JPH1050593A

JPH1050593A - 投影露光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH1050593A
Application number: JP8220340A
Authority: JP
Inventors: Kiyonari Miura; 聖也三浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ面の位置を高精度に検出し、レチクル
面上のパターンを投影光学系によりウエハ面上に高い光
学性能を有して投影することのできる投影露光装置及び
それを用いたデバイスの製造方法を得ること。【解決手段】照明手段からの露光光で照明した第１物
体面上のパターンを投影光学系により可動ステージに載
置した第２物体面上に投影する投影露光装置において、
該可動ステージ上に反射面を該第１物体面と略同一面上
に基準マークを各々設け、該反射面が該投影光学系の結
像面に対して傾斜した状態で該基準マークを照明し、該
基準マークを該投影光学系を介して該反射面に投影し、
該反射面で反射した光束を該投影光学系と該基準マーク
を介して受光手段で該可動ステージを該反射面の傾斜方
向に駆動させながら受光し、該受光素子からの信号を用
いて制御手段により該投影光学系の結像位置情報を求め
ていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置及び
それを用いたデバイスの製造方法に関し、例えばＩＣや
ＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや
液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイス
を製造する工程のうち、リソグラフィー工程において使
用される投影露光装置や走査型の投影露光装置において
レチクル等の第１物体面上のパターンをウエハ等の第２
物体面上に投影光学系により投影する際のウエハの光軸
方向の位置合わせ（焦点合わせ）を行う場合に好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レチクル面上のパターンを投
影光学系によりウエハ面上に投影する工程を介して半導
体デバイスを製造する際には投影光学系の結像面にウエ
ハを精度良く位置させることが重要になっている。

【０００３】投影光学系の結像位置にウエハを位置させ
る結像面位置の検出方法が、例えば特開昭５７−２１２
４０６号公報で提案されている。

【０００４】同公報の結像面位置の検出方法では、投影
レンズ（投影光学系）の物体位置に設定された回路パタ
ーンの形成された転写物体（レチクル）上にスリット又
はピンホール状の透過するマークを設置している。又３
次元方向に移動可能なステージ（ＸＹＺステージ）上の
結像位置の近傍に被転写物体（ウエハ）を設定してい
る。そして露光光と同じ波長の光束をレチクル上に入射
させている。レチクル上のスリット又はピンホールを透
過した光束が投影レンズを透過した後にウエハ上で反射
され、投影レンズを逆方向に透過してレチクル上のスリ
ット又はピンホール上に再結像するようにしている。

【０００５】このとき、スリット又はピンホールを透過
して光検出器で検出される光量は最良のフォーカス位置
（ピント位置）にウエハ（反射面）が配置されたときに
最も多くなる。しかしウエハの位置が光軸上でピント位
置から離れると再結像した像が不鮮明となり像が広がる
（ぼける）ため、スリット又はピンホールでけられる光
束が増え、透過する光量が減るために光検出器で検出さ
れる光量が減少する。このような現象に基づき、この光
量が最も多くなる位置にステージを上下動することによ
り結像位置を検出し、即ちフォーカス位置合わせを行っ
ている。このときウエハの代わりに反射面を使用した場
合には反射面の上面とウエハとの差を補正してステージ
を駆動するか、本装置とは独立して装備されたフォーカ
ス位置検出装置、例えば斜入射光学系を用いたギャップ
センサーを使用することにより、ウエハの表面をステー
ジを上下動することにより反射面の表面の位置合わせを
行うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】同公報で提案されてい
る投影光学系の結像面位置の検出方法、即ちフォーカス
検出では１回のフォーカス計測を行うために反射面を設
置したステージを光軸方向に多数回、移動しなければな
らないために時間がかかり、スループットの低下を招く
という欠点があった。

【０００７】本発明は、第１物体としてのレチクル面上
のパターンを投影光学系で第２物体としてのウエハ面上
に投影する際、投影光学系の結像面（フォーカス位置）
を光軸方向にステージを移動走査をすることなしに、短
時間に、しかも高精度に検出することができ、高集積度
の半導体デバイスを容易に製造することができる投影露
光装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法の提
供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の投影露光装置
は、（１−１）照明手段からの露光光で照明した第１物体面
上のパターンを投影光学系により可動ステージに載置し
た第２物体面上に投影する投影露光装置において、該可
動ステージ上に反射面を該第１物体面と略同一面上に基
準マークを各々設け、該反射面が該投影光学系の結像面
に対して傾斜した状態で該基準マークを照明し、該基準
マークを該投影光学系を介して該反射面に投影し、該反
射面で反射した光束を該投影光学系と該基準マークを介
して受光手段で該可動ステージを該反射面の傾斜方向に
駆動させながら受光し、該受光素子からの信号を用いて
制御手段により該投影光学系の結像位置情報を求めてい
ることを特徴としている。

【０００９】特に、(1-1-1) 前記投影光学系を介さずに
反射面上に光束を投光する投光手段と、該反射面からの
反射光束を受光手段で受光する受光手段とを有する位置
検出手段を設け、該位置検出手段により該反射面の該投
影光学系の光軸方向の面位置情報を検出していること、
(1-1-2) 前記制御手段で求めた結像位置情報を用いて前
記位置検出手段で得られる面位置情報のキャリブレーシ
ョンを行っていること、(1-1-3) 前記反射面は前記投影
光学系の結像面に対して傾斜した傾斜反射面より成って
いること、(1-1-4) 前記反射面は前記可動ステージを回
動駆動させて前記投影光学系の結像面に対して傾斜させ
ていること等を特徴としている。

