭60−78454号公報に開示され
ているように、大気圧変化、露光光の吸収量(蓄積エネ
ルギー量)等に応じて、AFセンサーの計測値に対して
刻々と対応するオフセットを加算して焦点位置変化に追
従する方法が提案され実用化されている。しかしながら
この方法も、直接焦点位置を検出しているのではなく、
焦点位置変化の原因を測定して間接的に補正をしている
のに過ぎず、予想外の原因による焦点位置変化(例えば
衝撃、オペレートミス等)あるいは装置の長期的な変化
(例えば応力の開放、化学物質の経年変化等)には追従
できず完全なものとは言いがたい。
変化、あるいは露光光吸収による投影光学系の温度上昇
等により常に変化しており一定ではない。このため従来
では、例えば特開昭60−78454号公報に開示され
ているように、大気圧変化、露光光の吸収量(蓄積エネ
ルギー量)等に応じて、AFセンサーの計測値に対して
刻々と対応するオフセットを加算して焦点位置変化に追
従する方法が提案され実用化されている。しかしながら
この方法も、直接焦点位置を検出しているのではなく、
焦点位置変化の原因を測定して間接的に補正をしている
のに過ぎず、予想外の原因による焦点位置変化(例えば
衝撃、オペレートミス等)あるいは装置の長期的な変化
(例えば応力の開放、化学物質の経年変化等)には追従
できず完全なものとは言いがたい。
【0005】また、投影光学系の焦点位置を直接的に測
定する方法としては、例えばウエハの投影光学系からの
距離を微妙に変化させてパターンをテスト的に露光して
現像し、顕微鏡で観察して像のコントラストが最大の位
置を求める方法があるが、時間と労力がかかり頻繁に実
施できるものではない。このため、この種の装置におい
ては、露光及び現象という過程を経ずに直接に投影パタ
ーン像を光電検出して投影光学系の焦点位置の変化を検
出し、上述の間接的に計測した投影光学系とウエハとの
距離の補正を行う方法が種々提案されている。
定する方法としては、例えばウエハの投影光学系からの
距離を微妙に変化させてパターンをテスト的に露光して
現像し、顕微鏡で観察して像のコントラストが最大の位
置を求める方法があるが、時間と労力がかかり頻繁に実
施できるものではない。このため、この種の装置におい
ては、露光及び現象という過程を経ずに直接に投影パタ
ーン像を光電検出して投影光学系の焦点位置の変化を検
出し、上述の間接的に計測した投影光学系とウエハとの
距離の補正を行う方法が種々提案されている。
【0006】直接的に焦点位置の変化を検出する方法
(TTL方式)としては、例えばウエハに隣接して設け
た基準パターンの像を投影光学系を介して光電センサー
で受光してその受光量が最大になる位置を検出する方
法、あるいはレチクルの上方からこのレチクルのパター
ンを照明し、その照明光のウエハからの反射光をレチク
ルのパターンを介して受光し、この受光量が最大になる
位置を検出する方法がある。また、逆にウエハ側に設け
た基準パターンを照明し、その照明光のレチクルからの
反射光を基準パターンを介して光電センサーで受光し、
その受光量が最大になる位置を検出する方法、あるいは
所定のパターンからの光束を2分割して各々の光束でパ
ターンの位置計測を行ってそのずれ量より焦点位置を検
出する方法等も知られている。
(TTL方式)としては、例えばウエハに隣接して設け
た基準パターンの像を投影光学系を介して光電センサー
で受光してその受光量が最大になる位置を検出する方
法、あるいはレチクルの上方からこのレチクルのパター
ンを照明し、その照明光のウエハからの反射光をレチク
ルのパターンを介して受光し、この受光量が最大になる
位置を検出する方法がある。また、逆にウエハ側に設け
た基準パターンを照明し、その照明光のレチクルからの
反射光を基準パターンを介して光電センサーで受光し、
その受光量が最大になる位置を検出する方法、あるいは
所定のパターンからの光束を2分割して各々の光束でパ
ターンの位置計測を行ってそのずれ量より焦点位置を検
出する方法等も知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来技術における光電検出による焦点位置計測は、
空間的な光強度検出のもとでの焦点位置であり、露光光
の照射により感光剤(レジスト)が化学反応して形成す
る像の焦点位置とは微妙に異なる。レジストは基板(シ
リコン等)上に0.5〜1μm程度の厚さで塗布されて
おり、レジストが感光して形成される像のコントラスト
が最大となるのは、通常空間的な焦点位置がレジストの
膜厚のほぼ中央付近にあるときである。このとき、焦点
位置(レジストのほぼ中央付近)に達する光束はレジス
ト層の膜厚の約半分に相当する距離だけレジスト内部を
通過しているため、上記光電検出による焦点検出時とは
条件が異なる。つまり、レジストが平行平板として作用
するため、像の収差条件(特に球面収差)が異なること
になる。
如き従来技術における光電検出による焦点位置計測は、
空間的な光強度検出のもとでの焦点位置であり、露光光
の照射により感光剤(レジスト)が化学反応して形成す
る像の焦点位置とは微妙に異なる。レジストは基板(シ
リコン等)上に0.5〜1μm程度の厚さで塗布されて
おり、レジストが感光して形成される像のコントラスト
が最大となるのは、通常空間的な焦点位置がレジストの
膜厚のほぼ中央付近にあるときである。このとき、焦点
位置(レジストのほぼ中央付近)に達する光束はレジス
ト層の膜厚の約半分に相当する距離だけレジスト内部を
通過しているため、上記光電検出による焦点検出時とは
条件が異なる。つまり、レジストが平行平板として作用
するため、像の収差条件(特に球面収差)が異なること
になる。
【0008】上記の如き収差条件の差が常に一定であれ
ば、光電検出による焦点位置とレジスト像による焦点位
置との差は一定であり、両者の差のみを管理するように
すれば、使用上は何ら問題はない。しかしながら、投影
光学系の収差条件は大気圧変化、露光光吸収による温度
変化等に応じて変化し得るため、両者の差は常に一定に
はならないという問題が生じる。従来では両者の差が微
小であるため、実用上問題とはならなかったが、最近で
は回路パターンの微細化に伴う焦点深度の減少により無
視し得なくなってきている。
ば、光電検出による焦点位置とレジスト像による焦点位
置との差は一定であり、両者の差のみを管理するように
すれば、使用上は何ら問題はない。しかしながら、投影
光学系の収差条件は大気圧変化、露光光吸収による温度
変化等に応じて変化し得るため、両者の差は常に一定に
はならないという問題が生じる。従来では両者の差が微
小であるため、実用上問題とはならなかったが、最近で
は回路パターンの微細化に伴う焦点深度の減少により無
視し得なくなってきている。
【0009】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
であり、パターン露光時の実際の焦点位置を正確に計測
可能な投影露光装置を提供することを目的としている。
であり、パターン露光時の実際の焦点位置を正確に計測
可能な投影露光装置を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の投影
露光装置は、マスク(R)に形成されたパターンを、表
面に感光剤(10)が塗布された基板(W)上に結像投
影する投影光学系(PL)と、基板(W)を保持して投
影光学系(PL)の光軸(AX)と垂直な面内で2次元
移動可能な基板ステージ(WS)とを備え、基板ステー
ジ(WS)の一部に設けられ、感光剤(10)とほぼ同
一の屈折率を有し、かつ感光剤(10)の膜厚に対応し
た厚さの薄膜(2)がほぼ全面に形成された基準パター
ン(1A〜1D)と、基準パターン(1A〜1D)に照
明光(IL)を照射する照明手段(3、4)と、基準パ
ターン(1A〜1D)から発生して投影光学系(PL)
を通過した光束を受光する受光手段(3、4、5)と、
受光手段(3、4、5)から出力される検出信号に基づ
いて投影光学系(PL)の焦点位置を検出する焦点位置
検出手段(MC)とを設けることとした。
露光装置は、マスク(R)に形成されたパターンを、表
面に感光剤(10)が塗布された基板(W)上に結像投
影する投影光学系(PL)と、基板(W)を保持して投
影光学系(PL)の光軸(AX)と垂直な面内で2次元
移動可能な基板ステージ(WS)とを備え、基板ステー
ジ(WS)の一部に設けられ、感光剤(10)とほぼ同
一の屈折率を有し、かつ感光剤(10)の膜厚に対応し
た厚さの薄膜(2)がほぼ全面に形成された基準パター
ン(1A〜1D)と、基準パターン(1A〜1D)に照
明光(IL)を照射する照明手段(3、4)と、基準パ
ターン(1A〜1D)から発生して投影光学系(PL)
を通過した光束を受光する受光手段(3、4、5)と、
受光手段(3、4、5)から出力される検出信号に基づ
いて投影光学系(PL)の焦点位置を検出する焦点位置
検出手段(MC)とを設けることとした。
【0011】また、本発明による第2の投影露光装置
は、マスク(R)に形成されたパターンを、表面に感光
剤(10)が塗布された基板(W)上に結像投影する投
影光学系(PL)と、基板(W)を保持して投影光学系
(PL)の光軸(AX)と垂直な面内で2次元移動可能
な基板ステージ(WS)とを備え、基板ステージ(W
S)の一部に設けられ、感光剤(10)とほぼ同一の屈
折率を有し、かつ感光剤(10)の膜厚に対応した厚さ
の薄膜(2)が形成された基準部材(21)と、マスク
(R)の一部に形成された基準パターン(25X、25
Y)と、基準パターン(25X、25Y)に照明光(I
L)を照射する照明手段と、基準パターン(25X、2
5Y)から発生して投影光学系(PL)を介して基準部
材(21)に照射され、基準部材(21)を透過した光
束を受光する受光手段(22)と、受光手段(22)か
ら出力される検出信号に基づいて投影光学系(PL)の
焦点位置を検出する焦点位置検出手段(MC)とを設け
ることとした。
は、マスク(R)に形成されたパターンを、表面に感光
剤(10)が塗布された基板(W)上に結像投影する投
影光学系(PL)と、基板(W)を保持して投影光学系
(PL)の光軸(AX)と垂直な面内で2次元移動可能
な基板ステージ(WS)とを備え、基板ステージ(W
S)の一部に設けられ、感光剤(10)とほぼ同一の屈
折率を有し、かつ感光剤(10)の膜厚に対応した厚さ
の薄膜(2)が形成された基準部材(21)と、マスク
(R)の一部に形成された基準パターン(25X、25
Y)と、基準パターン(25X、25Y)に照明光(I
L)を照射する照明手段と、基準パターン(25X、2
5Y)から発生して投影光学系(PL)を介して基準部
材(21)に照射され、基準部材(21)を透過した光
束を受光する受光手段(22)と、受光手段(22)か
ら出力される検出信号に基づいて投影光学系(PL)の
