JP3351051B2 - 水平検出装置及びそれを用いた露光装置 - Google Patents
水平検出装置及びそれを用いた露光装置Info
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- 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
- G03F7/70058—Mask illumination systems
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- 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)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、あるパターンを投影光
学系を介して物体上に転写する露光装置に関する。
学系を介して物体上に転写する露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、技術革新の原動力となった半導体
装置はますます高密度化され、各々の素子の微細パター
ンは0.5μm以下に及ぼうとしている。半導体のパタ
ーン製造手段として、レチクルに描画されたパターンを
投影レンズによりウェハ上に縮小転写する露光装置が用
いられている。上記露光装置を用いてパターン転写を行
う場合、露光に先立ちウェハ面を投影レンズの焦点面に
配置しなければならないが、転写パターンが微細になる
に従って投影レンズの焦点深度が浅くなるため、焦点面
に正確にウェハを配置する技術が重要になる。
装置はますます高密度化され、各々の素子の微細パター
ンは0.5μm以下に及ぼうとしている。半導体のパタ
ーン製造手段として、レチクルに描画されたパターンを
投影レンズによりウェハ上に縮小転写する露光装置が用
いられている。上記露光装置を用いてパターン転写を行
う場合、露光に先立ちウェハ面を投影レンズの焦点面に
配置しなければならないが、転写パターンが微細になる
に従って投影レンズの焦点深度が浅くなるため、焦点面
に正確にウェハを配置する技術が重要になる。
【0003】また、転写パターンの微細化に伴い露光光
の短波長化が進んでおり、近年では250nm以下の波
長を有するエキシマレーザ光が露光光として用いられよ
うとしている。一般的に、エキシマレーザからの出射光
ビーム径は小さいうえに強度分布が大きいため、露光領
域全面で均質なパターン転写を行うためには、ビーム径
を拡大し一様な強度分布をもつ光線に矯正するための照
明光学系が必要となる。
の短波長化が進んでおり、近年では250nm以下の波
長を有するエキシマレーザ光が露光光として用いられよ
うとしている。一般的に、エキシマレーザからの出射光
ビーム径は小さいうえに強度分布が大きいため、露光領
域全面で均質なパターン転写を行うためには、ビーム径
を拡大し一様な強度分布をもつ光線に矯正するための照
明光学系が必要となる。
【0004】以下、従来の露光装置について図9を参照
しながら説明する。図9において101は合焦装置、1
02は照明光学系である。
しながら説明する。図9において101は合焦装置、1
02は照明光学系である。
【0005】まず、合焦装置101の構成について説明
する。図9において、103はウェハ、104はウェハ
103を3次元的に移動させるためのウェハステージで
あり、合焦調整では投影レンズ光軸に沿った方向への移
動と、ウェハ面の角度調整を行う。105はレチクル、
106はレチクル105のパターンをウェハ103面上
に投影露光するための投影レンズ、107はLED等の
発光素子、108は発光素子107で発した光を平行光
線にするためのレンズ系である。109は送光スリット
であり、平行光線の一部を通過させるために長方形状の
スリットが設けられ、スリットの重心が光軸と一致する
よう配置されている。110は送光スリット109によ
り選択された光線をウェハ103面上に結像させるため
のレンズ系、111はウェハ103上で反射した光線を
再び結像させるためのレンズ系、112はレンズ系11
1の結像位置に設けられ、ウェハ103からの反射光位
置を検出するためのPSD素子、93は位置検出回路、
94はウェハステージ104を移動量を制御するための
ウェハステージ制御駆動回路である。
する。図9において、103はウェハ、104はウェハ
103を3次元的に移動させるためのウェハステージで
あり、合焦調整では投影レンズ光軸に沿った方向への移
動と、ウェハ面の角度調整を行う。105はレチクル、
106はレチクル105のパターンをウェハ103面上
に投影露光するための投影レンズ、107はLED等の
発光素子、108は発光素子107で発した光を平行光
線にするためのレンズ系である。109は送光スリット
であり、平行光線の一部を通過させるために長方形状の
スリットが設けられ、スリットの重心が光軸と一致する
よう配置されている。110は送光スリット109によ
り選択された光線をウェハ103面上に結像させるため
のレンズ系、111はウェハ103上で反射した光線を
再び結像させるためのレンズ系、112はレンズ系11
1の結像位置に設けられ、ウェハ103からの反射光位
置を検出するためのPSD素子、93は位置検出回路、
94はウェハステージ104を移動量を制御するための
ウェハステージ制御駆動回路である。
【0006】以上のように構成された露光装置の合焦装
置について、以下その動作について説明する。図9にお
いて、レチクル105、投影レンズ106、ウェハ10
3の光学系でレチクルパターンの焦点面がウェハ103
の表面に一致している状態を示している。発光素子10
7からの光は、レンズ108で平行光となる。この平行
光のうち、光軸近傍の光は送光スリット109を通り、
レンズ110により投影レンズ106の光軸とウェハ面
との交点付近で送行スリットの実像を結ぶ。この像はウ
ェハ103上で反射され、レンズ111を通り再びPS
D素子112面で結像し、スリット像位置が検出され
る。ウェハ103面の角度と高さが変化するとPSD素
子112受光面における送光スリットの結像位置が移動
するため、これを利用してウェハ面の光軸方向の移動量