【００１０】（１−２）照明手段からの露光光で照明し
た第１物体面上のパターンを投影光学系により可動ステ
ージに載置した第２物体面上に投影する投影露光装置に
おいて、可動ステージ上に、複数の基準マークが設けら
れた基準面を設け、該基準面が該投影光学系の結像面に
対して傾斜した状態で該基準マークを照明し、投影光学
系と該第１物体面を介して該基準マークの画像を受光手
段で受光しながら、該可動ステージを該基準面の傾斜方
向に駆動させ、該受光手段からの信号を用いて制御手段
により該投影光学系の結像位置情報を求めていることを
特徴としている。

【００１１】本発明の走査型の投影露光装置は、（２−１）第１可動ステージに載置した第１物体面上の
パターンを投影光学系により第２可動ステージに載置し
た第２物体面上に走査手段により該第１，第２可動ステ
ージを該投影光学系の撮影倍率に対応させた速度比で同
期させて走査させながら投影露光する走査型の投影露光
装置において該第１可動ステージ上に基準プレートを該
第２可動ステージ上に反射面を各々設け、該反射面が該
投影光学系の結像面に対し傾斜した状態で該基準プレー
トを照明し、該基準プレートを該投影光学系を介して該
反射面上に投影し、該反射面で反射した光束を該投影光
学系と該基準プレートを介した後に受光手段で該第２可
動ステージを該反射面の傾斜方向に駆動させながら受光
し、該受光素子からの信号を用いて制御手段により該投
影光学系の結像位置情報を求めていることを特徴として
いる。

【００１２】特に、(2-1-1) 前記投影光学系を介さずに
反射面上に光束を投光する投光手段と、該反射面からの
反射光束を受光手段で受光する受光手段とを有する位置
検出手段を設け、該位置検出手段により該反射面の該投
影光学系の光軸方向の面位置情報を検出していること、
(2-1-2) 前記制御手段で求めた結像位置情報を用いて前
記位置検出手段で得られる面位置情報のキャリブレーシ
ョンを行っていること、(2-1-3) 前記反射面は前記投影
光学系の結像面に対して傾斜した傾斜反射面より成って
いること、(2-1-4) 前記反射面は前記第２可動ステージ
を回動駆動させて前記投影光学系の結像面に対して傾斜
させていること等を特徴としている。

【００１３】（２−２）第１可動ステージに載置した第
１物体面上のパターンを投影光学系により第２可動ステ
ージに載置した第２物体面上に走査手段により該第１，
第２可動ステージを該投影光学系の撮影倍率に対応させ
た速度比で同期させて走査させながら投影露光する走査
型の投影露光装置において該第１可動ステージ上に該投
影光学系の結像面に対して傾斜した反射面を、該第２可
動ステージ上に基準プレートを各々設け、該基準プレー
トを照明し、該基準プレートを該投影光学系を介して該
反射面上に投影し、該反射面で反射した光束を該投影光
学系と該基準プレートを介した後に受光手段で該第１可
動ステージ又は該第２可動ステージを該反射面の傾斜方
向に駆動させながら受光し、該受光素子からの信号を用
いて制御手段により該投影光学系の結像位置情報を求め
ていることを特徴としている。

【００１４】特に、(2-2-1) 前記投影光学系を介さずに
反射面上に光束を投光する投光手段と、該反射面からの
反射光束を受光手段で受光する受光手段とを有する位置
検出手段を設け、該位置検出手段により該反射面の該投
影光学系の光軸方向の面位置情報を検出していること、
(2-2-2) 前記制御手段で求めた結像位置情報を用いて前
記位置検出手段で得られる面位置情報のキャリブレーシ
ョンを行っていること等を特徴としている。

【００１５】本発明のデバイスの製造方法は、構成（１
−１）の投影露光装置、（２−１）又は（２−２）の走
査型の投影露光装置を用いてレチクルとウエハとの位置
合わせを行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ
面上に投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を
介してデバイスを製造していることを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の投影露光装置の実
施形態１の要部概略図、図２は図１の一部分の説明図で
ある。

【００１７】同図において８００は露光照明系（照明手
段）であり、第１物体としてのレチクル１を照明すると
共に該露光照明系８００からの光束で後述する基準マー
ク５０を照明している。基準マーク５０は図４に示すよ
うに、Ｘ方向とＹ方向に複数のスリット開口を配列した
構成より成っている。露光照明系８００は例えば露光照
明系の絞り、超高圧水銀ランプ、シャッター、光学系等
から構成されている。

【００１８】１は第１物体としてのレチクル（フォトマ
スク）であり、レチクル１の下面にはクロム蒸着等で形
成した回路パターン１ａが設けてある。１ｂはレチクル
１を保持し、ＸＹ方向に移動可能なレチクルステージ
（レチクルホルダ）である。レチクルホルダ１ｂはレチ
クル１を吸着保持して第１直交座標系のＸＹ平面と平行
な平面内の第２の直交座標系ＸＹにて２次元移動してい
る。尚、第２直交座標系ＸＹの原点は投影レンズ２の光
軸である。