焦点位置を検出する焦点位置検出手段(MC)とを設け
ることとした。
【0012】さらに本発明では、薄膜(2)を感光剤
(10)の膜厚のほぼ半分の厚さで形成することとし
た。
(10)の膜厚のほぼ半分の厚さで形成することとし
た。
【0013】
【作用】本発明では、基板ステージ上の基準パターン
(または基準部材)を用いて投影光学系の焦点位置を検
出するとき、感光剤が塗布された基板に対してマスクの
パターンを投影露光する場合とほぼ同一の条件で照明光
(露光用照明光とほぼ同一波長)が基準パターン(基準
部材)に入射するように、感光剤とほぼ同一の屈折率を
有し、かつ感光剤の膜厚に対応した厚さの薄膜を基準パ
ターン(基準部材)の表面に形成するようにした。この
ため、焦点位置検出時の収差条件が実際のパターン露光
時とほぼ同一となり、投影光学系の諸収差(特に球面収
差)が変化しても、本装置で検出される焦点位置と実際
のパターン露光時の焦点位置との差は一定、ないしはほ
ぼ零となる、すなわち常に精度良く投影光学系の焦点位
置を検出することが可能となる。
(または基準部材)を用いて投影光学系の焦点位置を検
出するとき、感光剤が塗布された基板に対してマスクの
パターンを投影露光する場合とほぼ同一の条件で照明光
(露光用照明光とほぼ同一波長)が基準パターン(基準
部材)に入射するように、感光剤とほぼ同一の屈折率を
有し、かつ感光剤の膜厚に対応した厚さの薄膜を基準パ
ターン(基準部材)の表面に形成するようにした。この
ため、焦点位置検出時の収差条件が実際のパターン露光
時とほぼ同一となり、投影光学系の諸収差(特に球面収
差)が変化しても、本装置で検出される焦点位置と実際
のパターン露光時の焦点位置との差は一定、ないしはほ
ぼ零となる、すなわち常に精度良く投影光学系の焦点位
置を検出することが可能となる。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例による
投影露光装置について説明する。前述の如く直接的に焦
点位置を検出する方式(TTL方式)は種々提案されて
おり、本発明の第1実施例ではこの中で最も実現性が高
い方式を採用した投影露光装置について述べる。図1
は、本実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す
図である。図1では照明光源、及びオプチカルインテグ
レータ(フライアイレンズ)、レチクルブラインド、コ
ンデンサーレンズ等を含み、光源からの照明光ILをほ
ぼ均一な照度でレチクルRに照射するための照明光学系
は省略している。照明光ILとしては、超高圧水銀ラン
プの輝線(i線等)、KrF、ArFエキシマレーザ、
あるいは金属蒸気レーザやYAGレーザの高調波等が使
用される。
投影露光装置について説明する。前述の如く直接的に焦
点位置を検出する方式(TTL方式)は種々提案されて
おり、本発明の第1実施例ではこの中で最も実現性が高
い方式を採用した投影露光装置について述べる。図1
は、本実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す
図である。図1では照明光源、及びオプチカルインテグ
レータ(フライアイレンズ)、レチクルブラインド、コ
ンデンサーレンズ等を含み、光源からの照明光ILをほ
ぼ均一な照度でレチクルRに照射するための照明光学系
は省略している。照明光ILとしては、超高圧水銀ラン
プの輝線(i線等)、KrF、ArFエキシマレーザ、
あるいは金属蒸気レーザやYAGレーザの高調波等が使
用される。
【0015】図1において、感光剤(レジスト)を感光
するような波長域の照明光ILは、レチクルステージR
Sに載置されたレチクルRをほぼ均一な照度で照明す
る。レチクルRのパターン領域PAを通過した照明光I
Lは両側テレセントリックな投影光学系PLに入射し、
投影光学系PLはレチクルRの回路パターンの投影像
を、表面にレジスト層10が形成され、かつその表面が
最良結像面にほぼ一致するように保持されたウエハW上
に結像投影する。但し、図1では説明の都合上、照明光
ILがウエハW上には結像していない。
するような波長域の照明光ILは、レチクルステージR
Sに載置されたレチクルRをほぼ均一な照度で照明す
る。レチクルRのパターン領域PAを通過した照明光I
Lは両側テレセントリックな投影光学系PLに入射し、
投影光学系PLはレチクルRの回路パターンの投影像
を、表面にレジスト層10が形成され、かつその表面が
最良結像面にほぼ一致するように保持されたウエハW上
に結像投影する。但し、図1では説明の都合上、照明光
ILがウエハW上には結像していない。
【0016】ウエハWはウエハステージWS上に保持さ
れ、ウエハステージWSは駆動系8により投影光学系P
Lの光軸AX方向(Z方向)に微動可動であるととも
に、ステップアンドリピート方式で投影光学系PLの光
軸AXと垂直な面(XY平面)内で2次元移動可能に構
成されている。ウエハW上の1つのショット領域に対す
るレチクルRのパターンの転写露光が終了すると、ウエ
ハステージWSによりウエハWの次のショット領域まで
ステッピングされる。ウエハステージWSはその端部に
レーザ干渉計9からのレーザビームを反射する移動鏡1
1が設けられており、その位置は干渉計9によって、例
えば0.01μm程度の分解能で常時検出される。尚、
ウエハステージWSの詳細な構成等については、例えば
特開昭62−274201号公報に開示されている。
れ、ウエハステージWSは駆動系8により投影光学系P
Lの光軸AX方向(Z方向)に微動可動であるととも
に、ステップアンドリピート方式で投影光学系PLの光
軸AXと垂直な面(XY平面)内で2次元移動可能に構
成されている。ウエハW上の1つのショット領域に対す
るレチクルRのパターンの転写露光が終了すると、ウエ
ハステージWSによりウエハWの次のショット領域まで
ステッピングされる。ウエハステージWSはその端部に
レーザ干渉計9からのレーザビームを反射する移動鏡1
1が設けられており、その位置は干渉計9によって、例
えば0.01μm程度の分解能で常時検出される。尚、
ウエハステージWSの詳細な構成等については、例えば
特開昭62−274201号公報に開示されている。
【0017】また、ウエハステージWS上には表面に基
準パターンが形成されたパターン板(石英等のガラス基
板)1も配置されている。図2に示すように、パターン
板1の表面にはX、Y方向に周期性を有する基準パター
ン(マルチパターン)1Aが形成されており、このパタ
ーンは振幅型回折格子、すなわちパターン板1にクロム
等の遮光層で形成された2次元のラインアンドスペース
パターン(デューティは1:1)である。ここで、図2
の如きマルチパターンを基準パターンとして用いるの
は、レチクルR上のパターン(周期性)の影響を低減す
るため、及び非点収差の影響を低減するためである。
準パターンが形成されたパターン板(石英等のガラス基
板)1も配置されている。図2に示すように、パターン
板1の表面にはX、Y方向に周期性を有する基準パター
ン(マルチパターン)1Aが形成されており、このパタ
ーンは振幅型回折格子、すなわちパターン板1にクロム
等の遮光層で形成された2次元のラインアンドスペース
パターン(デューティは1:1)である。ここで、図2
の如きマルチパターンを基準パターンとして用いるの
は、レチクルR上のパターン(周期性)の影響を低減す
るため、及び非点収差の影響を低減するためである。
【0018】さらに、パターン板1の表面には基準パタ
ーン1Aを覆うように、レジスト層10とほぼ同一の屈
折率を有し、かつレジスト層10の膜厚のほぼ半分の厚
さの透明薄膜2がほぼ全面に形成されている。薄膜2と
しては、レジストそのものを用いても良いが、例えばS
OG等を用いても良く、要は透明な膜であれば何でも良
い。尚、パターン板1はその表面(薄膜2の表面)が投
影光学系PLの光軸方向に関してウエハWの表面(レジ
スト層10の表面)とほぼ同じ高さとなるように設けら
れている。また、パターン板1上の基準パターン1Aは
位相型回折格子であっても良い。
ーン1Aを覆うように、レジスト層10とほぼ同一の屈
折率を有し、かつレジスト層10の膜厚のほぼ半分の厚
さの透明薄膜2がほぼ全面に形成されている。薄膜2と
しては、レジストそのものを用いても良いが、例えばS
OG等を用いても良く、要は透明な膜であれば何でも良
い。尚、パターン板1はその表面(薄膜2の表面)が投
影光学系PLの光軸方向に関してウエハWの表面(レジ
スト層10の表面)とほぼ同じ高さとなるように設けら
れている。また、パターン板1上の基準パターン1Aは
位相型回折格子であっても良い。
【0019】さて、図1中にはウエハWやパターン板1
の投影光学系PLの光軸方向(Z方向)の位置を検出す
るための斜入射光方式の焦点位置検出系(AFセンサ
ー)6、7が設けられている。AFセンサー6、7は投
影光学系PLの光軸AXに関してほぼ対称に、かつその
検出位置(スリットパターンの投影位置)が投影光学系
PLのイメージフィールドの中心、すなわち光軸位置と
ほぼ一致するように配置されている。AFセンサー6、
7の構成等については、例えば特開昭60−16811
2号公報に開示されているので、ここでは詳細な説明は
省略するが、照射光学系6はスリットパターン(または
ピンホール)の像を形成するための結像光束を、投影光
学系PLの光軸AXに対して斜め方向から被検面に照射
し、受光光学系12は被検面での反射光束を受光して光
電センサー(SPD等)の受光面上に再結像する。すな
わち、AFセンサー6、7は間接的(投影光学系PLと
は無関係)に投影光学系PLの最良結像面と被検面との
距離(合焦状態)を検出するものである。
の投影光学系PLの光軸方向(Z方向)の位置を検出す
るための斜入射光方式の焦点位置検出系(AFセンサ
ー)6、7が設けられている。AFセンサー6、7は投
影光学系PLの光軸AXに関してほぼ対称に、かつその
検出位置(スリットパターンの投影位置)が投影光学系
PLのイメージフィールドの中心、すなわち光軸位置と
ほぼ一致するように配置されている。AFセンサー6、
7の構成等については、例えば特開昭60−16811
2号公報に開示されているので、ここでは詳細な説明は
省略するが、照射光学系6はスリットパターン(または
ピンホール)の像を形成するための結像光束を、投影光
学系PLの光軸AXに対して斜め方向から被検面に照射
し、受光光学系12は被検面での反射光束を受光して光
電センサー(SPD等)の受光面上に再結像する。すな
わち、AFセンサー6、7は間接的(投影光学系PLと
は無関係)に投影光学系PLの最良結像面と被検面との
距離(合焦状態)を検出するものである。
【0020】ここで、AFセンサー6、7は予め投影光
学系PLの最良結像面が零点基準となるようにキャリブ
レーションが行われる、すなわち投影光学系PLの最良