(以下、ウェハ高さと呼ぶ)と面の光軸に対する傾きを
計測する。あらかじめ、ウェハ表面と投影レンズ焦点面
が一致した状態での送光スリットの像の位置Z0 を計測
しておく。次からは、送光スリット像の位置ZをZ0 に
一致させるようウェハステージ104を移動させること
により、投影レンズの焦点面とウェハ表面を一致させる
ことが可能となる。
置について、以下その動作について説明する。図9にお
いて、レチクル105、投影レンズ106、ウェハ10
3の光学系でレチクルパターンの焦点面がウェハ103
の表面に一致している状態を示している。発光素子10
7からの光は、レンズ108で平行光となる。この平行
光のうち、光軸近傍の光は送光スリット109を通り、
レンズ110により投影レンズ106の光軸とウェハ面
との交点付近で送行スリットの実像を結ぶ。この像はウ
ェハ103上で反射され、レンズ111を通り再びPS
D素子112面で結像し、スリット像位置が検出され
る。ウェハ103面の角度と高さが変化するとPSD素
子112受光面における送光スリットの結像位置が移動
するため、これを利用してウェハ面の光軸方向の移動量
(以下、ウェハ高さと呼ぶ)と面の光軸に対する傾きを
計測する。あらかじめ、ウェハ表面と投影レンズ焦点面
が一致した状態での送光スリットの像の位置Z0 を計測
しておく。次からは、送光スリット像の位置ZをZ0 に
一致させるようウェハステージ104を移動させること
により、投影レンズの焦点面とウェハ表面を一致させる
ことが可能となる。
【0007】次に、照明光学系102の構成について説
明する。図9において、113はレーザ光源で、例えば
エキシマレーザのような光源である。114、115、
116、117は紫外光用反射ミラーであり、118は
シリンドリカルレンズを含む光学系、119は紫外光用
反射ミラーであり、120はビームエキスパンダでレー
ザのビーム径をおおよそ第1のフライアイレンズ121
開口の大きさに拡大するものである。122、124は
レンズであり、123は紫外光反射ミラーである。12
5は第2フライアイレンズで、121、122および1
24、125をもって、レチクル上を一様に照明するた
めのオプチカルインテグレータと称する。126は集光
レンズであり、127は紫外光用反射ミラーであり、1
28はメインコンデンサレンズでオプチカルインテグレ
ータ121、125から出射したビームを集光する。9
9は投影レンズ106の瞳位置である。
明する。図9において、113はレーザ光源で、例えば
エキシマレーザのような光源である。114、115、
116、117は紫外光用反射ミラーであり、118は
シリンドリカルレンズを含む光学系、119は紫外光用
反射ミラーであり、120はビームエキスパンダでレー
ザのビーム径をおおよそ第1のフライアイレンズ121
開口の大きさに拡大するものである。122、124は
レンズであり、123は紫外光反射ミラーである。12
5は第2フライアイレンズで、121、122および1
24、125をもって、レチクル上を一様に照明するた
めのオプチカルインテグレータと称する。126は集光
レンズであり、127は紫外光用反射ミラーであり、1
28はメインコンデンサレンズでオプチカルインテグレ
ータ121、125から出射したビームを集光する。9
9は投影レンズ106の瞳位置である。
【0008】次に本発明の従来例における照明光学系に
ついてその動作を説明する。図9においてエキシマレー
ザ光源113により発振されたレーザビーム129は、
紫外光用反射ミラー114、115、116、117を
介してシリンドリカルレンズを含む光学系118に入射
し、断面形状が長方形のビームLBiからほぼ正方形な
ビームLBoに整形される。ビームLBoは紫外光用反
射ミラーで曲折されてビームエキスパンダー120に入
射する。ビームエキスパンダー120を出射したほぼ正
方形断面の平行ビームLBoは第1のフライアイレンズ
121、レンズ122を介して紫外光用反射ミラー12
3に入射する。ミラー123によって反射されたビーム
はレンズ124を通過し第2のフライアイレンズ125
に入射し、多数のスポット光として集光したのち発散
し、集光レンズ126により再度集光され、紫外光用反
射ミラー127で反射されてメインコンデンサレンズ1
28に入射する。メインコンデンサレンズ128により
過度に集光された多数のスポット光の各々のは、レチク
ル105上ですべて重畳され、一様な照度分布となって
レチクル105を照明する。これによりレチクル105
上の回路パターンを投影レンズ106によりウェハ10
3上に縮小投影され、パターンが露光される。
ついてその動作を説明する。図9においてエキシマレー
ザ光源113により発振されたレーザビーム129は、
紫外光用反射ミラー114、115、116、117を
介してシリンドリカルレンズを含む光学系118に入射
し、断面形状が長方形のビームLBiからほぼ正方形な
ビームLBoに整形される。ビームLBoは紫外光用反
射ミラーで曲折されてビームエキスパンダー120に入
射する。ビームエキスパンダー120を出射したほぼ正
方形断面の平行ビームLBoは第1のフライアイレンズ
121、レンズ122を介して紫外光用反射ミラー12
3に入射する。ミラー123によって反射されたビーム
はレンズ124を通過し第2のフライアイレンズ125
に入射し、多数のスポット光として集光したのち発散
し、集光レンズ126により再度集光され、紫外光用反
射ミラー127で反射されてメインコンデンサレンズ1
28に入射する。メインコンデンサレンズ128により
過度に集光された多数のスポット光の各々のは、レチク
ル105上ですべて重畳され、一様な照度分布となって
レチクル105を照明する。これによりレチクル105
上の回路パターンを投影レンズ106によりウェハ10
3上に縮小投影され、パターンが露光される。
【0009】ここで、投影レンズ106は両側テレセン
トリックであり、第2のフライアイレンズ125の出射
両側にできるスポット光は、集光レンズ126、メイン
コンデンサレンズ128等により投影レンズ106の瞳
99の位置とほぼ共役になっている。即ち、瞳99には
スポット光の点光源(ビームの集束点)が第1および第