【００１９】２は投影レンズ（投影光学系）であり、露
光照明系８００によって照明されたレチクル１の回路パ
ターン１ａを第２物体としてのウエハ３に投影してい
る。３ａはウエハホルダであり、ウエハ３を吸着保持し
ている。５は可動ステージ（ＸＹステージ，ウエハステ
ージ）であり、ウエハホルダ３ａをチルト駆動手段９０
０によってＺ軸回りに微小回転駆動（θ駆動）し、Ｚ方
向へ微小駆動（Ｚ駆動）し、Ｘ軸とＹ軸回りに微小回転
駆動（チルト駆動）するとともに、駆動制御手段１００
０によって第１直交座標系ＸＹ方向へ２次元駆動してい
る。５ａは定盤である。

【００２０】８１ａは干渉用ミラーであり、ステージ５
に固定されており、その位置を干渉計（レーザ干渉計）
８１でモニターするためのものである。尚、干渉計ミラ
ー８１ａと干渉計８１は紙面と垂直方向（Ｙ方向）にも
同様に配置している。そして２つの干渉計からのレーザ
光が投影レンズ２の光軸上で一致するように設定してい
る。干渉計ミラー８１ａと干渉計８１から得られる信号
を用いてＸＹ駆動制御系１０００によりウエハ３を常に
所定の位置となるように位置決めしている。

【００２１】即ち、ＸＹステージ５の移動中あるいは静
止中に装置に予め設定された第１直交座標系ＸＹの原点
である投影レンズ２の光軸に対するＸＹステージ５の位
置を逐次計測して、これによりＸＹステージ制御系１０
００によりＸＹステージ５を所定の位置に位置決めして
いる。

【００２２】１２は反射面プレートであり、反射面（傾
斜反射面）１２ａを有しステージ５に設けている。反射
面プレート１２の反射面１２ａは投影レンズ２の像面に
対して所定角度θだけＸ方向にＹ軸回りに傾けている。
反射面１２ａの中心の高さ（Ｚ方向位置、光軸方向位
置）はウエハ３の表面の高さと略同じである。

【００２３】３３ａは投光手段であり、ウエハ３即ち反
射面１２ａの光軸方向の面位置を検出するためにウエハ
３に塗布したフォトレジストを感光させない光束で反射
面１２ａを斜方向から照射している。３３ｂは受光手段
（ギャップセンサー）であり、投影レンズ２を介さずに
投影レンズ２とウエハ３あるいは反射面１２ａとの間の
光軸方向の距離を計測している。

【００２４】投光手段３３ａとギャップセンサー３３ｂ
は位置検出手段の一要素を構成している。ギャップセン
サー３３ｂは投影レンズ２に対するウエハ３の表面の高
さ（面位置情報）を検出し、その検出値が所定のベスト
フォーカス値Ｚａ（投影レンズ２の像面の高さを示す所
定の指令値）になるようにステージ５はウエハ３をＺ駆
動している。これによりレチクル１の回路パターン１ａ
の投影像をウエハ３の表面に結像している。即ち焦点合
わせをして常にコントラストの高い投影像が転写できる
ようにしている。尚、所定のベストフォーカス値Ｚａの
設定の方法は後述する。

【００２５】尚、本実施形態においては、この間の距離
をレベリング計測で行うことも可能である。

【００２６】１００はフォーカス計測光学系であり、投
影レンズ２の結像位置、即ちベストフォーカス位置を検
出している。

【００２７】次にフォーカス計測光学系１００を構成す
る各要素について順次説明する。２００は光ファイバー
あるいは引き回し光学系であり、露光照明系８００から
の光束をフォーカス計測光学系１００に導光している。
２００ａはシャッター、２００ｂは入射光量を調整する
ためのＮＤフィルターであり、光路に対し出し入れ可能
な構造になっている。１０２ａ，１０２ｂはフォーカス
計測のための照明光学系（集光レンズ）である。１０５
はハーフミラーである。１０４は集光レンズ、１０３は
受光素子（受光手段）である。１１００は焦点位置検出
制御手段（制御手段）である。

【００２８】照明光学系８００からの一部の光束は、フ
ァイバー２００、シャッター２００ａ、ＮＤフィルター
２００ｂを介して集光レンズ１０２ｂで集光されてハー
フミラー１０５に入射している。ハーフミラー１０５で
反射した光束は集光レンズ１０２ａを経てミラー１０６
で反射されて方向を変えられた後、基準マーク５０を照
明している。基準マーク５０は投影光学系２を介してウ
エハステージ５上に設けられた反射面プレート１２上に
結像している。尚、本実施形態では基準マーク５０を照
明光学系８００以外の照明系からの光束で照明しても良
い。

【００２９】本実施形態ではレチクル面１又はレチクル
面と等価な位置に基準マーク５０を配置し、ウエハステ
ージ５上に傾斜を有する反射面１２を配置し、基準マー
ク５０からの像を傾斜を有する反射面１２に投影し、傾
斜を有する反射面１２からの反射光束を投影レンズ２と
基準マーク５０を介して光電変換素子１０３へ導く構成
とし、傾斜を有する反射面１２が配置されているウエハ
ステージ５を、傾斜を有する方向に水平方向に連続走査
させることで、投影レンズ２の光軸方向の最適面位置を
検出するようにしている。

