JPH07201713A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 露光面の全ての位置で焦点深度を確保するこ
とができる露光装置及び露光方法を提供することを目的
とする。 【構成】 露光光２を照射する照明光学系１１と、露光
光２の光路に順に配置されるレチクルステージ１２，縮
小レンズ１３及び試料台１４と、レチクルステージ１２
に配置したレチクル５の投影面５ａの傾きを検出する第
１の検出手段１５と、試料台１４に載置した試料４の露
光面４ａの傾きを検出する第２の検出手段１６と、第１
の検出手段１５と第２の検出手段１６とから入力した露
光面４ａの傾きと投影面５ａの傾きとから投影面５ａの
傾きに対する露光面４ａの傾きを補正するように試料台
１４を駆動する補正手段１７を備えた露光装置であり、
レチクルの配置状態によって変動する結像面の傾きに合
わせて試料の露光面の傾きが補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光装置及び露光方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において基板上に
塗布したレジストをリソグラフィーによってパターン化
する際には、例えばステップアンドリピート式の縮小投
影露光装置を用いた露光を行っている。上記露光装置
は、例えば図３に示すように、露光光２を照射する照明
光学系３１が設けられている。そして露光光２の光路上
には、レチクルステージ３２，縮小レンズ３３及び試料
台３４が順に配置されている。また、縮小レンズ３３と
試料台３４との間には検出手段３５が配置され、試料台
３４には補正手段３６が接続されている。

【０００３】上記の照明光学系３１，レチクルステージ
３２及び縮小レンズ３３は、照明光学系３１から照射さ
れ縮小レンズ３３で縮小された露光光２が水平面で結像
するように配置されている。また、検出手段３５は、試
料台３４に載置した試料４の露光面４ａ側に配置され、
試料台３４に載置した試料４の露光面４ａの傾きを検出
するものである。そして、補正手段３６は、検出手段３
５で検出した露光面４ａの傾きをもとに露光光２が結像
する高さ位置で当該露光面４ａが水平になるように試料
台３４を動かすと共に、試料４の露光位置を移動させる
ものである。

【０００４】上記の露光装置３を用いた試料表面の露光
方法は、例えば図４に示す様に、レチクルをレチクルス
テージ上にロードすると共に、試料になるウエハを試料
台上にロードしてウエハの露光位置のアライメントを行
う。そして、当該露光面の傾きを上記検出手段で検出
し、この傾きを基にして補正手段で試料台の傾きを調節
してウエハの露光面を水平に補正する。その後、照明光
学系からの露光光の照射によってウェハの露光を行う。

【０００５】上記露光方法では、露光位置を移動する毎
に試料の露光面４ａの傾き補正し、これによって各露光
位置において試料の露光面と露光光の結像面とを一致さ
せて露光を行うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の露光装置は、照
明光学系から照射された露光光が水平面で結像するよう
にレチクルステージと照明光学系と縮小レンズとが配置
されている。しかし、レチクルステージに配置されるレ
チクルは、露光パターンを変えた露光を行う場合には交
換されるものであるため、例えばレチクルを交換する際
にレチクルステージとレチクルとの間に異物が挟まれた
場合には、レチクルが傾いた状態で露光装置に配置され
る。そして、照明光学系から照射された露光光はレチク
ルの傾きに合わせて傾いた面で結像する。これに対し
て、試料の露光面は水平に保たれるため、露光光の結像
面と試料の露光面とがずれた状態で露光が行われる。し
たがって、試料の露光面において焦点深度を確保するこ
とが困難になる。そして、上記露光方法では、露光装置
に配置されたレチクルの傾きを検出する工程が行われて
いないので、上記と同様に試料の露光面において焦点深
度を確保することが困難になる。

【０００７】近年、半導体装置の高集積化と高機能化に
伴い、デバイス構造の微細化と多層化が進展している。
このため、半導体装置の製造工程では表面段差が拡大し
たウエハ上に寸法精度の高いレジストパターンを形成す
ることが要求されている。したがって、上記のような焦
点深度の低下はデバイス構造の微細化を妨げる要因にな
る。

【０００８】そこで、本発明は露光面の全ての位置で焦
点深度を確保することができる露光装置及び露光方法を
提供することを目的とし、特に半導体装置においてはデ
バイス構造の微細化を図ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の露光装置は、レチクルを保持するレチクルス
テージ，当該レチクルステージに保持したレチクルに露
光光を照射する照明光学系，上記レチクルを通過した上
記露光光によって露光を行う試料を載置する試料台，レ
チクルステージに配置したレチクルの投影面の傾きを検
出する第１の検出手段，上記試料台に載置した試料の露
光面の傾きを検出する第２の検出手段、及び上記第１の
検出手段と第２の検出手段とから入力した上記露光面の
傾きと上記投影面の傾きとから当該投影面の傾きに対す
る上記露光面の傾きを補正するように上記試料台を駆動
する補正手段を備えている。