結像面と被検面とが合致しているときに出力値(SPD
のSカーブ信号のレベル)が零となるように、受光光学
系7の内部に設けられた不図示の平行平板ガラス(プレ
ーンパラレル)の角度が調整される。平行平板ガラスの
角度調整は、主制御系MCの指示により実行される。上
記の如きキャリブレーションは装置の立ち上げ時の他、
露光光吸収により投影光学系PLの結像特性が大きく変
動し得るとき等に実行される。尚、レチクルRに対する
照明条件の変更(例えばコヒーレンスファクターσ値の
変更、通常照明法から輪帯照明法への変更等)、あるい
は従来レチクルと位相シフトレチクルとの交換等を行っ
たとき、これに対応してパターン板1に対する照明条件
や基準パターンの変更等を行う場合には上記の如きキャ
リブレーションを行うようにしても良い。投影光学系P
Lの最良結像面、すなわち本実施例ではイメージフィー
ルドの光軸位置での合焦点(ベストフォーカス位置)
は、後述の如き直接方式(TTL方式)の焦点検出系に
より検出され、この合焦点とパターン板1の表面とを一
致させた状態のとき、AFセンサー6、7でパターン板
1を検出してその出力値が零となるように平行平板ガラ
スの角度調整(キャリブレーション)が行われる。
学系PLの最良結像面が零点基準となるようにキャリブ
レーションが行われる、すなわち投影光学系PLの最良
結像面と被検面とが合致しているときに出力値(SPD
のSカーブ信号のレベル)が零となるように、受光光学
系7の内部に設けられた不図示の平行平板ガラス(プレ
ーンパラレル)の角度が調整される。平行平板ガラスの
角度調整は、主制御系MCの指示により実行される。上
記の如きキャリブレーションは装置の立ち上げ時の他、
露光光吸収により投影光学系PLの結像特性が大きく変
動し得るとき等に実行される。尚、レチクルRに対する
照明条件の変更(例えばコヒーレンスファクターσ値の
変更、通常照明法から輪帯照明法への変更等)、あるい
は従来レチクルと位相シフトレチクルとの交換等を行っ
たとき、これに対応してパターン板1に対する照明条件
や基準パターンの変更等を行う場合には上記の如きキャ
リブレーションを行うようにしても良い。投影光学系P
Lの最良結像面、すなわち本実施例ではイメージフィー
ルドの光軸位置での合焦点(ベストフォーカス位置)
は、後述の如き直接方式(TTL方式)の焦点検出系に
より検出され、この合焦点とパターン板1の表面とを一
致させた状態のとき、AFセンサー6、7でパターン板
1を検出してその出力値が零となるように平行平板ガラ
スの角度調整(キャリブレーション)が行われる。
【0021】次に、本実施例の直接方式の焦点検出系の
説明を行う。既に述べたように従来より種々の方式が提
案されているが、図1ではその中で最も実用性が高い1
つの方式を示す。後に他の方式についても簡単に説明を
行う。図1には示していないが、本実施例では特開昭6
4−10105号公報等に開示されているように、露光
用光源から射出される照明光ILの一部をビームスプリ
ッター等で分岐して、光ファイバー、またはミラー等に
より光ファイバー(ライトガイド)4の入射端4aまで
導くように構成している。
説明を行う。既に述べたように従来より種々の方式が提
案されているが、図1ではその中で最も実用性が高い1
つの方式を示す。後に他の方式についても簡単に説明を
行う。図1には示していないが、本実施例では特開昭6
4−10105号公報等に開示されているように、露光
用光源から射出される照明光ILの一部をビームスプリ
ッター等で分岐して、光ファイバー、またはミラー等に
より光ファイバー(ライトガイド)4の入射端4aまで
導くように構成している。
【0022】図1において、照明光ILは2分岐ファイ
バー4の入射端4aに入射した後、照明光学系3を介し
てパターン板1の下面まで導かれ、基準パターン1Aを
その裏面(ウエハステージWSの内部)から照明する。
基準パターン1Aを透過した照明光は、投影光学系PL
を介してレチクルRの下面(パターン面)に照射され、
ここで反射されて再び投影光学系PLを介してパターン
板1に達する。さらに基準パターン1Aを透過した光は
照明光学系3、及び光ファイバー4を通り、射出端4b
から光電検出器5に入射する。
バー4の入射端4aに入射した後、照明光学系3を介し
てパターン板1の下面まで導かれ、基準パターン1Aを
その裏面(ウエハステージWSの内部)から照明する。
基準パターン1Aを透過した照明光は、投影光学系PL
を介してレチクルRの下面(パターン面)に照射され、
ここで反射されて再び投影光学系PLを介してパターン
板1に達する。さらに基準パターン1Aを透過した光は
照明光学系3、及び光ファイバー4を通り、射出端4b
から光電検出器5に入射する。
【0023】光電検出器5から出力される検出信号S1
は、基準パターン1Aの透過光の強度に応じた信号であ
り、主制御系MCに出力される。ここで、検出信号S1
はパターン板1の表面が投影光学系PLの最良結像面と
一致したときに最大となる。従って、主制御系MCはウ
エハステージWSをZ方向に移動(走査)したとき、A
Fセンサー6、7からの検出信号S2も入力し、検出信
号S1が最大となるZ方向の位置(座標値)をベストフ
ォーカス位置として検出することになる。但し、基準パ
ターン1Aが位相型回折格子である場合には、合焦点で
は検出信号S1が最小になる。
は、基準パターン1Aの透過光の強度に応じた信号であ
り、主制御系MCに出力される。ここで、検出信号S1
はパターン板1の表面が投影光学系PLの最良結像面と
一致したときに最大となる。従って、主制御系MCはウ
エハステージWSをZ方向に移動(走査)したとき、A
Fセンサー6、7からの検出信号S2も入力し、検出信
号S1が最大となるZ方向の位置(座標値)をベストフ
ォーカス位置として検出することになる。但し、基準パ
ターン1Aが位相型回折格子である場合には、合焦点で
は検出信号S1が最小になる。
【0024】ここで、ウエハステージWSをZ方向に移
動したときに光電検出器5から出力される検出信号S1
の波形の一例を図4に示す。位置Za(=B.F.)が基
準パターン1Aがベストフォーカス位置にあるときのZ
座標であり、位置Zaをほぼ中心として検出信号S1の
レベル(電圧値)は凸状に変化することになる。そこ
で、投影光学系PLのイメージフィールド内の任意の計
測点での焦点位置を検出するとき、主制御系MCはウエ
ハステージWSを移動して計測点に基準パターン1Aを
位置決めした後、Z方向にウエハステージWSを走査す
るコマンドを駆動系8に供給すると同時に、AFセンサ
ー6、7からの検出信号S2、すなわちパターン板1の
Z方向の位置を図4の横軸として、光電検出器5からの
検出信号S1を図4の縦軸としてプロットする。そし
て、検出信号S1が最大になる点から、主制御系MCは
ベストフォーカス位置の座標値Za(=B.F.)を検出
する。
動したときに光電検出器5から出力される検出信号S1
の波形の一例を図4に示す。位置Za(=B.F.)が基
準パターン1Aがベストフォーカス位置にあるときのZ
座標であり、位置Zaをほぼ中心として検出信号S1の
レベル(電圧値)は凸状に変化することになる。そこ
で、投影光学系PLのイメージフィールド内の任意の計
測点での焦点位置を検出するとき、主制御系MCはウエ
ハステージWSを移動して計測点に基準パターン1Aを
位置決めした後、Z方向にウエハステージWSを走査す
るコマンドを駆動系8に供給すると同時に、AFセンサ
ー6、7からの検出信号S2、すなわちパターン板1の
Z方向の位置を図4の横軸として、光電検出器5からの
検出信号S1を図4の縦軸としてプロットする。そし
て、検出信号S1が最大になる点から、主制御系MCは
ベストフォーカス位置の座標値Za(=B.F.)を検出
する。
【0025】ところで、本実施例では露光用照明光IL
の一部を分岐してパターン板1の下面まで導くように構
成するものとしたが、露光用光源とは別に露光光ILと
ほぼ同一波長の照明光を発生する光源を設けるようにし
ても良い。さらに2分岐ファイバーの代わりに、ビーム
スプリッター(ハーフミラー)等を有する光学系を使用
しても構わない。また、光ファイバー4の入射出面(照
明光学系3側)は投影光学系PLの瞳面とほぼ共役に配
置されており、さらに照明光学系3による基準パターン
1Aの照明条件(例えばσ値等)は露光用照明光学系に
よるレチクルRの照明条件と同一にしておくことが望ま
しい。
の一部を分岐してパターン板1の下面まで導くように構
成するものとしたが、露光用光源とは別に露光光ILと
ほぼ同一波長の照明光を発生する光源を設けるようにし
ても良い。さらに2分岐ファイバーの代わりに、ビーム
スプリッター(ハーフミラー)等を有する光学系を使用
しても構わない。また、光ファイバー4の入射出面(照
明光学系3側)は投影光学系PLの瞳面とほぼ共役に配
置されており、さらに照明光学系3による基準パターン
1Aの照明条件(例えばσ値等)は露光用照明光学系に
よるレチクルRの照明条件と同一にしておくことが望ま
しい。
【0026】例えば特開平4−225359号公報に開
示されたような傾斜照明法(変形光源法)を採用する場
合には、基準パターン1Aに対しても傾斜照明を行うよ
うにし、投影光学系PLの瞳面での両者の光量分布を等
しくする。具体的には、照明光学系3中の投影光学系P
Lの瞳面と共役な面、例えば光ファイバー4の入射出面
近傍に、照明光学系3の光軸に対して偏心した複数(2
つ、または4つ)の位置の各々に開口を有する絞りを配
置すれば良い。
示されたような傾斜照明法(変形光源法)を採用する場
合には、基準パターン1Aに対しても傾斜照明を行うよ
うにし、投影光学系PLの瞳面での両者の光量分布を等
しくする。具体的には、照明光学系3中の投影光学系P
Lの瞳面と共役な面、例えば光ファイバー4の入射出面
近傍に、照明光学系3の光軸に対して偏心した複数(2
つ、または4つ)の位置の各々に開口を有する絞りを配
置すれば良い。
【0027】また、基準パターン1Aを、例えばマトリ
ックス状に配置されたECD(エレクトロクロミックデ
バイス)、あるいは液晶素子等により構成しても良く、
各微小素子の印加電圧を制御することにより種々の格子
パターンを形成することが可能となる。そこで、前述の
照明条件と同様に、ウエハW上に投影されるパターン像
の微細度(ピッチ、周期方向等)、形状と同一条件とな
るように基準パターンを形成しても良い。
ックス状に配置されたECD(エレクトロクロミックデ
バイス)、あるいは液晶素子等により構成しても良く、
各微小素子の印加電圧を制御することにより種々の格子
パターンを形成することが可能となる。そこで、前述の
照明条件と同様に、ウエハW上に投影されるパターン像
の微細度(ピッチ、周期方向等)、形状と同一条件とな
るように基準パターンを形成しても良い。
【0028】次に、図3を参照して上記構成の焦点検出