【００３０】次に本実施形態において投影露光装置（投
影光学系２）の結像面位置の検出方法の原理について説
明する。

【００３１】始めに、駆動制御手段１０００によりウエ
ハステージ５を駆動させ、反射面プレート１２を投影光
学系２を介してレチクル１上の基準マーク５０の下に位
置させる。照明光学系８００からの光束の一部をファイ
バー２００で導光し、フォーカス計測光学系１００によ
って集光して基準マーク５０を照明する。基準マーク５
０を通過した光束は投影光学系２を経た後、反射面プレ
ート１２上の傾斜した反射面１２ａに集光し、反射面１
２ａで反射される。反射面プレート１２の反射面１２ａ
で反射された光束は元の光路を戻り、再び投影光学系２
を経て基準マーク５０面上に集光する。このとき一部の
光束は基準マーク５０を通過した後、ミラー１０６、集
光レンズ１０２、ハーフミラー１０５、集光レンズ１０
４を通り受光素子１０３上に入光する。尚、受光素子１
０３は単なる光量検出用の光電変換素子で構わない。基
準マーク５０と受光素子１０３は共役関係にある。この
状態でウエハステージ５上の反射面プレート１２の傾斜
反射面１２ａの傾きを一定に保ちながら投影光学系２の
焦点面と予想される位置を挟んで駆動制御手段１０００
によりＸ方向にウエハステージ５を駆動させる。

【００３２】今、図２（Ｂ）から図２（Ａ）に示すよう
に、ウエハステージ５をＸ方向にΔＸだけ駆動させる
と、傾斜反射面１２ａ上での光束の反射位置がＺ方向に
ΔＺだけ変化する。Ｘ駆動によるＺ方向のＺ変化量は、
Ｚ変化量：ΔＺ、Ｘ駆動量：ΔＸ、傾斜反射面１２ａの
傾き：θとすると、以下の通りとなる。

【００３３】ΔＺ＝ΔＸ×ｔａｎθ 計測分解能は傾斜量が１’の場合、３４００倍程度（＝
１／ｔａｎ１’）緩くなることがわかる。またＺ方向に
他段階にわたって駆動させることに比べて、本発明では
Ｘ方向にラフに連続走査することが可能なため計測分解
能も格段に向上する。基準マーク５０の領域は反射面の
領域に対して微少であり、図中ではほとんど点として考
えられる。

【００３４】検出用光束が当たっている傾斜反射面１２
ａのＺ位置は、面位置検出機構３３（３３ａ，３３ｂ）
によりモニターされ焦点位置検出制御手段（制御手段）
１１００により記憶している。このとき同時に受光素子
１０３の光電変換出力もモニターして焦点位置検出制御
手段１１００に記憶している。これらからの情報から、
図５に示すようなＺ方向の変化に対する光電変換出力の
変化が得られる。この光電変換出力が最大値となるＺ方
向の位置B.F.が基準マーク５０の最良結像位置となる。
受光素子１０３からの信号を用いて焦点位置検出制御手
段１１００により基準マーク５０の最良結像面位置を決
定し、露光領域の最良結像面位置の算出を行っている。

【００３５】ここで求められた最良結像面位置を用い
て、面位置検出機構３３の面位置の原点を補正して焦点
位置検出制御手段１１００に記憶させることにより、投
影光学系２の像面位置と面位置検出機構３３の面位置の
キャリブレイションを行っている（キャリブレイション
終了後、照明系の露光光の照射は止められる。）。焦点
位置検出制御手段１１００は、このキャリブレイション
された面位置検出機構３３の面位置にパターン転写を行
う際のウエハ３の投影光学系２の光軸方向の表面位置を
合わせ込むものである。前記傾斜反射面１２ａの傾斜角
度は設計上任意である。例えば計測に使用する傾斜反射
面１２ａの傾斜量を１分に設定すれば、±６．９ｍｍ程
度のＸスキャンにてフォーカス方向（Ｚ方向）に±２μ
ｍの光量変化を測定することができる。

【００３６】反射面プレート１２の大きさは傾斜方向の
長さが２０ｍｍ程度あれば十分である。非傾斜方向につ
いては任意である。基準マーク５０の大きさについて
は、電気処理上の計測に必要な光量が十分に足りてさえ
いれば、なるべく領域が小さくなることが好ましい。そ
うすることでレチクル１上におけるマーク占有面積を小
さくすることができる。レチクル１上において□５００
μｍ程度で十分であり、１／５の投影倍率を持つ投影光
学系２の場合、ウエハステージ５上の反射面上では□１
００μｍ程度となる。微小な基準マークをレチクル１上
の任意の位置に複数個配置し、個々の点における焦点位
置を検出することで、投影光学系２が有する残存収差等
（像面湾曲等）を計測することも可能である。

【００３７】傾斜反射面１２ａの非傾斜方向にマーク領
域を長くすると、検出光量を大きくすることができる。
また傾斜反射面１２ａが傾斜を有するために、戻り反射
光束が投影光学系２内の開口絞り等によってけられ、検
出光量の低下が懸念されるが、これは以下の理由にて無
視できる。