【００１０】そして、本発明の露光方法は、露光装置を
用いた露光方法であり以下の手順にしたがって行う。先
ず、投影露光装置のレチクルステージにレチクルを配置
し、当該レチクルの投影面の傾きを検出する。また、投
影露光装置の試料ステージに試料を配置してアライメン
トを行う。次いで、当該試料の露光面の傾きを検出した
後、露光面の傾きと上記投影面の傾きとから当該投影面
の傾きに対する上記露光面の傾きを補正する。その後、
レチクルに露光光を照射し、当該レチクルの投影面を通
過した露光光によって当該レチクルに形成されたパター
ンを上記試料の露光面に投影する。

【００１１】

【作用】上記露光装置の補正手段による試料台の駆動
は、レチクルの投影面の傾きに対する試料の露光面の傾
きを補正するように行われる。したがって、レチクルが
傾いた状態でレチクルステージに配置された場合には、
試料の露光面はレチクルの傾きに合わせて補正される。
そして、上記露光方法では、レチクルの傾きに対する試
料の露光面の傾きを補正した後に露光が行われる。した
がって、レチクルの配置状態によって変動する結像面の
傾きに合わせて試料の露光面の傾きを補正して露光が行
われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。先ず、図
１の構成図に基づいて、露光装置１の構成の一例を説明
する。露光装置１には、露光光２を照射する照明光学系
１１が設けられている。上記照明光学系１１から照射さ
れた露光光２の光路上には、レチクルステージ１２，縮
小レンズ１３及び試料台１４が順に配置されている。そ
して、照明光学系１１，レチクルステージ１２及び縮小
レンズ１３は、当該照明光学系１１から照射され縮小レ
ンズ１３を通過した露光光２が水平面で結像するように
構成されている。

【００１３】また、照明光学系１１とレチクルステージ
１２との間には第１の検出手段１５が配置され、縮小レ
ンズ１３と試料台１４との間には第２の検出手段１６が
配置されている。そして、試料台１４には補正手段１７
が接続されている。

【００１４】上記レチクルステージ１２は、レチクル５
を保持するものであり、例えばマスクパターンが形成さ
れたレチクル５の投影面５ａを水平に保つように形成さ
れている。縮小レンズ１３は照明光学系１１から照射さ
れレチクル５の投影面５ａを通過した露光光２を縮小す
るものである。また、試料台１４は、露光を行う試料４
を載置するものである。

【００１５】そして、第１の検出手段１５は、例えば検
出部１５１と反射鏡１５２と演算部１５３とを備えたも
のであり、レチクルステージ１２に載置したレチクル５
の投影面５ａの傾きを検出するものである。上記検出部
１５１は、反射鏡１５２で反射させた露光光２を検出す
るものである。上記反射鏡１５２は、当該反射鏡１５２
の一方の面から入射した露光光２を透過し、対する面か
ら入射した露光光２を反射するものである。この反射鏡
１５２は、照明光学系１１とレチクルステージ１２に配
置されたレチクル５との間で照明光学系１１から照射さ
れた露光光２の光路に配置される。そして、照明光学系
１１から照射された露光光２が当該露光光２を透過させ
る入射面に入射し、試料４の露光面４ａで反射した露光
光２が当該露光光２を反射させる入射面に入射するよう
に配置される。上記第１の検出部１５１及び反射鏡１５
２は、投影面５ａに対して３か所以上でかつそれぞれが
直線上に位置しない状態で配置されるように構成され
る。また、上記演算部１５３は、各検出部１５１に接続
され、検出部１５１で検出された露光光２の強度のデー
タと、次に説明する第２の検出部１６で検出した試料４
の露光面４ａの高さ位置とから投影面５ａの水平面に対
する傾きを算出するものである。

【００１６】そして、第２の検出手段１６は、発光部１
６１と受光部１６２とを備えたものであり、試料台１５
に載置した試料４の露光面４ａの傾きを検出するもので
ある。上記発光部１６１は、所定の角度及び高さ位置か
ら露光面４ａに向かって測定光６を発光するものであ
る。また、上記受光部１６２は、試料４の露光面４ａで
反射された測定光６を所定の角度及び高さ位置で受光す
るものである。上記第２の検出手段１６は、露光面４ａ
に対して３か所以上でかつそれぞれが直線状に位置しな
い状態で配置されるように構成されている。そして、露
光光２の光路を妨げない位置に配置される。

