JPS58113706A - 水平位置検出装置 - Google Patents

水平位置検出装置

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JPS58113706A
JPS58113706A JP56211130A JP21113081A JPS58113706A JP S58113706 A JPS58113706 A JP S58113706A JP 56211130 A JP56211130 A JP 56211130A JP 21113081 A JP21113081 A JP 21113081A JP S58113706 A JPS58113706 A JP S58113706A
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irradiation
wafer
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誠 上原
Takeshi Sudo
武司 須藤
Fujio Kanetani
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Nikon Corp
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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    • G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
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    • G—PHYSICS
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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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】 本発明は対物レンズの光軸に対してウェハ爾や被検物体
面を喬直位置に正確に設置するための基準位置検出装置
特に水平位置検出装置に関する。
一般に、集積回路製造用の縮小投影臘露光装置には大き
な開口数（Ｎ、Ａ、）を有する投影、対物レンズが用い
られているため、許容焦点＠ＩＩが非常に小さい。この
丸め、ウェハの露光領域を投影対物レンズの光軸に対し
て正確な垂直位置に維持しない限り、露光領域金体にわ
たって鮮明なパターンの露光を行なうことができない。
ウニ八全体は別途に設けられたオートフォーカス機構に
よりウェハ面上３点の検出によって対物レンズの光軸に
対してほぼ垂直に位置合せされ得るが、ウニノ・の大蓋
化やシリコンに換わるガリウム、ヒ素等の新材料ではウ
ェハ自体の平面性が不安定になるためウェハの部分的な
垂直位置検出が必要になる。そして、各回の露光と化学
処１１によりさらにウニノーの変形が増大されるだめ、
露光領域の正確な水平検出が不可欠となってきている。
本発明の目的は対物レンズによる被検領域或は露光領域
が対物レンズの光軸に対して正確な垂直位置にあること
を非接触で検出することのできる検出装置を提供するこ
とにある。
本発明による水平位置検出装置は主対物レンズに関して
所定の共役関係になる領域へ微小開口から発する平行光
束を該対物レンズの光軸に対して斜め方向より供給する
照射光学系と、該照射光学系から供給され前記共役領域
で反射される光束を受光素子上に集光する集光光学系と
を設け、該両光学系の光軸を前記主対物レンズの光軸に
関して対称に配置したもので、受光素子の出力により主
対物レンズに関する共役領域がこの主対物レンズの光軸
に垂直であるか否かを判別するものである。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。第１図は本
発明を縮小投影膳露光装置に適用した第１実施例の概略
光路図である。投影対物レンズ（１）に関してレティク
ル（２）とウェハ（５）とが共役に維持され、図示なき
照明光学系によって照明されたレティクル（２）上のパ
ターンがウェハ（６）上に縮小投影される。このような
ウェハの飾付露光はステップ、アンド、リピートと呼ば
れるようにウェハを所定量だけ移動させて繰り返され、
異なるパターンを有するレティクルに交換するごとく同
様の操作が繰シ返される。照射光学系（１０）は光源（
１１）、コンデンサーレンズ（１２）、微小円形開口を
有する絞り　（１！ｔ）、照射対物レンズ（１４）から
なり、コンデンサーレンズ（１２）は光源（１１）の像
な絞り　（１３）上に形成し、絞り　（１５）上に焦点
を有する照射対物レンズ（１４）Ｋより平行光束がウェ
ハ（５）上に供給される。照射光学系（１ｏ）から供給