2フライアイレンズ121、125の各々のレンズエレ
メント数の積だけ形成されることになる。このことは瞳
99での光源像の強度分布の一様化の点においても有利
である。
トリックであり、第2のフライアイレンズ125の出射
両側にできるスポット光は、集光レンズ126、メイン
コンデンサレンズ128等により投影レンズ106の瞳
99の位置とほぼ共役になっている。即ち、瞳99には
スポット光の点光源(ビームの集束点)が第1および第
2フライアイレンズ121、125の各々のレンズエレ
メント数の積だけ形成されることになる。このことは瞳
99での光源像の強度分布の一様化の点においても有利
である。
【0010】また、第1、第2のフライアイレンズ12
1、125は回転駆動部(図示せず)により光軸を回転
軸として、第1、第2フライアイレンズ121、12
5、もしくは第2フライアイレンズ125のみ回転駆動
されるようになっており、回転駆動ぶ制御系(図示せ
ず)はエキシマレーザ光源113からのトリガーにより
レーザ発振時のみ働き、パルス光の発振毎にフライアイ
レンズ121、125を回転させるようになっているの
で、スポット光により生じる干渉縞を回転させて干渉縞
を均一化し、見かけ上、干渉縞による照明むらを低減さ
せることができる。
1、125は回転駆動部(図示せず)により光軸を回転
軸として、第1、第2フライアイレンズ121、12
5、もしくは第2フライアイレンズ125のみ回転駆動
されるようになっており、回転駆動ぶ制御系(図示せ
ず)はエキシマレーザ光源113からのトリガーにより
レーザ発振時のみ働き、パルス光の発振毎にフライアイ
レンズ121、125を回転させるようになっているの
で、スポット光により生じる干渉縞を回転させて干渉縞
を均一化し、見かけ上、干渉縞による照明むらを低減さ
せることができる。
【0011】次に、従来の証明光学系の出力照度の一様
性を向上させる方法として、特開昭62−115119
号公報に示されているものを、図10、図11、図1
2、図13を用いて説明する。図10は従来の照明光学
系におけるフライアイレンズの光軸方向に沿った方向か
ら見た断面図である。図10において、140はハウジ
ングであり、130はフライアイレンズ131を固定す
るためのクランプ要素である。132は出力ビームをブ
ロックするブロッキングマスクであり、ハウジング14
0に固定されている。また、図11はフライアイレンズ
131部の斜視概略図、図12はブロッキングマスクの
正面図、図13は幾つかのフライアイレンズ131の中
心部が金属蒸着によりブロックされており、且つ他のフ
ライアイレンズ131がブロックされている状態を示す
正面図である。
性を向上させる方法として、特開昭62−115119
号公報に示されているものを、図10、図11、図1
2、図13を用いて説明する。図10は従来の照明光学
系におけるフライアイレンズの光軸方向に沿った方向か
ら見た断面図である。図10において、140はハウジ
ングであり、130はフライアイレンズ131を固定す
るためのクランプ要素である。132は出力ビームをブ
ロックするブロッキングマスクであり、ハウジング14
0に固定されている。また、図11はフライアイレンズ
131部の斜視概略図、図12はブロッキングマスクの
正面図、図13は幾つかのフライアイレンズ131の中
心部が金属蒸着によりブロックされており、且つ他のフ
ライアイレンズ131がブロックされている状態を示す
正面図である。
【0012】以上のように構成されたフライアイレンズ
について、以下その動作について説明する。図10、図
11、図12、図13において光源(図示せず)からの
出力照度分布を結像面(ウェハ面)(図示せず)内の種
々の点で光検知器(図示せず)等により測定する。次い
で、出力照度の非一様性を、最大および最小の正規化し
た光検知器の読みの間の差をとりかつその差を全ての正
規化した読みの平均値で割ることにより全出力ビーム強
度の割合として決定し、出力照度の光の寄与に関係した
重み付け関数を決定する。このことは、光源からフライ
アイレンズ131への光入力の強度を測定することによ
り達成される。
について、以下その動作について説明する。図10、図
11、図12、図13において光源(図示せず)からの
出力照度分布を結像面(ウェハ面)(図示せず)内の種
々の点で光検知器(図示せず)等により測定する。次い
で、出力照度の非一様性を、最大および最小の正規化し
た光検知器の読みの間の差をとりかつその差を全ての正
規化した読みの平均値で割ることにより全出力ビーム強
度の割合として決定し、出力照度の光の寄与に関係した
重み付け関数を決定する。このことは、光源からフライ
アイレンズ131への光入力の強度を測定することによ
り達成される。
【0013】次いで、重み付け関数を持ったフライアイ
レンズ131の中からブロック用の適切なフライアイレ
ンズ131を選択し、選択したフライアイレンズ131
の光学的入力表面1311の中央部分を金属蒸着等の方
法によりブロッキングすることができる。図13にブロ
ッキングパターン1312、1313の例を示す。
レンズ131の中からブロック用の適切なフライアイレ
ンズ131を選択し、選択したフライアイレンズ131
の光学的入力表面1311の中央部分を金属蒸着等の方
法によりブロッキングすることができる。図13にブロ
ッキングパターン1312、1313の例を示す。
【0014】次に、出力照度一様性向上方法の別の実施
例で、特別の形態をしたマスク要素132をフライアイ
レンズ131の入力部に配置させて、フライアイレンズ
131の単部に位置された複数個のフライアイレンズ1
31を部分的にブロックすることにより、出力照度一様
性の略等価的な向上を得ることができる。マスク要素1
32の実施例を図12、図13に示してある。マスク1
32の外側形状はハウジング140に装着するのに便利
な形状とし、マスク132は開放内部部分1321およ
び該開放内部部分1321内に突出する複数個のマスク
用突出部1322、1323を有しており、突出部13
22、1323は周囲に配置されたフライアイレンズ1
31を部分的にブロックする機能を有しており、周囲に
配置されたフライアイレンズ131を部分的にブロック