【００１７】また、補正手段１７は、駆動部１７１と制
御部１７２とを備えている。駆動部１７１は、試料台１
４と制御部１７２とに接続し、制御部１７２の制御によ
って試料台１４の傾斜と水平方向の位置とを動かすもの
である。制御部１７２は、第１の検出手段１５の演算部
１５３と第２の検出手段１６の受光部１６２とに接続さ
れている。そして、この制御部１７２は、第２の検出手
段１６で検出された露光面４ａの各点の高さ位置から露
光面４ａの水平面に対する傾きを求めると共に、ここで
求めた傾きと上記演算部１５３から入力したレチクル５
の投影面５ａの傾きとから露光光２の焦点範囲内で当該
露光面４ａが投影面５ａと平行になるように試料台１４
の傾きを制御する。

【００１８】上記構成の露光装置１では、レチクルステ
ージ１２にレチクル５を配置し、試料台１４に露光面４
ａを上に向けた状態で試料４を載置する。その後、照明
光学系１１から露光光２を照射することによって、レチ
クル５の投影面５ａに形成されているマスクパターン
（図示せず）が試料４の露光面４ａに縮小された状態で
投影される。

【００１９】また、上記露光装置１において、レチクル
ステージ１２に配置した状態のレチクル５の投影面５ａ
の傾きを検出する場合には、以下のようにする。先ず、
検査用のマスクパターンが３か所以上に形成されたレチ
クル５を用意する。上記検査パターンは、投影面の傾き
の検出精度を向上させるために、できるだけそれぞれの
間隔を広く取って配置する。そして、上記のように形成
されたレチクル５をレチクルステージ１２に配置する。
次いで、試料台１４に試料４として反射鏡を載置し、照
明光学系１１から露光光２を照射する。そして、試料４
の露光面４ａにおいてレチクル５の検査用のマスクパタ
ーンが投影された部分で反射した露光光２の強度をそれ
ぞれの検出部１５１でモニターする。その際、試料台１
４の高さ位置を変化させながら行う。そして、上記でモ
ニターした各検査箇所において露光光２の反射強度が一
番強い露光面の高さ位置を、各検査箇所での焦点高さと
する。そして、それぞれの焦点高さと検査箇所とから結
像面を求める。そして、平面に対する結像面のずれから
レチクル５の投影面５ａの傾きを算出する。尚、４か所
以上の検査箇所で焦点高さを測定するように第１の検出
手段１５を構成した場合には、最小二乗近似法のような
近似法を用いて最良の結像面を求め、これに対応させて
レチクル５の投影面５ａの傾きを決定する。

【００２０】上記露光装置１は、レチクル５が水平に配
置された状態で結像面が水平になるように構成されてい
る。そして、補正手段１７は、レチクル５の投影面５ａ
と試料４の露光面４ａとが平行になるよう構成されてい
る。したがって、レチクル５が傾いた状態でレチクルス
テージ１２に配置された場合において試料４の露光面４
ａを補正した状態では、上記露光面４ａは結像面と一致
した状態になっている。

【００２１】次に、上記露光装置３を用いた露光方法
を、上記図１と図２に示すフローチャートに基づいて説
明する。露光を行う試料４としてはウエハを用いること
とする。先ず、第１の工程中のステップ１（Ｓ２０１）
では、レチクルロードとしてレチクル５をレチクルステ
ージ１２に配置する。ここで用いるレチクル５は、露光
を行うマスクパターンと共に四隅に検査用のマスクパタ
ーンが形成されたものを用いる。そして、ステップ２
（Ｓ２０２）では、上記で示したようにして第１の検出
手段１５によってレチクルステージ１２に配置したレチ
クル５の投影面５ａの水平面に対する傾きを検出する。

【００２２】また、第２の工程中のステップ３（Ｓ２０
３）では、ウエハロードとして露光を行うウエハを試料
４として試料台１４に載置する。そして、ステップ４
（Ｓ２０４）では、ウエハの露光位置のアライメントを
行う。ここでは、例えば、ウエハの露光面内の数カ所を
サンプリングし、この複数の露光位置についてアライメ
ントを行う。

【００２３】次いで、第３の工程としてステップ５（Ｓ
２０５）では、第１の検出手段１５によって露光位置に
おけるウエハの露光面４ａの傾きを検出する。

【００２４】そして、第４の工程としてステップ６（Ｓ
２０６）では、補正手段１７で試料台１４の傾きを調節
することによって、露光面４ａがレチクル５の投影面５
ａと平行になるように露光面４ａを補正する。露光面４
ａの補正は、露光の焦点高さの範囲で行う。