【００３８】投影光学系２のＮＡは０．４〜０．６であ
り、立体角の半角では２４°〜３７°に相当する。それ
に対して傾斜反射面１２ａの傾斜角度を１’に設定した
場合、反射戻り光束の角度変化は、２’（＝０．０３
°）である。けられによる光量低下率はおおよそ以下の
通りとなる。

【００３９】１００×０．０３／２４＝０．１２５％従って、検出光量の変化を検出する場合には無視できる
量となる。

【００４０】キャリブレイションを行うタイミングであ
るが、逐次一括露光型縮小投影露光装置では、アライメ
ント時や、ウエハ送り込み時等、ステージを水平方向に
駆動させる一連の動作中に同時に行っても良い。

【００４１】図６はウエハステージ５上における反射面
プレート１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の配置例であ
る。ウエハ３の周辺において、投影光学系２を介さない
斜入射の面位置検出機構３３により検出可能な位置であ
れば配置位置は任意である。反射面パターン１２をウエ
ハステージ５上に複数個設け、各々の傾斜方向を直交さ
せるように配置させれば、計測時のステージ走査方向に
ついてはＸ，Ｙ両方向に任意に選択可能となる。反射面
パターン１２をウエハステージ５上に複数個設け、各々
の傾斜角度を異なった量に設定しておくことで、検出分
解能と検出時間に見合った計測を選択するようにしても
良い。

【００４２】図３は本発明の投影露光装置の実施形態２
の要部概略図である。同図において図１に示す要素と同
一要素には同符番を付している。

【００４３】先の実施形態１では反射面プレート１２の
反射面１２ａが傾斜を有している場合について説明した
が、本実施形態では反射面プレート１３を平行平面板と
し、反射面１３ａも傾きのない反射面としている。そし
て投影光学系２を介さない斜入射の面位置検出機構３３
において傾き量をモニターしながら、ウエハステージ５
全体をチルト駆動手段９００で傾き駆動させ、傾き量を
保ったまま、実施形態１と同様に水平（Ｘ又はＹ）方向
に走査させることで、Ｚ方向の焦点位置検出を行ってい
る。

【００４４】この場合、反射面１３ａの傾斜角度を任意
に設定することが可能であり、検出分解能と検出時間に
見合った計測を選択することが可能である。反射面１３
ａの傾斜角度は投影光学系２を介さない斜入射の面位置
検出機構３３により傾斜量をモニターしながら設定する
ことが可能である。

【００４５】図８は本発明の走査型の投影露光装置の実
施形態３の要部概略図である。同図において図１で示し
た要素と同一要素には同符番を付している。

【００４６】本実施形態ではレチクル１とウエハ３とを
投影光学系２の結像倍率に応じて同期をとりながら所定
の速度比で走査（スキャン）させながら投影露光を行っ
ている。

【００４７】図８において、露光パターンの形成された
レチクル１はレーザー干渉計８０と駆動制御手段１００
０によってＸ方向に駆動制御されるレチクルステージ
（第１可動ステージ）４に載置されている。レチクルス
テージ４はＺ方向の位置を投影光学系２に対して一定に
保った状態でＸ方向に駆動する。感光基板であるウエハ
３はレーザー干渉計８１と駆動制御手段１０００によっ
てＸＹ方向に駆動制御されるウエハステージ（第２可動
ステージ）５に載置されている。更にウエハステージ５
はＺ方向の位置及び傾きが投影光学系２に対して駆動制
御可能となっている。

【００４８】このレチクル１とウエハ３は投影光学系２
を介して光学的に共役な位置に置かれており、不図示の
照明系からＹ方向に長いスリット上の露光光束６がレチ
クル１上に形成されている。このレチクル１上の露光光
束６は投影光学系２の投影倍率に比した大きさのスリッ
ト状の露光光束６’をウエハ３上に形成するものであ
る。走査型の縮小投影露光装置は、このスリット状の露
光光束６及び６’に対してレチクルステージ４とウエハ
ステージ５の双方を光学倍率に応じた速度比でＸ方向に
動かし、スリット状の露光光束６及び６’がレチクル１
上のパターン転写領域５１とウエハ３上のパターン転写
領域２２を走査することによって行っている。

【００４９】図８においてレチクルステージ４上には、
図９に示すパターンの形成されたプレート１０，１１
（基準プレート）が載置されている。基準プレート１
０，１１上にはマーク（基準マーク）５０，５１が配置
してあり、このマーク５０，５１はレチクル１のパター
ン描画面と同じ高さにある。マーク５０は例えばガラス
基板上にＣｒ蒸着で形成された一部透過性を持つライン
アンドスペースよりなり、基準プレート１０，１１上の
異なる位置５０ａ〜５０ｃ，５１ａ〜５１ｃに配置して
いる。異なる位置に複数のマークを配置するのは、投影
光学系２のスリット長手方向の像面変化を検出するため
である。