系の検出原理を簡単に説明する。図3(c)はパターン
板1の部分拡大図であり、表面にクロム蒸着膜(遮光
層)により基準パターン1Aが形成されている。さて、
基準パターン1AとレチクルRのパターン面とが共役な
関係にあるとき、基準パターン1Aを透過した照明光I
LはレチクルRのパターン面で反射されて、パターン板
1上に基準パターン1Aの像が結像される。このときの
基準パターン1Aの像の強度分布は、図3(b)の分布
Caに示すように基準パターン1A自体の明暗分布とほ
ぼ一致し、基準パターン1Aの透過部(ガラス部)を介
して反射光の大部分が光電検出器5に入射することにな
る。
系の検出原理を簡単に説明する。図3(c)はパターン
板1の部分拡大図であり、表面にクロム蒸着膜(遮光
層)により基準パターン1Aが形成されている。さて、
基準パターン1AとレチクルRのパターン面とが共役な
関係にあるとき、基準パターン1Aを透過した照明光I
LはレチクルRのパターン面で反射されて、パターン板
1上に基準パターン1Aの像が結像される。このときの
基準パターン1Aの像の強度分布は、図3(b)の分布
Caに示すように基準パターン1A自体の明暗分布とほ
ぼ一致し、基準パターン1Aの透過部(ガラス部)を介
して反射光の大部分が光電検出器5に入射することにな
る。
【0029】一方、基準パターン1AがレチクルRのパ
ターン面と共役な面(投影光学系PLによるレチクルパ
ターンの投影像面)から若干ずれている場合、レチクル
Rからの反射光によりパターン板1上に再結像された基
準パターン1Aの像は、図3(a)の分布Cbに示すよ
うにコントラストが低下する。このとき、図3(a)の
分布Cb中の斜線部は、図3(c)の基準パターン1A
の遮光部(斜線部)に重なり、基準パターン1A(パタ
ーン板1)を通過することができず、光電検出器5に達
する光量は減少することになる。ここで、図3(a)及
び(b)の状態は、基準パターン1Aが図4中の位置Z
a及びZbにあるときの特性に相当する。
ターン面と共役な面(投影光学系PLによるレチクルパ
ターンの投影像面)から若干ずれている場合、レチクル
Rからの反射光によりパターン板1上に再結像された基
準パターン1Aの像は、図3(a)の分布Cbに示すよ
うにコントラストが低下する。このとき、図3(a)の
分布Cb中の斜線部は、図3(c)の基準パターン1A
の遮光部(斜線部)に重なり、基準パターン1A(パタ
ーン板1)を通過することができず、光電検出器5に達
する光量は減少することになる。ここで、図3(a)及
び(b)の状態は、基準パターン1Aが図4中の位置Z
a及びZbにあるときの特性に相当する。
【0030】以上のように、基準パターン1Aが投影光
学系PLの焦点位置に一致したとき、光電検出器5から
出力される検出信号S1は最大となる。尚、光束の干渉
現象により、図4に示すように検出信号S1はピーク位
置の両側で凹状に落ち込む波形となる。また、基準パタ
ーン1Aは非点収差の影響を考慮して、図2の如く多方
向のパターンの組み合わせとなっている。以上が本実施
例で利用する検出原理であり、さらに本実施例ではパタ
ーン板1(基準パターン1A)の表面に透明膜2を形成
したものである。
学系PLの焦点位置に一致したとき、光電検出器5から
出力される検出信号S1は最大となる。尚、光束の干渉
現象により、図4に示すように検出信号S1はピーク位
置の両側で凹状に落ち込む波形となる。また、基準パタ
ーン1Aは非点収差の影響を考慮して、図2の如く多方
向のパターンの組み合わせとなっている。以上が本実施
例で利用する検出原理であり、さらに本実施例ではパタ
ーン板1(基準パターン1A)の表面に透明膜2を形成
したものである。
【0031】次に、露光光吸収による投影光学系PLの
収差、特に球面収差の変化について説明を行う。投影光
学系PLは露光光ILに対して非常に透過率の高い材料
で作られているが、実際には微少ながらも露光光ILを
吸収し、投影光学系PLを構成する各光学要素の温度が
上昇する。このため、投影光学系PLの結像特性が変化
するが、特に球面収差は投影光学系PLの中心部の温度
が周辺部より上昇することにより、投影光学系PLの中
心部を通る光束が周辺部を通る光束と比較して投影光学
系PLにより近い所で焦点を結ぶことにより発生する。
これを模式的に示したのが図5である。
収差、特に球面収差の変化について説明を行う。投影光
学系PLは露光光ILに対して非常に透過率の高い材料
で作られているが、実際には微少ながらも露光光ILを
吸収し、投影光学系PLを構成する各光学要素の温度が
上昇する。このため、投影光学系PLの結像特性が変化
するが、特に球面収差は投影光学系PLの中心部の温度
が周辺部より上昇することにより、投影光学系PLの中
心部を通る光束が周辺部を通る光束と比較して投影光学
系PLにより近い所で焦点を結ぶことにより発生する。
これを模式的に示したのが図5である。
【0032】図5(a)は露光光吸収のない状態を示
し、投影光学系PLの周辺部を通る光束(実線)も中心
部を通る光束(点線)もほぼ一点で焦点を結んでいる。
一方、図5(b)は露光光を吸収した状態を示し、投影
光学系PLの温度が上昇することにより、周辺部及び中
心部を通る光束とも焦点位置が上方(投影光学系PLに
近い方向)に移動するが、より温度上昇の大きい中心部
を通る光束がより上方で焦点を結ぶように変化してい
る。
し、投影光学系PLの周辺部を通る光束(実線)も中心
部を通る光束(点線)もほぼ一点で焦点を結んでいる。
一方、図5(b)は露光光を吸収した状態を示し、投影
光学系PLの温度が上昇することにより、周辺部及び中
心部を通る光束とも焦点位置が上方(投影光学系PLに
近い方向)に移動するが、より温度上昇の大きい中心部
を通る光束がより上方で焦点を結ぶように変化してい
る。
【0033】ところで、上記の如く周辺部を通る光束、
及び中心部を通る光束は、それぞれ細い線幅のパター
ン、及び太い線幅のパターンに対応する光束と言いかえ
ることができる。つまり、投影光学系PLの解像限界に
近い微細パターンの回折光は、投影光学系PLの開口絞
りAPの全面に広がって投影光学系PLを通過するが、
粗いパターンの回折光は回折角が小さく投影光学系の中
心部のみを通過する。このことにより、線幅による焦点
位置の差が発生する。
及び中心部を通る光束は、それぞれ細い線幅のパター
ン、及び太い線幅のパターンに対応する光束と言いかえ
ることができる。つまり、投影光学系PLの解像限界に
近い微細パターンの回折光は、投影光学系PLの開口絞
りAPの全面に広がって投影光学系PLを通過するが、
粗いパターンの回折光は回折角が小さく投影光学系の中
心部のみを通過する。このことにより、線幅による焦点
位置の差が発生する。
【0034】以上のように球面収差が変化すると、当然
ながら焦点位置も変化することになるが、本実施例では
直接方式の焦点検出系(1〜5)を用いて投影光学系P
Lの焦点位置を検出した後、AFセンサー6、7のキャ
リブレーションを行うので、AFセンサー6、7を用い
て常に投影光学系PLの最良結像面とウエハWの表面と
を正確に一致させることが可能となっている。尚、前述
の如くレチクル交換に伴ってパターン線幅が変化したと
きにも、AFセンサー6、7のキャリブレーションを行
うようにして良い。また、露光光吸収により投影光学系
PLに蓄積されるエネルギー量を逐次計算にて求めて焦
点位置の変化量を予測し、この変化量をオフセットとし
てAFセンサー6、7に与える方式と本実施例の方式と
を併用するようにしても良い。
ながら焦点位置も変化することになるが、本実施例では
直接方式の焦点検出系(1〜5)を用いて投影光学系P
Lの焦点位置を検出した後、AFセンサー6、7のキャ
リブレーションを行うので、AFセンサー6、7を用い
て常に投影光学系PLの最良結像面とウエハWの表面と
を正確に一致させることが可能となっている。尚、前述
の如くレチクル交換に伴ってパターン線幅が変化したと
きにも、AFセンサー6、7のキャリブレーションを行
うようにして良い。また、露光光吸収により投影光学系
PLに蓄積されるエネルギー量を逐次計算にて求めて焦
点位置の変化量を予測し、この変化量をオフセットとし
てAFセンサー6、7に与える方式と本実施例の方式と
を併用するようにしても良い。
【0035】次に、図6を参照してレジスト層の有無に
よる球面収差の変化について説明を行う。図6(a)は
ウエハW上のレジスト層10のほぼ中央付近でレチクル
Rを透過した照明光ILが結像している様子を示す。空
気中を通ってきた照明光ILはレジスト層10に入射す
るが、空気よりも屈折率が高いレジスト層10に入射す
るとき、照明光ILは図6(a)の如く屈折して結像す
る。
よる球面収差の変化について説明を行う。図6(a)は
ウエハW上のレジスト層10のほぼ中央付近でレチクル
Rを透過した照明光ILが結像している様子を示す。空
気中を通ってきた照明光ILはレジスト層10に入射す
るが、空気よりも屈折率が高いレジスト層10に入射す
るとき、照明光ILは図6(a)の如く屈折して結像す
る。
【0036】一般に、投影光学系の調整、評価はレジス
ト像を見ながら行うため、理想的に投影光学系PLが調
整されていれば、照明光ILは図6(a)のように結像
するはずである。この状態で、透明膜2が形成されてい
ない従来のパターン板1上にレチクルRのパターンを結
像させると、レジスト層10がないので図6(b)によ
うに照明光は屈折しない、すなわち球面収差が発生す
る。
ト像を見ながら行うため、理想的に投影光学系PLが調
整されていれば、照明光ILは図6(a)のように結像
するはずである。この状態で、透明膜2が形成されてい
ない従来のパターン板1上にレチクルRのパターンを結
像させると、レジスト層10がないので図6(b)によ
うに照明光は屈折しない、すなわち球面収差が発生す
る。
【0037】一方、パターン板1を下面より照明して焦
点位置検出を行うとき、照明光は図6(c)の如くパタ
ーン板1の表面(基準パターン)から発生するため、こ
の基準パターンからの照明光は投影光学系PL中を図6
(b)の露光用照明光とは異なる光路を通ることにな
る。このとき、投影光学系PLの諸収差、特に球面収差
の条件が常に一定であれば、図6(a)〜(c)の関係
も常に一定となるため、直接方式(TTL方式)の焦点
検出系で得られた焦点位置に常に一定のオフセットを与
えて使用すれば(例えばAFセンサー6、7のキャリブ
レーションを行えば)、投影光学系PLの結像面とウエ
ハ面とを正確に一致させることができ、何ら問題はな
い。
点位置検出を行うとき、照明光は図6(c)の如くパタ
ーン板1の表面(基準パターン)から発生するため、こ
の基準パターンからの照明光は投影光学系PL中を図6
(b)の露光用照明光とは異なる光路を通ることにな
る。このとき、投影光学系PLの諸収差、特に球面収差