することによって出力照度を一様にすることができる。
例で、特別の形態をしたマスク要素132をフライアイ
レンズ131の入力部に配置させて、フライアイレンズ
131の単部に位置された複数個のフライアイレンズ1
31を部分的にブロックすることにより、出力照度一様
性の略等価的な向上を得ることができる。マスク要素1
32の実施例を図12、図13に示してある。マスク1
32の外側形状はハウジング140に装着するのに便利
な形状とし、マスク132は開放内部部分1321およ
び該開放内部部分1321内に突出する複数個のマスク
用突出部1322、1323を有しており、突出部13
22、1323は周囲に配置されたフライアイレンズ1
31を部分的にブロックする機能を有しており、周囲に
配置されたフライアイレンズ131を部分的にブロック
することによって出力照度を一様にすることができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の合焦装置の構成では、送光スリットが有限のスリッ
ト幅を持つことに起因し、入射光束のウェハ101面上
のスポットは有限の大きさを持っており、反射率の異な
る境界にスポットがまたがると、反射光束内の強度分布
が変化する。その結果、PSD素子109上におけるス
ポット内の光強度分布の重心位置が反射率が均一の場合
の重心位置(光束中心)からある量だけ移動する。この
ため、ウェハ101の表面の高さ及び角度が変化してい
ないにもかかわらず、PSD素子109で測定した光強
度分布の重心位置が変化し、合焦する際の誤差の要因と
なり、正確な焦点位置合わせが困難になってしまうとい
う課題を有していた。
来の合焦装置の構成では、送光スリットが有限のスリッ
ト幅を持つことに起因し、入射光束のウェハ101面上
のスポットは有限の大きさを持っており、反射率の異な
る境界にスポットがまたがると、反射光束内の強度分布
が変化する。その結果、PSD素子109上におけるス
ポット内の光強度分布の重心位置が反射率が均一の場合
の重心位置(光束中心)からある量だけ移動する。この
ため、ウェハ101の表面の高さ及び角度が変化してい
ないにもかかわらず、PSD素子109で測定した光強
度分布の重心位置が変化し、合焦する際の誤差の要因と
なり、正確な焦点位置合わせが困難になってしまうとい
う課題を有していた。
【0016】また、上記の従来の照明光学系の構成で
は、レーザ光にエキシマレーザのような干渉性の高い光
線を露光光に使用する場合、フライアイレンズを回転さ
せたり、マスクでブロックする方法だけではレチクル面
上にスペックルパターンや干渉縞が発生し、レチクル面
上における露光光強度の均一化は保証できない。この照
度分布は、金属蒸着等でブロックするだけでは対処不可
能で、1μm以下の微細なパターンを転写する際におけ
る問題となっていた。
は、レーザ光にエキシマレーザのような干渉性の高い光
線を露光光に使用する場合、フライアイレンズを回転さ
せたり、マスクでブロックする方法だけではレチクル面
上にスペックルパターンや干渉縞が発生し、レチクル面
上における露光光強度の均一化は保証できない。この照
度分布は、金属蒸着等でブロックするだけでは対処不可
能で、1μm以下の微細なパターンを転写する際におけ
る問題となっていた。
【0017】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、合焦装置においては、半導体ウェハ等の被露光材
の反射率の不均一性によらず、被露光材の投影レンズ焦
点面への正確な配置が可能な露光装置を提供することを
目的とする。また、照明光学系においては、スペックル
の発生を抑え、レチクル面上における光強度分布を検出
し、照度の高い領域の光束強度を制御することによって
均一な照明光学系を有する露光装置を提供することを目
的とする。
ので、合焦装置においては、半導体ウェハ等の被露光材
の反射率の不均一性によらず、被露光材の投影レンズ焦
点面への正確な配置が可能な露光装置を提供することを
目的とする。また、照明光学系においては、スペックル
の発生を抑え、レチクル面上における光強度分布を検出
し、照度の高い領域の光束強度を制御することによって
均一な照明光学系を有する露光装置を提供することを目
的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、露光するパターンが描かれたレチクルのパ
ターンを縮小して基板に転写するために投影する投影レ
ンズと、レーザ光源からの出射光を露光に適した露光光
に矯正する照明光学系と、レチクルおよび基板をそれぞ
れ搭載移動するステージと、レチクルと基板の位置合わ
せを行うアライメント機構からなる露光装置において、
上記アライメント機構は上記投影レンズの焦点面と基板
面を一致させる合焦装置を有し、上記合焦装置はレチク
ルの投影レンズによる縮小像面と基板面を平行に配置す
るために、投影レンズの焦点位置に対する基板の位置を
測定する垂直検出装置と投影レンズの光軸に対する基板
表面の角度を測定する水平検出装置とから構成される。
に本発明は、露光するパターンが描かれたレチクルのパ
ターンを縮小して基板に転写するために投影する投影レ
ンズと、レーザ光源からの出射光を露光に適した露光光
に矯正する照明光学系と、レチクルおよび基板をそれぞ
れ搭載移動するステージと、レチクルと基板の位置合わ
せを行うアライメント機構からなる露光装置において、
上記アライメント機構は上記投影レンズの焦点面と基板
面を一致させる合焦装置を有し、上記合焦装置はレチク
ルの投影レンズによる縮小像面と基板面を平行に配置す
るために、投影レンズの焦点位置に対する基板の位置を
測定する垂直検出装置と投影レンズの光軸に対する基板
表面の角度を測定する水平検出装置とから構成される。
【0019】そして、水平検出装置は、1つの光源と、
光源から照射光線を基板上に平行光線で照明するよう構
成された照明光学系と、この光線中に配置された有限の
厚みを有する光学硝子基板と、この光学硝子基板を光線
に直行した軸の回りに自在に回転可能な回転機構と、基
板からの正反射光を逆方向に反射する反射ミラーと、反
射光が再び基板で反射され再度光学硝子基板を通過した