【００５０】またマーク５０，５１上にはハーフミラー
１０１（１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ），１１１（１
１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ）、集光レンズ１０２（１
０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ），１１２（１１２ａ，１
１２ｂ，１１２ｃ）及び受光素子１０３（１０３ａ，１
０３ｂ，１０３ｃ），１１３（１１３ａ，１１３ｂ，１
１３ｃ）が配置されている。ハーフミラー、集光レン
ズ、及び受光素子は、マーク５０の複数位置５０ａ〜５
０ｃ，５１ａ〜５１ｃに対応して個別に複数個設けてい
る。

【００５１】一方ウエハステージ５上には所定の傾斜を
有する反射面プレート１２が載置されている。この反射
面プレート１２の表面（反射面）１２ａはウエハ３の表
面と略同じ高さにある。投影光学系２の光軸上における
ウエハ３の表面位置は斜入射の面位置検出機構３３によ
り検知されている。面位置検出機構３３はＺ方向の位置
及び傾きが検出可能なものである。

【００５２】次に本実施形態の走査型の投影露光装置の
キャリブレイションについて説明する。キャリブレイシ
ョンはマーク５０又は５１のどちらを使っても差し支え
なく、以下は基準プレート１０のマーク５０（５０ａ，
５０ｂ，５０ｃ）を用いた場合について説明する。

【００５３】始めに、駆動制御手段１０００によりレチ
クルステージ４とウエハステージ５を駆動させ、レチク
ルステージ４上の基準プレート１０及びウエハステージ
５上の反射面プレート１２を投影光学系２の光軸上に位
置させる。このとき基準プレート１０上のマーク５０ａ
〜５０ｂはスリット状の露光光束６により照明される領
域内に一致するようにする。不図示の照明系より照明光
を照射する。照明光はハーフミラー１０１を通り基準プ
レート１０上のマーク５０を照明する。マーク５０を通
過した光束は投影光学系２を経た後、反射面プレート１
２上に集光し反射される。反射面プレート１２で反射さ
れた光束は再び投影光学系２を経てマーク５０に集光す
る。このとき一部の光束はマーク５０を通過してハーフ
ミラー１０１で反射された後、集光レンズ１０２を通り
受光素子１０３上に入光する。

【００５４】この状態でウエハステージ５上の反射面プ
レート１２の傾きを一定に保ちながら、投影光学系２の
焦点面と予想される位置を挟んで、駆動制御手段１００
０によりＸ方向にウエハステージ５を駆動させている。
ウエハステージ５のＸ方向の駆動位置は、面位置検出機
構３３によりモニターされ焦点位置検出手段１１００に
より記憶している。このとき同時に受光素子１０３の光
電変換出力もモニターされ焦点位置検出制御手段１１０
０に記憶している。

【００５５】また受光素子１０３（１０３ａ〜１０３
ｃ）は基準プレート１０上のマーク５０ａ〜５０ｂに対
応した受光素子１０３ａ〜１０３ｃの出力が得られる。
この受光素子１０３ａ〜１０３ｃからの光電変換出力が
最大値となるＺ方向の位置が各々のマーク５０ａ〜５０
ｃの最良結像位置である。焦点位置検出制御手段１１０
０により、このマーク５０ａ〜５０ｃの各々の最良結像
位置を決定し、スリット状の露光領域６’の傾きを含め
た最良結像面位置の算出を行っている。

【００５６】ここで求められた最良結像面位置を用い
て、面位置検出機構３３の面位置の原点を補正して焦点
位置検出制御手段１１００に記憶させることにより、投
影光学系２の像面位置と面位置検出機構３３の面位置の
キャリブレイションを行っている（キャリブレイション
終了後、照明系の露光光の照明を止めている。）。焦点
位置検出制御手段１１００は、このキャリブレイション
された面位置検出機構３３の面位置にパターン転写を行
う際、ウエハ３の露光領域２２の表面位置を合わせ込む
ものである。

【００５７】キャリブレイションを行うタイミングであ
るが、ウエハ３へのパターン転写の一連動作中に行って
も良いし、パターン転写の動作と独立に行うものでも良
い。またマーク５０及び５１のどちらを用いてキャリブ
レイションを行っても構わないが、キャリブレイション
を行おうとしたときのレチクルステージ４の位置は常に
Ｘ方向の駆動中心にあるとは限らないので、レチクルス
テージ４のＸ方向の移動が少なくてすむ方のマークを用
いてキャリブレイションを行えばスループットを向上で
きるのでより望ましい（縮小投影であるためレチクルス
テージ４の移動量はウエハステージ５の移動量より倍率
の分だけ大きいものとなり、移動時間もそれだけ必要と
なるためである。）。

【００５８】図１０は本発明の走査型の投影露光装置の
実施形態４の要部概略図である。同図において図８で示
した要素と同一要素には同符番を付している。本実施形
態では図８の実施形態３に比べて、図１０に示すように
ウエハステージ５上にスリット露光領域６’の長手方向
と同じ方向に長い傾斜を有する２つの反射面プレート１
２ｄ，１２ｅを、ウエハ３をスキャン駆動するＸ方向に
挟んで配置している点が異なっており、その他の構成は
略同じである。

【００５９】本実施形態における反射面プレート１２
ｄ，１２ｅのＹ方向の長さはパターン転写の行われるウ
エハ３の直径よりも長いものに構成している。更に露光
スキャン駆動方向に傾斜を有するように配置している。
ウエハ３へのパターン転写の一連動作中にキャリブレイ
ションを行う場合に、レチクルステージ４のみならずウ
エハステージ５もスキャン駆動するＸ方向だけに駆動す
るだけで良く、ウエハステージ５がＹ方向とＺ方向に移
動しない分だけスループットが向上する。