の条件が常に一定であれば、図6(a)〜(c)の関係
も常に一定となるため、直接方式(TTL方式)の焦点
検出系で得られた焦点位置に常に一定のオフセットを与
えて使用すれば(例えばAFセンサー6、7のキャリブ
レーションを行えば)、投影光学系PLの結像面とウエ
ハ面とを正確に一致させることができ、何ら問題はな
い。
【0038】しかしながら、投影光学系PLの球面収差
は露光光吸収等により逐次変化するため、上記の如き一
定のオフセットのみを与えるだけでは、厳密な焦点位置
計測、及び焦点合わせを行うことができない。そこで、
本実施例では図6(d)に示すようにパターン板1(基
準パターン1A)の表面に、レジスト層10とほぼ屈折
率が等しく、かつレジスト層10の膜厚のほぼ半分の厚
さの透明膜2を形成し、実際のパターン露光時とほぼ同
一条件のもとで焦点位置を計測することが可能となって
いる。
は露光光吸収等により逐次変化するため、上記の如き一
定のオフセットのみを与えるだけでは、厳密な焦点位置
計測、及び焦点合わせを行うことができない。そこで、
本実施例では図6(d)に示すようにパターン板1(基
準パターン1A)の表面に、レジスト層10とほぼ屈折
率が等しく、かつレジスト層10の膜厚のほぼ半分の厚
さの透明膜2を形成し、実際のパターン露光時とほぼ同
一条件のもとで焦点位置を計測することが可能となって
いる。
【0039】従って、本実施例では照明条件の変更、レ
チクル交換、レチクルパターンの微細度の変更、あるい
は露光光吸収等により投影光学系の結像特性が大きく変
動し得るとき、上記構成の直接方式の焦点検出系を用い
て投影光学系PLの焦点位置を検出するようにした。こ
のため、投影光学系PLのイメージフィールドの任意の
点での焦点位置を随時精度良く計測することができ、し
かもこの計測値を用いて間接方式のAFセンサー6、7
のキャリブレーションを行うことで、常に投影光学系P
Lの最良結像面とウエハ面とを正確に一致させることも
可能となる。
チクル交換、レチクルパターンの微細度の変更、あるい
は露光光吸収等により投影光学系の結像特性が大きく変
動し得るとき、上記構成の直接方式の焦点検出系を用い
て投影光学系PLの焦点位置を検出するようにした。こ
のため、投影光学系PLのイメージフィールドの任意の
点での焦点位置を随時精度良く計測することができ、し
かもこの計測値を用いて間接方式のAFセンサー6、7
のキャリブレーションを行うことで、常に投影光学系P
Lの最良結像面とウエハ面とを正確に一致させることも
可能となる。
【0040】尚、本実施例ではAFセンサー6、7のキ
ャリブレーションを前提とし、投影光学系PLの焦点位
置のみを求めていたが、これ以外にも非点収差や像面湾
曲、さらには球面収差等を求めるようにしても良い。像
面湾曲を検出するには、イメージフィールド内の複数
(少なくとも3つ)の点の各々での焦点位置を検出し、
これらの値から(例えば統計演算を用いて)像面湾曲を
決定すれば良い。このとき、投影光学系PLが複数のレ
ンズエレメントから構成される屈折光学系であれば、少
なくとも1つのレンズエレメント(特にレチクルRに近
いレンズエレメント)を移動して像面湾曲を補正するよ
うにしても良い。また、像面湾曲等を考慮して決定され
る投影光学系PLの結像面(近似的な面)を用いて、特
開昭58−113706号公報に開示されたようにウエ
ハ面の傾きを検出する光学系のキャリブレーションを行
い、投影光学系PLの結像面とウエハ面とを一致させる
ようにしても良い。あるいは両者を組み合わせて使用す
るようにしても良い。また、球面収差は光電検出器5か
らの検出信号S1の波形の対称性から求めることができ
る。
ャリブレーションを前提とし、投影光学系PLの焦点位
置のみを求めていたが、これ以外にも非点収差や像面湾
曲、さらには球面収差等を求めるようにしても良い。像
面湾曲を検出するには、イメージフィールド内の複数
(少なくとも3つ)の点の各々での焦点位置を検出し、
これらの値から(例えば統計演算を用いて)像面湾曲を
決定すれば良い。このとき、投影光学系PLが複数のレ
ンズエレメントから構成される屈折光学系であれば、少
なくとも1つのレンズエレメント(特にレチクルRに近
いレンズエレメント)を移動して像面湾曲を補正するよ
うにしても良い。また、像面湾曲等を考慮して決定され
る投影光学系PLの結像面(近似的な面)を用いて、特
開昭58−113706号公報に開示されたようにウエ
ハ面の傾きを検出する光学系のキャリブレーションを行
い、投影光学系PLの結像面とウエハ面とを一致させる
ようにしても良い。あるいは両者を組み合わせて使用す
るようにしても良い。また、球面収差は光電検出器5か
らの検出信号S1の波形の対称性から求めることができ
る。
【0041】ところで、上記実施例ではパターン板1上
に形成する透明膜2の膜厚をレジスト層10の半分に定
めるものとしたが、透明膜2の膜厚はレチクルパターン
の像が結像するレジスト層中の位置(図6(a))に応じ
て定めれば良く、例えば多層レジストを使用する場合、
透明膜2の膜厚は多層レジストの膜厚の半分よりも厚く
なる。また、屈折率と膜厚との少なくとも一方が異なる
複数の透明膜をパターン板1上に形成しておくようにし
ても良い。このとき、透明膜毎に基準パターンを形成し
ておく。また、レジストの種類や使用法により、透明膜
2の屈折率や膜厚には種々の組み合わせが存在するが、
この組み合わせがレジストの種類、使用法等に厳密に一
致しなくても、収差の影響が等しくなるように透明膜2
の屈折率や膜厚の組み合わせを選ぶようにすれば問題な
い。つまり、膜厚が一致(例えばレジスト層のほぼ半
分)しなくても、屈折率を適当に選ぶことで投影光学系
PLの瞳面内の中心部と周辺部との各々を通過する光束
の光路長を一致させることができる。逆に屈折率をレジ
スト層10のほぼ半分に設定しなくても、その膜厚を適
当に設定すれば良い。さらに、透明膜2を2層以上の多
層構造としても良い。
に形成する透明膜2の膜厚をレジスト層10の半分に定
めるものとしたが、透明膜2の膜厚はレチクルパターン
の像が結像するレジスト層中の位置(図6(a))に応じ
て定めれば良く、例えば多層レジストを使用する場合、
透明膜2の膜厚は多層レジストの膜厚の半分よりも厚く
なる。また、屈折率と膜厚との少なくとも一方が異なる
複数の透明膜をパターン板1上に形成しておくようにし
ても良い。このとき、透明膜毎に基準パターンを形成し
ておく。また、レジストの種類や使用法により、透明膜
2の屈折率や膜厚には種々の組み合わせが存在するが、
この組み合わせがレジストの種類、使用法等に厳密に一
致しなくても、収差の影響が等しくなるように透明膜2
の屈折率や膜厚の組み合わせを選ぶようにすれば問題な
い。つまり、膜厚が一致(例えばレジスト層のほぼ半
分)しなくても、屈折率を適当に選ぶことで投影光学系
PLの瞳面内の中心部と周辺部との各々を通過する光束
の光路長を一致させることができる。逆に屈折率をレジ
スト層10のほぼ半分に設定しなくても、その膜厚を適
当に設定すれば良い。さらに、透明膜2を2層以上の多
層構造としても良い。
【0042】さて、前述の如く直接方式の焦点検出系は
種々提案されている。そこで、図10を参照して第1実
施例と異なる検出方式を採用した投影露光装置について
簡単に説明する。図10に示す投影露光装置は図1の装
置と基本構成は同一、すなわちパターン板1の表面に透
明膜2を形成し、かつパターン板1の下面より基準パタ
ーンを照明光ILで照射する点は同一である。図10で
は、図1と同一の部材には同じ符号を付しており、ここ
ではその詳細説明を省略する。尚、本実施例で採用する
直接方式の焦点検出系は、例えば特開平1−26262
4号公報、特開平1−273318号公報等に開示され
た系をそのまま利用したものである。
種々提案されている。そこで、図10を参照して第1実
施例と異なる検出方式を採用した投影露光装置について
簡単に説明する。図10に示す投影露光装置は図1の装
置と基本構成は同一、すなわちパターン板1の表面に透
明膜2を形成し、かつパターン板1の下面より基準パタ
ーンを照明光ILで照射する点は同一である。図10で
は、図1と同一の部材には同じ符号を付しており、ここ
ではその詳細説明を省略する。尚、本実施例で採用する
直接方式の焦点検出系は、例えば特開平1−26262
4号公報、特開平1−273318号公報等に開示され
た系をそのまま利用したものである。
【0043】図10において、図1の例と同様にウエハ
ステージWS上のウエハWの近傍にはパターン板41が
設けられている。図示していないが、パターン板41の
表面には基準パターンとして2組のスリットパターンが
形成されており、さらに2組のスリットパターンを覆う
ように、レジスト層10と屈折率がほぼ等しく、かつ膜
厚がほぼ半分の透明膜2が形成されている。尚、2組の
スリットパターンは遮光部中でX、Y方向の各々に延び
た光透過性のバーパターン(例えば図11(a)のFM
x)であるものとする。
ステージWS上のウエハWの近傍にはパターン板41が
設けられている。図示していないが、パターン板41の
表面には基準パターンとして2組のスリットパターンが
形成されており、さらに2組のスリットパターンを覆う
ように、レジスト層10と屈折率がほぼ等しく、かつ膜
厚がほぼ半分の透明膜2が形成されている。尚、2組の
スリットパターンは遮光部中でX、Y方向の各々に延び
た光透過性のバーパターン(例えば図11(a)のFM
x)であるものとする。
【0044】さて、照明系50は露光用光源、フライア
イレンズ、ビームスプリッター等を有し、レジスト層1
0を感光させるような波長域の照明光を射出する。この
照明光はビームスプリッター51、リレーレンズ52、
54、可変視野絞り(レチクルブラインド)53、及び
コンデンサーレンズ55を通り、ミラー56で垂直に下
方に反射されてレチクルRをほぼ均一な照度で照明す
る。レチクルブラインド53の面はレチクルRのパター
ン面と共役な関係にあり、レチクルブラインド53を構
成する複数の可動ブレードを開閉させて開口部の大き
さ、形状を変えることにより、レチクルRの照明視野を
任意に設定できる。
イレンズ、ビームスプリッター等を有し、レジスト層1
0を感光させるような波長域の照明光を射出する。この
照明光はビームスプリッター51、リレーレンズ52、
54、可変視野絞り(レチクルブラインド)53、及び
コンデンサーレンズ55を通り、ミラー56で垂直に下
方に反射されてレチクルRをほぼ均一な照度で照明す
る。レチクルブラインド53の面はレチクルRのパター
ン面と共役な関係にあり、レチクルブラインド53を構
成する複数の可動ブレードを開閉させて開口部の大き
さ、形状を変えることにより、レチクルRの照明視野を
任意に設定できる。
【0045】図示していないが、照明系50の内部には
露光用照明光の一部を分岐するためのビームスプリッタ