後に配置され反射光の一部を反射するビームスプリッタ
と、集光した光を光電変換する検出器と、回転機構の駆
動部分と、この駆動回路から回転の同期信号と検出器か
らの検出信号から基板の傾きを計算する信号処理回路部
から構成される。
光源から照射光線を基板上に平行光線で照明するよう構
成された照明光学系と、この光線中に配置された有限の
厚みを有する光学硝子基板と、この光学硝子基板を光線
に直行した軸の回りに自在に回転可能な回転機構と、基
板からの正反射光を逆方向に反射する反射ミラーと、反
射光が再び基板で反射され再度光学硝子基板を通過した
後に配置され反射光の一部を反射するビームスプリッタ
と、集光した光を光電変換する検出器と、回転機構の駆
動部分と、この駆動回路から回転の同期信号と検出器か
らの検出信号から基板の傾きを計算する信号処理回路部
から構成される。
【0020】また、垂直検出装置は、レチクル上に設け
られたレンズとしての作用をする光学素子と、露光光と
は波長の異なるコヒーレント光を出射し上記光学素子を
照明する光源と、レチクルと投影レンズを経由し上記基
板によって反射された光線強度を検出する複数の検出光
学系と、複数の検証光学系からの検出信号より、投影レ
ンズの光軸に平行な方向に対する基板の位置を検出する
信号処理回路部から構成される。更に、照明光学系は、
レーザ光源から発せられるビームから多数の光源像群を
発生させる第1の光源像発生手段と、前記第1の光源像
発生手段からのビームを用いて多数の光源像を発生させ
る第2の光源像発生手段と、前記第2の光源像発生手段
から出射したビームを重ね合わせた状態で被照射面を照
明する照射手段と、被照射面の照度分布を検出する照度
分布検出手段と、前記照度分布検出手段からの出力信号
に応じて照射光量を調整する光量調整手段と、前記照度
分布検出手段により検出された出力信号に応じて前記光
量調整手段を制御する制御手段から成る構成を有してい
る。
られたレンズとしての作用をする光学素子と、露光光と
は波長の異なるコヒーレント光を出射し上記光学素子を
照明する光源と、レチクルと投影レンズを経由し上記基
板によって反射された光線強度を検出する複数の検出光
学系と、複数の検証光学系からの検出信号より、投影レ
ンズの光軸に平行な方向に対する基板の位置を検出する
信号処理回路部から構成される。更に、照明光学系は、
レーザ光源から発せられるビームから多数の光源像群を
発生させる第1の光源像発生手段と、前記第1の光源像
発生手段からのビームを用いて多数の光源像を発生させ
る第2の光源像発生手段と、前記第2の光源像発生手段
から出射したビームを重ね合わせた状態で被照射面を照
明する照射手段と、被照射面の照度分布を検出する照度
分布検出手段と、前記照度分布検出手段からの出力信号
に応じて照射光量を調整する光量調整手段と、前記照度
分布検出手段により検出された出力信号に応じて前記光
量調整手段を制御する制御手段から成る構成を有してい
る。
【0021】
【作用】本発明の垂直検出装置においては、レチクル上
に設けられたレンズとして作用する光学素子を、露光光
と異なる波長のコヒーレント光で照明し、散乱光を生成
する。生成された散乱光の一部は投影レンズを通過し、
その後基板面で反射され、再び投影レンズを通過し、上
記レチクル上に設けられたレンズとして作用する光学素
子に入射する。上記光学素子を透過した光線は、レチク
ル・投影レンズ・基板の相対位置に依存した特定の位置
に結像する。光線の結像位置は複数の異なる位置に配置
された検出光学系により検出され、それに従って投影レ
ンズ焦点位置と基板の位置のズレを検出する。これによ
り、基板の局所的な反射率の違い、基板上の微細パター
ンによる回折光の混入、及び局所的な基板面のうねり等
による測定精度の劣化のない焦点合わせを行うことがで
きる。
に設けられたレンズとして作用する光学素子を、露光光
と異なる波長のコヒーレント光で照明し、散乱光を生成
する。生成された散乱光の一部は投影レンズを通過し、
その後基板面で反射され、再び投影レンズを通過し、上
記レチクル上に設けられたレンズとして作用する光学素
子に入射する。上記光学素子を透過した光線は、レチク
ル・投影レンズ・基板の相対位置に依存した特定の位置
に結像する。光線の結像位置は複数の異なる位置に配置
された検出光学系により検出され、それに従って投影レ
ンズ焦点位置と基板の位置のズレを検出する。これによ
り、基板の局所的な反射率の違い、基板上の微細パター
ンによる回折光の混入、及び局所的な基板面のうねり等
による測定精度の劣化のない焦点合わせを行うことがで
きる。
【0022】また、本発明の水平検出装置においては、
基板上の1ショット内の露光領域の複数箇所を連続ある
いは断続的に水平計測用の光線を走査することによっ
て、露光領域内の複数箇所における面の傾きを測定する
ことができ、これにより、局所的な反射率の違い、基板
上の微細パターンによる回折光の混入、及び局所的な基
板面のうねり等による測定精度の悪化を、複数箇所にお
ける測定値を平均化・重み付き平均化・多数決処理等の
統計処理を行うことによって、精度の高い水平位置合わ
せ行うことができる。
基板上の1ショット内の露光領域の複数箇所を連続ある
いは断続的に水平計測用の光線を走査することによっ
て、露光領域内の複数箇所における面の傾きを測定する
ことができ、これにより、局所的な反射率の違い、基板
上の微細パターンによる回折光の混入、及び局所的な基
板面のうねり等による測定精度の悪化を、複数箇所にお
ける測定値を平均化・重み付き平均化・多数決処理等の
統計処理を行うことによって、精度の高い水平位置合わ
せ行うことができる。
【0023】更に、本発明の照明光学系においては、第
1の光源像発生手段であるフライアイレンズを構成する
N個のレンズ群で発生させたN本のビームを、第2の光
源像発生手段に入射させる。ここで、第2の光源像発生
手段であるフライアイレンズを構成するM個の小レンズ
群で、N×M本のビームに分離される。分離されたビー
ムは、M個の小レンズ群で構成された第2の光源像発生
手段に対応したM個の電気光学素子から成る光量調整手
段に入射する。ここで、被照射面の照度分布を検出する
照度分布検出手段により検出された出力信号に応じて照