【００６０】また基準プレート１０，１１のマーク５
０，５１及びどちらを用いてキャリブレイションを行っ
ても構わないが、キャリブレイションを行おうとしたと
きのレチクルステージ４の位置は常にＸ方向の駆動中心
にあるとは限らないので、レチクルステージ４のＸ方向
の移動が少なくてすむ方のマークを用いてキャリブレイ
ションを行っている。またウエハステージ５上の反射プ
レート１２ｄ，１２ｅもＸ方向の移動が少なくてすむ方
の反射プレートを用いてキャリブレイションを行ってい
る。

【００６１】次に本発明の投影露光装置の本実施形態５
について説明する。図８，図１０の実施形態２，３では
レチクルステージ４上に基準プレート１０，１１を配置
する例を示したが、本実施形態ではウエハステージ５上
に基準プレート１００を配置する構成としている。この
場合は基準プレート１００の下部のウエハステージ５内
に図３に示したキャリブレイション検出系（１０２〜１
０６）を設け、ウエハステージ５側から投影光学系２に
光を照射している。

【００６２】この場合は図８の基準プレート１０，１１
に対応する位置に傾斜反射面を有する反射プレートが構
成されており、投影光学系２からの光を反射している。
反射プレートの傾斜反射面の中心がレチクル１のパター
ン描画面と同じ高さにあるようにしている。レチクル側
に基準反射面を設けた場合、傾斜量は投影光学系の倍率
に合わせて所定量傾け量を多く設定しておく必要があ
る。

【００６３】本実施形態は図８の構成の基準プレートと
反射面プレートの位置を入れ替えただけのものであり、
他の説明は図８又は図９と略同じである。

【００６４】今まで説明したきた方法は、自己共役法に
よるフォーカス計測法に傾斜反射面を適用した場合であ
るが、レチクル側に計測用のマークを設けずに、ステー
ジ側の傾斜を有する面上に複数の計測用マークを設け、
投影光学系を介して、その画像情報を取得し画像コント
ラストから最良結像位置計測を行う方法にも効果的であ
る。

【００６５】この場合、図１０においては１２ｄ，１２
ｅといった傾斜を有する面上に図４に示すようなマーク
が、傾斜を有する方向に測定したいフォーカスピッチの
分、離れて複数個設定しておけばよい。レチクルステー
ジ上のレチクル乃至は基準プレート上にはマークを設け
ず透過部としておけばよい。センサー１０３ａ，１０３
ｂ，１０３ｃ及び１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃはＣＣ
Ｄ等の位置検出素子などを用いればステージ上の傾斜を
有する面上の基準マークの画像情報を取得することが容
易である。

【００６６】次に上記説明した投影露光装置又は走査型
の投影露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形
態を説明する。

【００６７】図１１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造の
フローを示す。

【００６８】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一
方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路
を形成する。

【００６９】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００７０】図１２は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【００７１】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジ
スト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジス
トを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうこと
によってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００７２】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造する
ことができる。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することによって、第１物体としてのレチクル面上の
パターンを投影光学系で第２物体としてのウエハ面上に
投影する際、投影光学系の結像面（フォーカス位置）を
光軸方向にステージを移動走査をすることなしに、短時
間に、しかも高精度に検出することができ、高集積度の
半導体デバイスを容易に製造することができる投影露光
装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法を達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投影露光装置の実施形態１の要部概
略図