ーも配置されており、ここで分岐された照明光の一部は
不図示の光ファイバー、またはミラー等を介して光ファ
イバー42に入射するように構成されている。光ファイ
バー42に入射した照明光ILは、ウエハステージWS
内部の照明光学系3を介してパターン板41の下方から
基準パターンFMxを照明する。さらに基準パターンF
Mxを透過した光は、投影光学系PLを通過してレチク
ルRのパターン面に照射される。
露光用照明光の一部を分岐するためのビームスプリッタ
ーも配置されており、ここで分岐された照明光の一部は
不図示の光ファイバー、またはミラー等を介して光ファ
イバー42に入射するように構成されている。光ファイ
バー42に入射した照明光ILは、ウエハステージWS
内部の照明光学系3を介してパターン板41の下方から
基準パターンFMxを照明する。さらに基準パターンF
Mxを透過した光は、投影光学系PLを通過してレチク
ルRのパターン面に照射される。
【0046】ここで、レチクルRのパターン面の一部に
は、基準パターンFMx(正確には投影光学系PLの投
影倍率を考慮してその投影像)とほぼ同一形状、大きさ
の遮光層よりなる基準マークRMxが形成されている。
基準マークRMxは、回路パターンに影響を与えないよ
うにレチクルRの周辺部、例えばパターン領域PAを規
定する所定幅の遮光帯の中に配置されている。尚、基準
マークRMxとしてアライメントマークを兼用するよう
にしても良い。
は、基準パターンFMx(正確には投影光学系PLの投
影倍率を考慮してその投影像)とほぼ同一形状、大きさ
の遮光層よりなる基準マークRMxが形成されている。
基準マークRMxは、回路パターンに影響を与えないよ
うにレチクルRの周辺部、例えばパターン領域PAを規
定する所定幅の遮光帯の中に配置されている。尚、基準
マークRMxとしてアライメントマークを兼用するよう
にしても良い。
【0047】さて、レチクルRを透過した照明光は、ミ
ラー56、コンデンサーレンズ55、及びリレーレンズ
54、52等を介してビームスプリッター51で反射さ
れた後、さらに分割ミラー58で分割されてそれぞれ光
電検出器59、60に入射する。光電検出器59、60
は共に、入射光の強度に応じた光電信号を主制御系MC
に出力する。ここで、分割ミラー58は投影光学系PL
の瞳面とほぼ共役な位置に配置されており、ここで分割
された2つの光束の主光線は図10に示す如く投影光学
系PLの光軸AXに対して傾きを持つことになる。
ラー56、コンデンサーレンズ55、及びリレーレンズ
54、52等を介してビームスプリッター51で反射さ
れた後、さらに分割ミラー58で分割されてそれぞれ光
電検出器59、60に入射する。光電検出器59、60
は共に、入射光の強度に応じた光電信号を主制御系MC
に出力する。ここで、分割ミラー58は投影光学系PL
の瞳面とほぼ共役な位置に配置されており、ここで分割
された2つの光束の主光線は図10に示す如く投影光学
系PLの光軸AXに対して傾きを持つことになる。
【0048】次に、上記構成の焦点検出系の計測動作に
ついて簡単に説明する。主制御系MCはAFセンサー
6、7を用いてウエハステージWSをZ方向に移動し、
投影光学系PLの焦点位置と予想される位置(設計上の
焦点位置)から所定量だけ上方(投影光学系PLに近づ
く方向)にずれた位置(座標値Z1)にパターン板1を位
置決めする。しかる後、ウエハステージWSをX方向に
微動して基準パターンFMxの投影像と基準マークRM
xとを相対走査する。このとき、主制御系MCは光電検
出器59、60の各々からの検出信号と干渉計9からの
位置信号とを入力する。この結果、図11(b)のよう
な波形が得られる。図11(b)の信号S4(実線)及
びS5(点線)はそれぞれ光電検出器59及び60から
の検出信号であり、座標値X1 及びX2 で光量(電圧
値)が最小となっている。ここで、基準パターンFMx
の投影像と基準マークRMxとが重なったとき、検出信
号S4、S5は共にレベルが最小となる。つまり、ミラ
ー58で分割された2つの光束の主光線が投影光学系P
Lの光軸に対して斜めになっているため、基準パターン
FMxとレチクルRのパターン面とが共役でないと、各
光束で基準パターンFMxと基準マークRMxとの相対
位置がX方向にずれて見えることを図11(b)は表し
ている。
ついて簡単に説明する。主制御系MCはAFセンサー
6、7を用いてウエハステージWSをZ方向に移動し、
投影光学系PLの焦点位置と予想される位置(設計上の
焦点位置)から所定量だけ上方(投影光学系PLに近づ
く方向)にずれた位置(座標値Z1)にパターン板1を位
置決めする。しかる後、ウエハステージWSをX方向に
微動して基準パターンFMxの投影像と基準マークRM
xとを相対走査する。このとき、主制御系MCは光電検
出器59、60の各々からの検出信号と干渉計9からの
位置信号とを入力する。この結果、図11(b)のよう
な波形が得られる。図11(b)の信号S4(実線)及
びS5(点線)はそれぞれ光電検出器59及び60から
の検出信号であり、座標値X1 及びX2 で光量(電圧
値)が最小となっている。ここで、基準パターンFMx
の投影像と基準マークRMxとが重なったとき、検出信
号S4、S5は共にレベルが最小となる。つまり、ミラ
ー58で分割された2つの光束の主光線が投影光学系P
Lの光軸に対して斜めになっているため、基準パターン
FMxとレチクルRのパターン面とが共役でないと、各
光束で基準パターンFMxと基準マークRMxとの相対
位置がX方向にずれて見えることを図11(b)は表し
ている。
【0049】次に、AFセンサー6、7を用いてウエハ
ステージWSをZ方向に移動し、投影光学系PLの焦点
位置と予想される位置(設計上の焦点位置)から所定量
だけ下方(投影光学系PLから遠ざかる方向)にずれた
位置(座標値Z2)にパターン板1を位置決めする。しか
る後、上記と全く同様の動作でウエハステージWSをX
方向に微動して、光電検出器59、60からの各検出信
号が最小となる座標値X1'及びX2'を算出する。この結
果、図11(c)のような関係が得られ、この関係から
2本の直線の交点を焦点位置Z0 として求めることがで
きる。
ステージWSをZ方向に移動し、投影光学系PLの焦点
位置と予想される位置(設計上の焦点位置)から所定量
だけ下方(投影光学系PLから遠ざかる方向)にずれた
位置(座標値Z2)にパターン板1を位置決めする。しか
る後、上記と全く同様の動作でウエハステージWSをX
方向に微動して、光電検出器59、60からの各検出信
号が最小となる座標値X1'及びX2'を算出する。この結
果、図11(c)のような関係が得られ、この関係から
2本の直線の交点を焦点位置Z0 として求めることがで
きる。
【0050】尚、図11(c)中の2本の直線の傾きを
予め求めておけば、位置Z1 で1回だけウエハステージ
WSを走査するだけで焦点位置Z0 を求めることも可能
である。本方法も、実際の露光に使用するレチクルでは
投影光学系PLの光軸付近での焦点位置を検出できない
という不都合があるが、測定に時間があまりかからない
という利点がある。
予め求めておけば、位置Z1 で1回だけウエハステージ
WSを走査するだけで焦点位置Z0 を求めることも可能
である。本方法も、実際の露光に使用するレチクルでは
投影光学系PLの光軸付近での焦点位置を検出できない
という不都合があるが、測定に時間があまりかからない
という利点がある。
【0051】以上のように、図10中に示した直接方式
の焦点検出系においても、実際のパターン露光時とほぼ
同一条件のもとで焦点位置を計測することが可能とな
り、計測精度の向上が期待できる。次に、図7を参照し
て本発明の第2実施例について説明する。図7(a)は
本実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す図、
図7(b)はパターン板21の具体的な構成を示す図、
図7(c)はレチクルRに形成される基準パターンの構
成を示す図である。本実施例で採用する直接方式の焦点
検出系は、基本的には第1実施例(図1)と同一であ
り、焦点検出に使用する基準パターンがレチクルRに形
成されている点が異なる。図7(a)では図1と同一の
部材には同じ符号を付してその詳細説明を省略し、第1
実施例との差異について説明する。図7(a)におい
て、ウエハステージWS上のウエハWの近傍にはパター
ン板(石英等のガラス基板)21が設けられており、さ
らにパターン板21には図7(b)に示すように遮光部
(斜線部)中に2組の開口パターン21X、21Yが形
成されている。さらに2組の開口パターン21X、21
Yを覆うように、レジスト層10と屈折率がほぼ等し
く、かつ膜厚がほぼ半分の透明膜2が形成されている。
また、パターン板21の下部(ウエハステージWSの内
部)には光電検出器22が配置されており、開口パター
ン21X、21Yを透過した光を受光する。一方、レチ
クルRの周辺部には基準パターン25、すなわち図7
(c)に示すように遮光部(斜線部)中に2組のスリッ
トパターン25X、25Yが形成されている。
の焦点検出系においても、実際のパターン露光時とほぼ
同一条件のもとで焦点位置を計測することが可能とな
り、計測精度の向上が期待できる。次に、図7を参照し
て本発明の第2実施例について説明する。図7(a)は
本実施例による投影露光装置の概略的な構成を示す図、
図7(b)はパターン板21の具体的な構成を示す図、
図7(c)はレチクルRに形成される基準パターンの構
成を示す図である。本実施例で採用する直接方式の焦点
検出系は、基本的には第1実施例(図1)と同一であ
り、焦点検出に使用する基準パターンがレチクルRに形
成されている点が異なる。図7(a)では図1と同一の
部材には同じ符号を付してその詳細説明を省略し、第1
実施例との差異について説明する。図7(a)におい
て、ウエハステージWS上のウエハWの近傍にはパター
ン板(石英等のガラス基板)21が設けられており、さ
らにパターン板21には図7(b)に示すように遮光部
(斜線部)中に2組の開口パターン21X、21Yが形
成されている。さらに2組の開口パターン21X、21
Yを覆うように、レジスト層10と屈折率がほぼ等し
く、かつ膜厚がほぼ半分の透明膜2が形成されている。
また、パターン板21の下部(ウエハステージWSの内
部)には光電検出器22が配置されており、開口パター
ン21X、21Yを透過した光を受光する。一方、レチ
クルRの周辺部には基準パターン25、すなわち図7
(c)に示すように遮光部(斜線部)中に2組のスリッ
トパターン25X、25Yが形成されている。
【0052】次に、上記構成の焦点検出系の計測動作を
簡単に説明する。主制御系MCは、まず露光用照明光I
LをレチクルRのほぼ全面に照射する。これにより、基
準パターン25Xを透過した光は投影光学系PLを通っ
てパターン板21上に結像される。しかる後、ウエハス