射光量を制御する制御手段により前記電気光学素子を制
御し、全体光量の均一性はもちろんのこと、部分的なス
ペックルの発生を抑え、より均一な照明光強度分布を有
する照明光学系を得ることができる。
1の光源像発生手段であるフライアイレンズを構成する
N個のレンズ群で発生させたN本のビームを、第2の光
源像発生手段に入射させる。ここで、第2の光源像発生
手段であるフライアイレンズを構成するM個の小レンズ
群で、N×M本のビームに分離される。分離されたビー
ムは、M個の小レンズ群で構成された第2の光源像発生
手段に対応したM個の電気光学素子から成る光量調整手
段に入射する。ここで、被照射面の照度分布を検出する
照度分布検出手段により検出された出力信号に応じて照
射光量を制御する制御手段により前記電気光学素子を制
御し、全体光量の均一性はもちろんのこと、部分的なス
ペックルの発生を抑え、より均一な照明光強度分布を有
する照明光学系を得ることができる。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本発明の一実施例における露
光装置の概略構成図である。図1において、1はレーザ
光源部で露光光を発生し、2は照明光学系でレーザ光源
部1からの出射光を露光に適した光束に矯正するための
レンズ系である。3はレチクル、4は投影レンズ、5は
ウェハで、投影レンズ4によりレチクル3面上のパター
ンを感光材が塗布されたウェハ5面上に転写する。6は
垂直検出ユニットで投影レンズ4の焦点面とウェハ5面
の面間隔を測定する。7は露光位置検出ユニットで、レ
チクル3面上のパターンの投影レンズ4による実像位置
とウェハ5面上の露光位置の相対的位置関係を計測す
る。また、8は水平検出ユニットで投影レンズ4の焦点
面とウェハ5面の平行度を測定する。9はステージ、1
0はステージ制御駆動回路で、垂直検出ユニット6、露
光位置検出ユニット7、水平検出ユニット8の検出結果
をステージ制御駆動回路10にて判断し、ウェハ5の露
光面を投影レンズ4の焦点面に一致させ、レチクル3の
パターンを所定の位置に露光されるようステージ9を移
動する。
しながら説明する。図1は本発明の一実施例における露
光装置の概略構成図である。図1において、1はレーザ
光源部で露光光を発生し、2は照明光学系でレーザ光源
部1からの出射光を露光に適した光束に矯正するための
レンズ系である。3はレチクル、4は投影レンズ、5は
ウェハで、投影レンズ4によりレチクル3面上のパター
ンを感光材が塗布されたウェハ5面上に転写する。6は
垂直検出ユニットで投影レンズ4の焦点面とウェハ5面
の面間隔を測定する。7は露光位置検出ユニットで、レ
チクル3面上のパターンの投影レンズ4による実像位置
とウェハ5面上の露光位置の相対的位置関係を計測す
る。また、8は水平検出ユニットで投影レンズ4の焦点
面とウェハ5面の平行度を測定する。9はステージ、1
0はステージ制御駆動回路で、垂直検出ユニット6、露
光位置検出ユニット7、水平検出ユニット8の検出結果
をステージ制御駆動回路10にて判断し、ウェハ5の露
光面を投影レンズ4の焦点面に一致させ、レチクル3の
パターンを所定の位置に露光されるようステージ9を移
動する。
【0025】以上のように構成された露光装置におい
て、次に垂直検出ユニット6の装置構成について、図2
に示す垂直検出ユニット概略構成図を用いて説明する。
まず、11は合焦用光源で、露光光と波長の異なるコヒ
ーレントな平面波を生成する。12はレチクル3面に設
けられている光学素子で、通常のレンズと同様に光束を
収束、発散させる作用を持つ。合焦用光源11からの出
射光束の断面の大きさは、光学素子12の有効径と同程
度になっている。13、14はハーフミラー、15は全
反射ミラー、16はレンズ系で、合焦用光源11からの
出射光をハーフミラー13によって光学素子12に導入
する。光学素子12を透過した光束は、投影レンズ4を
通過しウェハ5により反射された後、再度投影レンズ
4、光学素子12、レンズ系16を通過する。通過後の
光束は、ハーフミラー14及び全反射ミラー15によっ
て2系統の光束に分離される。17、18はアパチャ
ー、19、20は受光素子で、ハーフミラー14、全反
射ミラー15からの光束の一部をアパチャー17、18
によって選択し、受光素子19、20で光強度を測定す
る。21は信号強度比較回路であり、受光素子19、2
0で測定された光強度を比較し、ウェハ5が投影レンズ
4の焦点位置に対してどこに位置しているかを算出す
る。10はステージ制御駆動回路で、信号強度比較回路
21からの測定結果に基づき、ウェハ5が投影レンズ4
の焦点に位置するようにステージ9を制御、駆動する。
て、次に垂直検出ユニット6の装置構成について、図2
に示す垂直検出ユニット概略構成図を用いて説明する。
まず、11は合焦用光源で、露光光と波長の異なるコヒ
ーレントな平面波を生成する。12はレチクル3面に設
けられている光学素子で、通常のレンズと同様に光束を
収束、発散させる作用を持つ。合焦用光源11からの出
射光束の断面の大きさは、光学素子12の有効径と同程
度になっている。13、14はハーフミラー、15は全
反射ミラー、16はレンズ系で、合焦用光源11からの
出射光をハーフミラー13によって光学素子12に導入
する。光学素子12を透過した光束は、投影レンズ4を
通過しウェハ5により反射された後、再度投影レンズ
4、光学素子12、レンズ系16を通過する。通過後の
光束は、ハーフミラー14及び全反射ミラー15によっ
て2系統の光束に分離される。17、18はアパチャ
ー、19、20は受光素子で、ハーフミラー14、全反
射ミラー15からの光束の一部をアパチャー17、18
によって選択し、受光素子19、20で光強度を測定す
る。21は信号強度比較回路であり、受光素子19、2
0で測定された光強度を比較し、ウェハ5が投影レンズ
4の焦点位置に対してどこに位置しているかを算出す
る。10はステージ制御駆動回路で、信号強度比較回路
21からの測定結果に基づき、ウェハ5が投影レンズ4
の焦点に位置するようにステージ9を制御、駆動する。
【0026】以上のように構成された垂直検出ユニット
6のウェハ位置検出原理について、図2を参照しながら