する光はウェハ（′５）上のレジストを感光させないた
めに、露光光と異なる波長の光である。また集光光学系
（２０）は受光対物レンズ（２１）と４分割受光素子（
２２）　とからな抄、照射光学系（１ｏ）から供給され
ウェハ（５）で反射された光束は受光対物レンズ（２１
）により受光対物レンズ（２１）の焦点位置に設けられ
た４分割受光素子（２２）上に集光される。ここで、投
影対物レンズ（１）の光軸（１ａ）に関して、照射光学
系（１ｏ）　の光軸（１０ａ）と受光光学系（２０）の
光軸（２０ａ）とは対称である。従って、投影対物レン
ズの光軸（１ａ）Ｋ対してウェハ（３）の露光領域が垂
直を保っているならば、照射光学系（１０）からの光束
は４分割受光素子（２２）の中心位置に集光される。を
九ウェハ（５）の露光領域が垂直から０だけ傾いている
ならば、ウェハ（５）で反射される照射光学系（１ｏ）
からの平行光束は受光光学系の光軸（２０ａ）Ｋ対して
２θ傾くため、４分割受光素子（２２）上で中心から外
れた位置に集光される。４分割受光素子（２２）上での
集光点の位置からウェハ（５）の露光領域の傾き方向が
検出され、制御手段（３１）は４分割受光素子上の集光
点の変位方向及び量に対応する制御信号を発生し、駆動
手段（５２）により支持装置（５５）　を移動させて、
ウェハ（５）が載置されたステージ（５４）がウェハ（
５）の露光領域表面の傾きを補正するように移動される
０ このような構成によれば、照射光学系（１０）Ｃよって
照射される範囲のウェハ面について部分的な傾き検出が
なされ、ウェハ（５）上への照射領域を投影対物レンズ
（１）による露光領域とほぼ同じ大きさとすることによ
って、露光領域を投影対物レンズ（１）の光軸（１ａ）
　に対して平均的に正確な垂直位置を、自動的に設定す
ることができる。
本発明による１／ＩＥ２実施例は菖２図に示すごとく、
受光光学系（２０）　Ｋ円形開口を有する絞り（２ｓ）
とコンデンサーレンズ（２４）とを追加し丸ものであシ
、他の構成はＪ１１図に示し九第１夾施例と同様である
。このため、図では制御手段、駆動手段、支持装置等を
省略した。照射光学系（１０）から供給されウェハ（′
５）で反射された平行光束は、集光対物レンズ（２１）
　によ松その焦点位ｔＫ配置された絞や（２５）上に集
光され、コンデンサーレンズ（２４）　に関してこの絞
り　（２３）と共役な位置に配置された４分割受光素子
（２２）上でウェハ（３）の照射領域の傾きに対応した
変位位置に集光される。
一般にウェハ（６）上に形成される所定の回踏パターン
には黴細な矩形パターンがあるＩ！度の規則性を持って
形成されているため照射光束の直接反射光に加えて回折
光が発生するが、本実施例においては、絞り（２３）に
より回折光が除去されるため受光素子（２２）でのノイ
ズの発生が少なくより正確な検出を行なうことができる
。
本発明による第５夾施例は第５図に示すごとく帥述した
第１実施例の構成に、焦点検出装置を組合せたものであ
る。図中制御手段（５１）駆動手段（５２）　、ステー
ジ（５４）は省略され前記と同様の機能を有する部材に
は同一の番号を符した。照射光学系（１０）と受光光学
系（２０）　とは第１実施例と同一であるが、照射光学
系（１０）中の照射対物レンズ（１４）　と絞＃）（１
５）との関［ｊ１１ダイクＰイックミラー（４１）が斜
設され、受光光学系（２０）中の受光対物レンズ（２１
）　と４分割受光素子（２２）との関Ｋａ１２ダイクロ
イックミラー（４１’）が斜設されている。第２の光源
（４２）は照射光学系（１０）中の光源１月）　とけ異
なる光を発生し、この光は投影対物レンズ（１）によっ
てウニノ（３）を焼付露光するための光とも異なる！１
ｇ５の光である。′に２の光源（４２）からの光束はコ
ンダンす−レンズ（４’５”）により線状開口を有する
紋り　（４４）上に集光され、コリメーターレンズ（４
５）により平行光束となって第１グイクロイツクミラー
に達する。第１ダイクロイツクミラー（４１）で反射さ
れ九平行光束は、照射対物レンズ（１４）によりその焦
点位置に集光されウェハ（３）で反射された後集光対物
レンズ（２１）″に入射する。集光対物レンズ（１４）
を通抄嬉２ダイクロイツタミラー（４２）で反射された
光束はコンデンサーレンズ（４６）　、振動１ラー（４
７）を介して線状開口を有する絞り（４８）の後方に隣
接する第２の受光素子（４９）上に集光される。ここで
、ウェハ（３）が照射対物レンズ（１４）及び集光対物
レンズ（２１）　との両者の焦点位置に合致している場
合には、集光対物レンズ（２１）　を射出する光束は平
行光束となり線状開口を有する絞り（４８）上に絞り（
４４）の線状開口像が形成される。振動ミラー　（４７
）　Ｆｉ絞り（４４）及び（４８）の線状開口に直角な
方向で光束を振動させる機能を有する。絞り（４４）　
の像はコリメーターレンズ（４５）及ヒ照射対物レンズ