テージWSをX方向に微動して、基準パターン25Xの
投影像と開口パターン21Xとを相対走査する。このと
き、パターン板21のZ方向の位置は投影光学系PLの
結像面から所定量だけずれているものとする。尚、レチ
クルブラインド(不図示)により基準パターン25のみ
に露光光ILを照射するようにしても良い。
簡単に説明する。主制御系MCは、まず露光用照明光I
LをレチクルRのほぼ全面に照射する。これにより、基
準パターン25Xを透過した光は投影光学系PLを通っ
てパターン板21上に結像される。しかる後、ウエハス
テージWSをX方向に微動して、基準パターン25Xの
投影像と開口パターン21Xとを相対走査する。このと
き、パターン板21のZ方向の位置は投影光学系PLの
結像面から所定量だけずれているものとする。尚、レチ
クルブラインド(不図示)により基準パターン25のみ
に露光光ILを照射するようにしても良い。
【0053】開口パターン21Xを透過した光は光電検
出器22に入射し、光電検出器22は入射光の強度に応
じた光電信号を主制御系MCに出力する。このとき得ら
れる光電信号の波形I1 を図8中に実線にて示す。図8
に示すように信号波形I1 はブロードな波形となってい
るが、これはパターン板21が投影光学系PLの結像面
がずれているためであり、結像面とパターン板21とが
一致しているときには波形I2(点線)の如くシャープな
波形となる。
出器22に入射し、光電検出器22は入射光の強度に応
じた光電信号を主制御系MCに出力する。このとき得ら
れる光電信号の波形I1 を図8中に実線にて示す。図8
に示すように信号波形I1 はブロードな波形となってい
るが、これはパターン板21が投影光学系PLの結像面
がずれているためであり、結像面とパターン板21とが
一致しているときには波形I2(点線)の如くシャープな
波形となる。
【0054】そこで、本実施例ではウエハステージWS
を所定量ずつZ方向に移動しながら、上記動作と全く同
様に各位置毎にウエハステージWSをX方向に微動す
る。そして、Z位置毎に得られる光電信号のうち、最も
コントラストの良い(シャープな)波形が得られるZ位
置を焦点位置として決定する。このとき、パターン板2
1上には透明膜2が形成されているので、上記実施例と
同様に精度良く焦点位置を検出することが可能となって
いる。
を所定量ずつZ方向に移動しながら、上記動作と全く同
様に各位置毎にウエハステージWSをX方向に微動す
る。そして、Z位置毎に得られる光電信号のうち、最も
コントラストの良い(シャープな)波形が得られるZ位
置を焦点位置として決定する。このとき、パターン板2
1上には透明膜2が形成されているので、上記実施例と
同様に精度良く焦点位置を検出することが可能となって
いる。
【0055】次に、図9を参照して第2実施例(図7)
と異なる直接方式の焦点検出系が適用された投影露光装
置について簡単に説明する。図9では図1、図7と同一
の部材には同じ符号を付しており、ここではその説明を
省略する。図9において、ウエハステージWS上のウエ
ハWの近傍にパターン板(石英等のガラス基板)31が
設けられ、このパターン板31の表面の一部にクロム等
により高反射面が形成され、さらに高反射面を覆うよう
にレジスト層10と屈折率がほぼ等しく、かつ膜厚がほ
ぼ半分の透明膜2が形成されている。
と異なる直接方式の焦点検出系が適用された投影露光装
置について簡単に説明する。図9では図1、図7と同一
の部材には同じ符号を付しており、ここではその説明を
省略する。図9において、ウエハステージWS上のウエ
ハWの近傍にパターン板(石英等のガラス基板)31が
設けられ、このパターン板31の表面の一部にクロム等
により高反射面が形成され、さらに高反射面を覆うよう
にレジスト層10と屈折率がほぼ等しく、かつ膜厚がほ
ぼ半分の透明膜2が形成されている。
【0056】本実施例では、レチクルRのほぼ全面に露
光用照明光ILを照射し、レチクルR、及び投影光学系
PLを通ってパターン板31に達する光束の一部を高反
射面で反射する。ここでは、レチクルR上の予め定めら
れた回路パターンの一部(あるいは、図7(c)の如き
計測用の基準マークまたはアライメントマークを含む部
分領域)を透過した露光光を高反射面で反射させるもの
とする。さて、高反射面で反射した光束は再度投影光学
系PLを介してレチクルRに入射し、さらにレチクルR
を透過した光はミラー56、コンデンサーレンズ55、
及びリレーレンズ54、52を介してビームスプリッタ
ー51で反射されて光電検出器57に導かれる。光電検
出器57は、レチクルRを透過した光の強度に応じた光
電信号を主制御系MCに出力する。
光用照明光ILを照射し、レチクルR、及び投影光学系
PLを通ってパターン板31に達する光束の一部を高反
射面で反射する。ここでは、レチクルR上の予め定めら
れた回路パターンの一部(あるいは、図7(c)の如き
計測用の基準マークまたはアライメントマークを含む部
分領域)を透過した露光光を高反射面で反射させるもの
とする。さて、高反射面で反射した光束は再度投影光学
系PLを介してレチクルRに入射し、さらにレチクルR
を透過した光はミラー56、コンデンサーレンズ55、
及びリレーレンズ54、52を介してビームスプリッタ
ー51で反射されて光電検出器57に導かれる。光電検
出器57は、レチクルRを透過した光の強度に応じた光
電信号を主制御系MCに出力する。
【0057】以上から明らかなように、本実施例の焦点
検出系は第1実施例(図1)の焦点検出系と逆の構成、
すなわちレチクルとパターン板とを置き換えたものと等
価である。従って、本実施例では第1実施例と全く同様
の原理を用い、ウエハステージWSをZ方向に走査(ス
キャン)したときに光電検出器57から出力される光電
信号のレベル(電圧値)が最大となるZ位置を焦点位置
として検出することになる。本実施例でも、パターン板
31上には透明膜2が形成されているので、上記実施例
と同様に精度良く焦点位置を検出することが可能となっ
ている。
検出系は第1実施例(図1)の焦点検出系と逆の構成、
すなわちレチクルとパターン板とを置き換えたものと等
価である。従って、本実施例では第1実施例と全く同様
の原理を用い、ウエハステージWSをZ方向に走査(ス
キャン)したときに光電検出器57から出力される光電
信号のレベル(電圧値)が最大となるZ位置を焦点位置
として検出することになる。本実施例でも、パターン板
31上には透明膜2が形成されているので、上記実施例
と同様に精度良く焦点位置を検出することが可能となっ
ている。
【0058】また、他の例として画像処理によるコント
ラスト検出法等がある。例えばレチクルR上よりレチク
ル上のパターンを顕微鏡で観察し、CCDカメラ等で光
電検出した像に対して明暗差等でコントラストを検出し
て焦点合わせを行う。そのまま次に、ウエハステージ上
のパターンを観察して焦点位置を合わせることにより、
レチクルとウエハステージとの共役関係を求める方法も
提案されている。この種の検出方式に対しても本発明を
適用して同様の効果を得ることができる。
ラスト検出法等がある。例えばレチクルR上よりレチク
ル上のパターンを顕微鏡で観察し、CCDカメラ等で光
電検出した像に対して明暗差等でコントラストを検出し
て焦点合わせを行う。そのまま次に、ウエハステージ上
のパターンを観察して焦点位置を合わせることにより、
レチクルとウエハステージとの共役関係を求める方法も
提案されている。この種の検出方式に対しても本発明を
適用して同様の効果を得ることができる。
【0059】以上の各実施例ではパターン板上に形成す
る薄膜を1種類としたが、使用するレジストの種類、膜
厚当は一定とは限らないので、透明膜2の屈折率と膜厚
との少なくとも一方を可変としても良い。また、透明膜
はパターン板に形成しておく必要はなく、投影光学系P
Lとパターン板との間の光路中に配置するようにしても
良い。例えば、屈折率と膜厚との少なくとも一方が異な
る複数の透明膜をレボルバー(スライダー、ターレット
等)に形成して交換可能にする、あるいは液体を封入し
た部材を上記光路中に配置しておき、封入すべき液体を
入れ替えるようにしても良い。また、パターン板上に屈
折率と膜厚との少なくとも一方が異なる2種類の透明膜
を形成しておき、レジストの形成条件(屈折率、膜厚)
が先の2種類の透明膜と一致していないときでも、2種
類の透明膜のもとで投影光学系PLの焦点位置を計測し
て、当該レジストでの焦点位置を予測するようにしても
良い。さらに、パターン板に形成する透明膜の種類等に
よっては、光電検出器(5、22、57、59、60)
からの検出信号のコントラストが低下して計測精度が低
下し得ることがあるので、透明膜の種類に応じてパター
ン板に照射する照明光の光量を可変とするように構成し
ておいても良い。これは、例えばパターン板、またはレ
チクル上の基準パターンに入射する照明光の光路中に連
続的、または段階的に光量を可変する減光フィルターを
設けておけば良い。また、先の各実施例の直接方式の焦
点検出系を用いてレチクル上の基準マーク(アライメン
トマーク等)の位置(干渉計9によって規定される直交
座標系XY内での座標値)を検出することができるが、
このような場合にもパターン板上に透明膜を形成してお
けば、計測精度の向上が期待できる。
る薄膜を1種類としたが、使用するレジストの種類、膜
厚当は一定とは限らないので、透明膜2の屈折率と膜厚
との少なくとも一方を可変としても良い。また、透明膜
はパターン板に形成しておく必要はなく、投影光学系P
Lとパターン板との間の光路中に配置するようにしても
良い。例えば、屈折率と膜厚との少なくとも一方が異な
る複数の透明膜をレボルバー(スライダー、ターレット
等)に形成して交換可能にする、あるいは液体を封入し
た部材を上記光路中に配置しておき、封入すべき液体を
入れ替えるようにしても良い。また、パターン板上に屈
折率と膜厚との少なくとも一方が異なる2種類の透明膜
を形成しておき、レジストの形成条件(屈折率、膜厚)
が先の2種類の透明膜と一致していないときでも、2種
類の透明膜のもとで投影光学系PLの焦点位置を計測し
て、当該レジストでの焦点位置を予測するようにしても
良い。さらに、パターン板に形成する透明膜の種類等に
よっては、光電検出器(5、22、57、59、60)
からの検出信号のコントラストが低下して計測精度が低
下し得ることがあるので、透明膜の種類に応じてパター
ン板に照射する照明光の光量を可変とするように構成し
ておいても良い。これは、例えばパターン板、またはレ
チクル上の基準パターンに入射する照明光の光路中に連
続的、または段階的に光量を可変する減光フィルターを
設けておけば良い。また、先の各実施例の直接方式の焦
点検出系を用いてレチクル上の基準マーク(アライメン
トマーク等)の位置(干渉計9によって規定される直交
座標系XY内での座標値)を検出することができるが、