以下に説明する。合焦用光源11からの出射光束は光学
素子12及び投影レンズ4を通過するが、上記2つの合
成焦点距離をf1とする。また、ウェハ5により反射さ
れた光束は、再び投影レンズ4と光学素子12を通過し
レンズ系16により収束されるが、投影レンズ4と光学
素子12とレンズ系16の合成焦点距離をf2とする。
以上のように考えるとき、合焦用光源11から出射され
た光束は受光素子19、20に達するまで、焦点距離f
1、f2の2つのレンズを通過することと等価になる。
ここで、2つのレンズの間隔をDとすると、ウェハ5の
位置がdだけ投影レンズ4から遠ざかると、焦点距離f
1、f2のレンズ間隔がD+2dになるため、合焦用光
源21からの出射光の焦点位置が変化する。アパチャー
17、18と受光素子19、20によって、異なる位置
における光強度が測定されるが、それらを比較すること
によって合焦用光源11からの出射光がレンズ系16を
経たときの焦点の位置が算出される。レチクル3、投影
レンズ4、ウェハ5が正しい位置にあるときの、合焦用
光源11からの出射光の焦点位置を予め登録しておけ
ば、後は常に焦点位置が同じになるようウェハ5を移動
させることにより合焦が可能になる。
6のウェハ位置検出原理について、図2を参照しながら
以下に説明する。合焦用光源11からの出射光束は光学
素子12及び投影レンズ4を通過するが、上記2つの合
成焦点距離をf1とする。また、ウェハ5により反射さ
れた光束は、再び投影レンズ4と光学素子12を通過し
レンズ系16により収束されるが、投影レンズ4と光学
素子12とレンズ系16の合成焦点距離をf2とする。
以上のように考えるとき、合焦用光源11から出射され
た光束は受光素子19、20に達するまで、焦点距離f
1、f2の2つのレンズを通過することと等価になる。
ここで、2つのレンズの間隔をDとすると、ウェハ5の
位置がdだけ投影レンズ4から遠ざかると、焦点距離f
1、f2のレンズ間隔がD+2dになるため、合焦用光
源21からの出射光の焦点位置が変化する。アパチャー
17、18と受光素子19、20によって、異なる位置
における光強度が測定されるが、それらを比較すること
によって合焦用光源11からの出射光がレンズ系16を
経たときの焦点の位置が算出される。レチクル3、投影
レンズ4、ウェハ5が正しい位置にあるときの、合焦用
光源11からの出射光の焦点位置を予め登録しておけ
ば、後は常に焦点位置が同じになるようウェハ5を移動
させることにより合焦が可能になる。
【0027】光学素子12がなくても、図2と同様な装
置構成により合焦させることが可能であるが、光学素子
12をレチクル位置に設けることにより、投影レンズ4
に対するレチクル位置の情報も抽出することができ、レ
チクル3のウェハ5面上での投影像の投影倍率を一定に
することが可能である。また、レンズ系16は全てのレ
ンズ系の合成焦点距離を短くするために設けられてお
り、ウェハ5の移動に伴う2つの受光素子で測定される
光強度の変化を増幅する。以上のようにレンズ系16を
挿入することによって、より精度の高い合焦が可能にな
る。
置構成により合焦させることが可能であるが、光学素子
12をレチクル位置に設けることにより、投影レンズ4
に対するレチクル位置の情報も抽出することができ、レ
チクル3のウェハ5面上での投影像の投影倍率を一定に
することが可能である。また、レンズ系16は全てのレ
ンズ系の合成焦点距離を短くするために設けられてお
り、ウェハ5の移動に伴う2つの受光素子で測定される
光強度の変化を増幅する。以上のようにレンズ系16を
挿入することによって、より精度の高い合焦が可能にな
る。
【0028】光学素子12はレンズと同様に光束の収
束、発散の作用があるものならどのような構造をとって
もよい。例えば、図3に示すようにレチクル上の転写パ
ターンの一部分に転写パターンと同様にクロムメッキ
で、フルネルパターンを設けておくとよい。フルネルパ
ターンの透過回折光は一つの焦点を結び、レンズと同じ
作用をする。
束、発散の作用があるものならどのような構造をとって
もよい。例えば、図3に示すようにレチクル上の転写パ
ターンの一部分に転写パターンと同様にクロムメッキ
で、フルネルパターンを設けておくとよい。フルネルパ
ターンの透過回折光は一つの焦点を結び、レンズと同じ
作用をする。
【0029】以上のように、本実施例の露光装置におけ
る垂直検出ユニット6において、レチクル上にレンズと
同様な作用をする光学素子を設け、その光学素子をコヒ
ーレントな光線で照明し、透過光が投影レンズを通過し
ウェハで反射され再び投影レンズと光学素子を経た後に
形成される焦点位置を計測する事により、ウェハの部分
的な反射率の差異、ウェハ表面の局所的なうねり、ウェ
ハ表面の微細パターンの回折やスペックル等に影響され
ない合焦が可能になる。
る垂直検出ユニット6において、レチクル上にレンズと
同様な作用をする光学素子を設け、その光学素子をコヒ
ーレントな光線で照明し、透過光が投影レンズを通過し
ウェハで反射され再び投影レンズと光学素子を経た後に
形成される焦点位置を計測する事により、ウェハの部分
的な反射率の差異、ウェハ表面の局所的なうねり、ウェ
ハ表面の微細パターンの回折やスペックル等に影響され
ない合焦が可能になる。
【0030】ここで、上記垂直検出ユニット6の実施例
において、アパチャーと受光素子は2組であるが、3組
以上設けてもよい。受光素子を多数設けることにより、
異なる位置における光強度を多点計測できることにな
り、それらの計測結果を統計処理することによって、レ
ンズの残存収差による光強度の変化に左右されない正確
な合焦動作が可能な垂直検出ユニットを得ることができ
る。
において、アパチャーと受光素子は2組であるが、3組
以上設けてもよい。受光素子を多数設けることにより、
異なる位置における光強度を多点計測できることにな
り、それらの計測結果を統計処理することによって、レ
ンズの残存収差による光強度の変化に左右されない正確
な合焦動作が可能な垂直検出ユニットを得ることができ
る。
【0031】次に、本発明の実施例における水平検出ユ
ニット7の装置構成について、図4に示す水平検出ユニ
ット概略構成図を用いて説明する。図4は本発明の一実