【００２５】その後、第５の工程としてステップ７（Ｓ
２０７）で、照明光学系１１からレチクル５に露光光２
を照射し、レチクル５を通過した露光光２によってウエ
ハの露光面に対して露光を行う。

【００２６】上記露光方法では、レチクルが水平に配置
された状態で結像面が水平になるよ１に構成された露光
装置１を用いた露光において、レチクル５の投影面５ａ
と試料４の露光面４ａとが平行になるように露光面を補
正した後に露光が行われる。したがって、レチクル５が
傾いた状態でレチクルステージ１２に配置されることに
よる結像面の傾きに合わせるように試料４であるウエハ
の露光面４ａの傾きが補正された状態で露光が行われ
る。

【００２７】尚、一枚のウエハの露光面に複数の露光シ
ョットを形成するように露光を行う場合には、次のステ
ップ８（Ｓ２０８）で、露光位置を移動して同様の露光
を行うか否かの判断を行う。そして、行うと判断した場
合には、予めアライメントを行った情報に基づいて、こ
こでは図示しないステップにおいて露光位置を移動した
後、ステップ５（Ｓ２０５）に戻っててその位置でのウ
エハの露光面の傾きを検出し、以降の工程を繰り返す。
る。ただし、露光位置を移動する毎にウエハのアライメ
ントを行う場合には、ここでは図示しないステップにお
いて露光位置を移動した後、ステップ４（Ｓ２０４）に
戻ってアライメントを行い、以降の工程を繰り返す。

【００２８】また、上記実施例で示した露光装置では、
複数の検査箇所での焦点高さを求めることによって結像
面を検出し、これによってレチクルの投影面の傾きを算
出する検出手段を用いた。しかし本発明はこれに限るも
のではなく、例えば、露光面４ａの傾きを検出する検出
手段と同様に、測定光をレチクルの投影面で反射させて
レチクルの投影面の傾きを直接算出する手法を用いた検
出手段でも良い。さらに、第１の検出手段の演算部は、
補正手段の制御部に組み入れることが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の露光装置
によれば、レチクルの投影面の傾きを考慮して試料の露
光面の傾きを補正することができるため、レチクルの投
影面の傾きによって傾いた結像面に試料の露光面を合わ
せる状態で配置することが可能になる。したがって、露
光の際には露光面における焦点深度を確保することが可
能になる。そして、上記露光方法によれば、レチクルの
傾きに対して試料の露光面の傾きを補正した後に露光を
行うことによって、結像面と露光面とのずれを防止した
露光を行うことができる。このため、露光の際に露光面
で焦点深度を確保することができ、半導体装置の製造工
程においては段差形状の上面に寸法精度の高いレジスト
パターンを形成することが可能になる。したがって、デ
バイス構造の微細化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の露光装置の構成図である。

【図２】実施例の露光方法を示すフローチャートであ
る。

【図３】従来の露光装置の構成図である。

【図４】従来の露光方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 露光装置 ２ 露光光 ４ 試料 ４ａ 露光面 ５ レチクル ５ａ 投影面 １１ 照明光学系 １２ レチクルステージ １４ 試料台 １５ 第１の検出手段 １６ 第２の検出手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レチクルを保持するレチクルステージ
   と、 当該レチクルステージに保持したレチクルに露光光を照
   射する照明光学系と、 前記レチクルを通過した前記露光光によって露光を行う
   試料を載置する試料台と、 前記レチクルステージに配置したレチクルにおける投影
   面の傾きを検出する第１の検出手段と、 前記試料台に載置した試料の露光面の傾きを検出する第
   ２の検出手段と、 前記試料台に接続するものであって、前記第１の検出手
   段と前記第２の検出手段とから入力した前記露光面の傾
   きと前記投影面の傾きとから当該投影面の傾きに対する
   前記露光面の傾きを補正するように当該試料台を駆動す
   る補正手段とを備えたことを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 露光装置を用いた露光方法であって、 投影露光装置のレチクルステージにレチクルを配置し、
   当該レチクルの投影面の傾きを検出する第１の工程と、 前記投影露光装置の試料ステージに試料を配置してアラ
   イメントを行う第２の工程と、 前記試料の露光面の傾きを検出する第３の工程と、 前記露光面の傾きと前記投影面の傾きとから、当該投影
   面の傾きに対する前記露光面の傾きを補正する第４の工
   程と、 前記レチクルに露光光を照射し、当該レチクルの投影面
   を通過した露光光によって当該レチクルに形成されたパ
   ターンを前記試料の露光面に投影する第５の工程とを行
   う工程とを行うことを特徴とする露光方法。