（１４）によりウニ八面上に投影され、またウェハ面は
集光対物レンズ（２１）とコンダンす−レンズ（４６）
とに関して絞り　（４８）　　と共役になるように配置
されるならば、各レンズのパワーは任意であり、コリメ
ーターレンズ（４５）　トコンデンサーレンズ（４６）
を削除することも可能である。これらの焦点検出機構に
ついては４１１開昭５６−４２２０５号公報等に詳述さ
れており、自動合焦もＣ１ｒｌ＠である。第３図では、
水平位置検出用光束を実線で、また焦点検出用の光束を
点線で示したＯ 尚、自動合焦用の光は水平位置検出用の光と異なる光を
用い、４分割受光素子（２２）　と受光素子（４９）と
は異なる感度特性を有することが望ましく、これＫより
両者を同時に機能させても互いの信号を独立に扱うこと
ができるが、両者を同時に機能させないならば、同一波
長の光であってもよい。この場合＠Ｌｇ２のダイクロイ
ックミラー（４１）　、（４２）はそれぞれ半透過鏡等
のビームスプリッタ−を用いればより０いずれにしろ、
照射対物レンズ（１４）と集光対物レンズ（２１）とが
それぞれ２つの機能を有しており、ウェハ（３）に関し
て焦点検出の場合には両対物レンズの間の光束が結像系
であるのに対し、水平位置検出の場合には平行系である
ことが特徴である。
このような第５実施例の構成によれば、水平位置検出用
の２つの対物レンズ（１４）と（２１）　カ焦点検出用
にも共用されるため、２つの検出光学系を簡単に構成で
き、投影対物レンズ（１）の周囲を複雑化することがな
り。４１に、集ＩＩＦ回路製造用の縮小投影蓋露光装置
では、マスクの全体的位置合せの複数本の願黴鏡やマス
クの自動的移送機構等が投影対物レンズの周囲に設ゆら
れているため、新たな光学系のための光路を設けること
は空間的に大きな制約を受けるが、本実施例の構成は従
来の自動合焦機構の光学系に組み込むことができ、極め
て有用である。
以上のごとく、本発明によれば、縮小投影対物レンズに
よるウェハの露光領域など、対物レンズと所定の共役関
係を持つ部分領域を対物レンズの光軸に対して正確な垂
直位置に設定されていることを非接触で容易に検出する
ことができる。そして平行光束が照射される部分領域に
微小な凹凸があってもこの部分領域の平均的平面が対物
レンズ光軸に対して−直に配置できるため、対物レンズ
の貯容焦点範囲が非常に挾い場合にもこの部分領域全体
にわたって最嵐の像を得ることができる。
崗、本発明は実施例に示した縮小投影−露光装置に限ら
ず、−黴鐘にも用いることができることはいうまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明による第１、
第２、第５実施例の構成を示す概略光路図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・投１対物レンズ、　　２・・・レティクル６・
・・ウェハ、　　　　　１０−・・照射光学系１１−・
・光源、　　　　　　２０−・集光光学系２２・・・４
分割受光素子 出願人　日本光学工業株式★社 鵠人　渡辺鍮男 −Ａ＝１図 第２図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、主対物レンズに関して所定の共役関係になる領域へ
    微小開口から発する平行光束を該対物レンズの光軸に対
    して斜め方向より供給する照射光学系と、＃照射光学系
    から供給され前記共レンズの光軸に関して対称に配置し
    たことを特徴とする水平位置検出装置。 Ｚ　主対物レンズに関して所定の共役関係になる領域へ
    平行光束を供給するために、光源と照射対物レンズと金
    有する照射光学系、及び皺照射光学系から供給され前記
    共役領域で反射される光束を第１受光素子へ集光するた
    めの集光対物レンズを有する集光光学系を設け、該両光
    学系の光軸を曽紀主対物レンズの光−ＫＩＩして対称に
    配置するとともに、前記照射対物レンズと前記光源との
    間に第１のビームスプリッタ−を斜設し、該第１ビーム
    スプリッタ−と前記照射対物レンズとを介して前記共役
    領域へ線状開口像を投射し、また前記集光対物レンズと
    前記第１受光素子との間に第２のビームスジ１１ツタ−
    を斜設し、該第２ビームスプリッタ−を介して前記共役
    領域に投射され反射された線状開口像をＪＩ２の受光素
    子上に集光し、該第２受光素子の出力信号により焦点検
    出を行ない、前記嬉１受光素子の出力信号により前記共
    役領域の水平位置検出を行なうことを特徴とする水平位
    置検出装置。
JP56211130A 1981-12-26 1981-12-26 水平位置検出装置 Granted JPS58113706A (ja)

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