【図２】図１の反射面プレートの説明図

【図３】本発明の投影露光装置の実施形態２の要部概
略図

【図４】図１の基準マークの説明図

【図５】図１の受光素子からの信号出力の説明図

【図６】図１のウエハステージ上の説明図

【図７】本発明の投影露光装置の実施形態１の動作の
フローチャート

【図８】本発明の走査型の投影露光装置の実施形態３
の要部概略図

【図９】図８の基準プレートの説明図

【図１０】本発明の走査型の投影露光装置の実施形態
４の要部概略図

【図１１】本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート

【図１２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート

【符号の説明】

８００露光照明系（照明手段）１レチクル（第１物体）２投影光学系３ウエハ（第２物体）４レチクルステージ（第１可動ステージ）５ウエハステージ（第２可動ステージ）５０基準マーク１２反射面プレート１２ａ反射面１０，１１基準プレート１１００制御手段３３（３３ａ，３３ｂ）位置検出手段１０３受光手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明手段からの露光光で照明した第１物
体面上のパターンを投影光学系により可動ステージに載
置した第２物体面上に投影する投影露光装置において、
該可動ステージ上に反射面を該第１物体面と略同一面上
に基準マークを各々設け、該反射面が該投影光学系の結
像面に対して傾斜した状態で該基準マークを照明し、該
基準マークを該投影光学系を介して該反射面に投影し、
該反射面で反射した光束を該投影光学系と該基準マーク
を介して受光手段で該可動ステージを該反射面の傾斜方
向に駆動させながら受光し、該受光素子からの信号を用
いて制御手段により該投影光学系の結像位置情報を求め
ていることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記投影光学系を介さずに反射面上に光
束を投光する投光手段と、該反射面からの反射光束を受
光手段で受光する受光手段とを有する位置検出手段を設
け、該位置検出手段により該反射面の該投影光学系の光
軸方向の面位置情報を検出していることを特徴とする請
求項１の投影露光装置。
【請求項３】前記制御手段で求めた結像位置情報を用
いて前記位置検出手段で得られる面位置情報のキャリブ
レーションを行っていることを特徴とする請求項２の投
影露光装置。
【請求項４】前記反射面は前記投影光学系の結像面に
対して傾斜した傾斜反射面より成っていることを特徴と
する請求項１の投影露光装置。
【請求項５】前記反射面は前記可動ステージを回動駆
動させて前記投影光学系の結像面に対して傾斜させてい
ることを特徴とする請求項１の投影露光装置。
【請求項６】第１可動ステージに載置した第１物体面
上のパターンを投影光学系により第２可動ステージに載
置した第２物体面上に走査手段により該第１，第２可動
ステージを該投影光学系の撮影倍率に対応させた速度比
で同期させて走査させながら投影露光する走査型の投影
露光装置において該第１可動ステージ上に基準プレート
を該第２可動ステージ上に反射面を各々設け、該反射面
が該投影光学系の結像面に対し傾斜した状態で該基準プ
レートを照明し、該基準プレートを該投影光学系を介し
て該反射面上に投影し、該反射面で反射した光束を該投
影光学系と該基準プレートを介した後に受光手段で該第
２可動ステージを該反射面の傾斜方向に駆動させながら
受光し、該受光素子からの信号を用いて制御手段により
該投影光学系の結像位置情報を求めていることを特徴と
する走査型の投影露光装置。
【請求項７】前記投影光学系を介さずに反射面上に光
束を投光する投光手段と、該反射面からの反射光束を受
光手段で受光する受光手段とを有する位置検出手段を設
け、該位置検出手段により該反射面の該投影光学系の光
軸方向の面位置情報を検出していることを特徴とする請
求項６の走査型の投影露光装置。
【請求項８】前記制御手段で求めた結像位置情報を用
いて前記位置検出手段で得られる面位置情報のキャリブ
レーションを行っていることを特徴とする請求項７の走
査型の投影露光装置。
【請求項９】前記反射面は前記投影光学系の結像面に
対して傾斜した傾斜反射面より成っていることを特徴と
する請求項６の走査型の投影露光装置。
【請求項１０】前記反射面は前記第２可動ステージを
回動駆動させて前記投影光学系の結像面に対して傾斜さ
せていることを特徴とする請求項６の走査型の投影露光
装置。
【請求項１１】第１可動ステージに載置した第１物体
面上のパターンを投影光学系により第２可動ステージに
載置した第２物体面上に走査手段により該第１，第２可
動ステージを該投影光学系の撮影倍率に対応させた速度
比で同期させて走査させながら投影露光する走査型の投
影露光装置において該第１可動ステージ上に該投影光学
系の結像面に対して傾斜した反射面を、該第２可動ステ
ージ上に基準プレートを各々設け、該基準プレートを照
明し、該基準プレートを該投影光学系を介して該反射面
上に投影し、該反射面で反射した光束を該投影光学系と
該基準プレートを介した後に受光手段で該第１可動ステ
ージ又は該第２可動ステージを該反射面の傾斜方向に駆
動させながら受光し、該受光素子からの信号を用いて制
御手段により該投影光学系の結像位置情報を求めている
ことを特徴とする走査型の投影露光装置。
【請求項１２】前記投影光学系を介さずに反射面上に
光束を投光する投光手段と、該反射面からの反射光束を
受光手段で受光する受光手段とを有する位置検出手段を
設け、該位置検出手段により該反射面の該投影光学系の
光軸方向の面位置情報を検出していることを特徴とする
請求項１１の走査型の投影露光装置。
【請求項１３】前記制御手段で求めた結像位置情報を
用いて前記位置検出手段で得られる面位置情報のキャリ
ブレーションを行っていることを特徴とする請求項１１
の走査型の投影露光装置。
【請求項１４】請求項１〜５のいずれか１項記載の投
影露光装置を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを
行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面上に投
影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデ
バイスを製造していることを特徴とするデバイスの製造
方法。
【請求項１５】請求項６〜１３のいずれか１項記載の
走査型の投影露光装置を用いてレチクルとウエハとの位
置合わせを行った後に、レチクル面上のパターンをウエ
ハ面上に投影露光し、その後、該ウエハを現像処理工程
を介してデバイスを製造していることを特徴とするデバ
イスの製造方法。
【請求項１６】照明手段からの露光光で照明した第１
物体面上のパターンを投影光学系により可動ステージに
載置した第２物体面上に投影する投影露光装置におい
て、可動ステージ上に、複数の基準マークが設けられた
基準面を設け、該基準面が該投影光学系の結像面に対し
て傾斜した状態で該基準マークを照明し、投影光学系と
該第１物体面を介して該基準マークの画像を受光手段で
受光しながら、該可動ステージを該基準面の傾斜方向に
駆動させ、該受光手段からの信号を用いて制御手段によ
り該投影光学系の結像位置情報を求めていることを特徴
とする投影露光装置。