このような場合にもパターン板上に透明膜を形成してお
けば、計測精度の向上が期待できる。
【0060】
【発明の効果】本発明では、投影露光装置のパターン露
光時とほぼ同一の条件で投影光学系の焦点位置を検出で
きるため、収差条件の違い等に起因したオフセット(レ
ジスト膜厚の半分程度)の発生を防止することが可能と
なる。また、焦点位置はレジストの特性(屈折率、膜厚
等)、ウエハ(下地)の反射率等によって微妙に変化し
得るので、常にレジスト層のほぼ中央付近になるとは限
らず、残留誤差が生じ得るが、この誤差量はレジスト膜
厚の半分と比較して微小であるため、このような場合で
も特別なオフセット管理を行う必要はないといった利点
がある。さらに、本発明は現在製造ラインで使用されて
いる投影露光装置に対しても若干の改造を施すだけで適
用可能であるという利点がある。
光時とほぼ同一の条件で投影光学系の焦点位置を検出で
きるため、収差条件の違い等に起因したオフセット(レ
ジスト膜厚の半分程度)の発生を防止することが可能と
なる。また、焦点位置はレジストの特性(屈折率、膜厚
等)、ウエハ(下地)の反射率等によって微妙に変化し
得るので、常にレジスト層のほぼ中央付近になるとは限
らず、残留誤差が生じ得るが、この誤差量はレジスト膜
厚の半分と比較して微小であるため、このような場合で
も特別なオフセット管理を行う必要はないといった利点
がある。さらに、本発明は現在製造ラインで使用されて
いる投影露光装置に対しても若干の改造を施すだけで適
用可能であるという利点がある。
【図1】本発明の第1実施例による投影露光装置の概略
的な構成を示す図。
的な構成を示す図。
【図2】図1中のパターン板の具体的な構成の一例を示
す図。
す図。
【図3】図1中の直接方式の焦点検出系の検出原理を説
明する図。
明する図。
【図4】図1中の直接方式の焦点検出系で得られる検出
信号の波形を示す図。
信号の波形を示す図。
【図5】球面収差を説明するための模式図。
【図6】本発明の原理説明に供する図。
【図7】本発明の第2実施例による投影露光装置の概略
的な構成を示す図。
的な構成を示す図。
【図8】図7中の直接方式の焦点検出系で得られる検出
信号の波形を示す図。
信号の波形を示す図。
【図9】本発明を適用可能な投影露光装置の別の構成を
示す図。
示す図。
【図10】本発明を適用可能な投影露光装置の別の構成
を示す図。
を示す図。
【図11】図10の投影露光装置の焦点検出原理を説明
する図。
する図。
1 パターン板 1A、25X、25Y、FMx 基準パターン 2 透明膜 4、41 光ファイバー 5、22、57、59、60 光電検出器 6、7 AFセンサー 10 レジスト層 R レチクル W ウエハ PL 投影光学系 WS ウエハステージ MC 主制御系
Claims (3)
- 【請求項1】 マスクに形成されたパターンを、表面に
感光剤が塗布された基板上に結像投影する投影光学系
と、前記基板を保持して前記投影光学系の光軸と垂直な
面内で2次元移動可能な基板ステージとを備えた投影露
光装置において、 前記基板ステージの一部に設けられ、前記感光剤とほぼ
同一の屈折率を有し、かつ前記感光剤の膜厚に対応した
厚さの薄膜がほぼ全面に形成された基準パターンと;前
記基準パターンに照明光を照射する照明手段と;前記基
準パターンから発生して前記投影光学系を通過した光束
を受光する受光手段と;該受光手段から出力される検出
信号に基づいて前記投影光学系の焦点位置を検出する焦
点位置検出手段とを備えたことを特徴とする投影露光装
置。 - 【請求項2】 マスクに形成されたパターンを、表面に
感光剤が塗布された基板上に結像投影する投影光学系
と、前記基板を保持して前記投影光学系の光軸と垂直な
面内で2次元移動可能な基板ステージとを備えた投影露
光装置において、 前記基板ステージの一部に設けられ、前記感光剤とほぼ
同一の屈折率を有し、かつ前記感光剤の膜厚に対応した
厚さの薄膜が形成された基準部材と;前記マスクの一部
に形成された基準パターンと;該基準パターンに照明光
を照射する照明手段と;前記基準パターンから発生して
前記投影光学系を介して前記基準部材に照射され、前記
基準部材を透過、または反射した光束を受光する受光手
段と;該受光手段から出力される検出信号に基づいて前
記投影光学系の焦点位置を検出する焦点位置検出手段と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項3】 前記薄膜は、前記感光剤の膜厚のほぼ半
分の厚さで形成されていることを特徴とする請求項1、
または2に記載の投影露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4243037A JPH0697038A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 投影露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4243037A JPH0697038A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 投影露光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697038A true JPH0697038A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17097910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4243037A Pending JPH0697038A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 投影露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697038A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11354639A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-24 | Lg Semicon Co Ltd | 半導体素子の多層配線構造の製造方法 |
| JP2005175400A (ja) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Canon Inc | 露光装置 |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP4243037A patent/JPH0697038A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11354639A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-24 | Lg Semicon Co Ltd | 半導体素子の多層配線構造の製造方法 |
| JP2005175400A (ja) * | 2003-12-15 | 2005-06-30 | Canon Inc | 露光装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5680200A (en) | Inspection apparatus and method for optical system, exposure apparatus provided with the inspection apparatus, and alignment apparatus and optical system thereof applicable to the exposure apparatus | |
| KR101247898B1 (ko) | 위치 검출 장치, 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 위치 검출 방법 및 노광 방법 | |
| US5140366A (en) | Exposure apparatus with a function for controlling alignment by use of latent images | |
| US7551262B2 (en) | Exposure apparatus having a position detecting system and a wavelength detector | |
| US7327449B2 (en) | Exposure apparatus inspection method and exposure apparatus | |
| US4870452A (en) | Projection exposure apparatus | |
| JPH07249558A (ja) | 位置合わせ方法 | |
| JPH0684757A (ja) | 投影露光装置 | |
| KR100588116B1 (ko) | 리소그래피장치 및 빔크기와 발산을 결정하는 방법 | |
| JPH0626833A (ja) | 結像特性の測定方法 | |
| JPH05175100A (ja) | 焦点位置検出装置 | |
| JP3736271B2 (ja) | マスク、投影光学系の検査方法及び露光方法、並びに、投影光学系の検査装置及び露光装置 | |
| JPH06120116A (ja) | ベストフォーカス計測方法 | |
| JPH0697038A (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH088157A (ja) | 投影露光装置 | |
| JP4055471B2 (ja) | 光学装置、位置検出装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 | |
| JP3313932B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH10172900A (ja) | 露光装置 | |
| JP3209284B2 (ja) | 投影光学装置 | |
| JPH0744138B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
| JPH06267818A (ja) | 投影露光装置 | |
| JP2003035511A (ja) | 位置検出装置、および該位置検出装置を備えた露光装置 | |
| JP3211246B2 (ja) | 投影露光装置及び素子製造方法 | |
| JP2884767B2 (ja) | 観察装置 | |
| JPH10289871A (ja) | 投影露光装置 |