施例における露光装置の水平位置検出ユニット8の構成
図である。図4において、5はウェハ、9はウェハ5を
3次元的に移動させるためのステージであり、傾き調整
では主にあおり方向の移動を行う。4はレチクル(図示
せず)のパターンをウェハ5面に投影露光するための投
影レンズ、22はLED等の発光素子(光源)、23は
発光素子22で発した光を平行光線に矯正するための照
射光学系のレンズであり、レンズ23の焦点付近に発光
素子22が設けられている。24は照射光学系の送光ス
リットであり、平行光線の一部を通過させるためのスリ
ットが開けられ、このスリットの中心が光軸と一致する
ように設けられている。25は送光スリット24から発
せられたスリット光をウェハ5面上の異なる位置に照射
するために光軸をシフトする光学硝子基板状の平行シフ
タ、26はウェハ5上で反射したスリット光を同じ光路
を通るように反射するためのミラー、27はミラー26
に反射された光線がハーフミラー28によって一部反射
された反射光を集光するためのレンズ、29は集光した
光の重心位置を検出するPSD素子、30は位置検出回
路、10は位置検出回路30の出力に基づき、ウェハス
テージ9をあおり2方向に移動させるためのウェハステ
ージ制御駆動回路である。31はシフタ駆動回路で、平
行シフタ25のあおり動作を制御する。
ニット7の装置構成について、図4に示す水平検出ユニ
ット概略構成図を用いて説明する。図4は本発明の一実
施例における露光装置の水平位置検出ユニット8の構成
図である。図4において、5はウェハ、9はウェハ5を
3次元的に移動させるためのステージであり、傾き調整
では主にあおり方向の移動を行う。4はレチクル(図示
せず)のパターンをウェハ5面に投影露光するための投
影レンズ、22はLED等の発光素子(光源)、23は
発光素子22で発した光を平行光線に矯正するための照
射光学系のレンズであり、レンズ23の焦点付近に発光
素子22が設けられている。24は照射光学系の送光ス
リットであり、平行光線の一部を通過させるためのスリ
ットが開けられ、このスリットの中心が光軸と一致する
ように設けられている。25は送光スリット24から発
せられたスリット光をウェハ5面上の異なる位置に照射
するために光軸をシフトする光学硝子基板状の平行シフ
タ、26はウェハ5上で反射したスリット光を同じ光路
を通るように反射するためのミラー、27はミラー26
に反射された光線がハーフミラー28によって一部反射
された反射光を集光するためのレンズ、29は集光した
光の重心位置を検出するPSD素子、30は位置検出回
路、10は位置検出回路30の出力に基づき、ウェハス
テージ9をあおり2方向に移動させるためのウェハステ
ージ制御駆動回路である。31はシフタ駆動回路で、平
行シフタ25のあおり動作を制御する。
【0032】以上の構成において、以下、その動作につ
いて図5を参照しながら説明する。図5は水平検出ユニ
ットの動作原理を説明するための模式図である。図5に
おいては、レチクル(図示せず)、投影レンズ4、ウェ
ハ5の光学系で、レチクルパターンの焦点面がウェハ5
の表面上に合致した状態を示しており、この時の送光ス
リット24のレンズ27による像のPSD素子面におけ
る受光位置をZ0 とする。発光素子22からの光は、レ
ンズ23で平行光にされる。この平行光のうち、光軸近
傍の光は送光スリット24を通り、平行シフタ25を通
過し投影レンズ4の中心の直下で、かつウェハ5の表面
上に送光スリット24の開口形状の平行光束が照射され
る。この光束はウェハ5面上で反射され、ミラー26で
反射され再びウェハ5で反射され再度平行シフタ25を
通り、ハーフミラー28で光線の一部が反射されPSD
素子29で受光され光線のスポット位置が検出される。
上記のようにウェハ5は水平位置Z=Z0 におかれてい
るため、位置検出回路30からの出力信号は零となる。
そして、ウェハステージ9を移動量に対応して得られる
位置検出回路30からの出力信号(例えば水平位置から
ずれたときは点線のような光路)からウェハ5面の傾き
を検出できる。
いて図5を参照しながら説明する。図5は水平検出ユニ
ットの動作原理を説明するための模式図である。図5に
おいては、レチクル(図示せず)、投影レンズ4、ウェ
ハ5の光学系で、レチクルパターンの焦点面がウェハ5
の表面上に合致した状態を示しており、この時の送光ス
リット24のレンズ27による像のPSD素子面におけ
る受光位置をZ0 とする。発光素子22からの光は、レ
ンズ23で平行光にされる。この平行光のうち、光軸近
傍の光は送光スリット24を通り、平行シフタ25を通
過し投影レンズ4の中心の直下で、かつウェハ5の表面
上に送光スリット24の開口形状の平行光束が照射され
る。この光束はウェハ5面上で反射され、ミラー26で
反射され再びウェハ5で反射され再度平行シフタ25を
通り、ハーフミラー28で光線の一部が反射されPSD
素子29で受光され光線のスポット位置が検出される。
上記のようにウェハ5は水平位置Z=Z0 におかれてい
るため、位置検出回路30からの出力信号は零となる。
そして、ウェハステージ9を移動量に対応して得られる
位置検出回路30からの出力信号(例えば水平位置から
ずれたときは点線のような光路)からウェハ5面の傾き
を検出できる。
【0033】ここで、図4に示してあるように、平行シ
フタ25はシフタ駆動回路31によって光軸に垂直な軸
にそって回転が可能であり、平行シフタ25を回転する
ことで、送光スリット24を通過した後の光束を光軸に
対して平行に移動させることが可能になるため、ウェハ
5上の異なる位置にスリット光を照射できる。このと
き、平行シフタ25によってシフトした光束は平行に移
動するため、ウェハ5面の角度が一定ならば、ウェハ5
面上の任意の位置に光束が照射されていても集光レンズ
27によって結像される光束スポットのPSD素子29
上での位置は変化しないので、ウェハ5上の照射位置と
無関係にウェハ5の傾き量が計測可能である。
フタ25はシフタ駆動回路31によって光軸に垂直な軸
にそって回転が可能であり、平行シフタ25を回転する
ことで、送光スリット24を通過した後の光束を光軸に
対して平行に移動させることが可能になるため、ウェハ
5上の異なる位置にスリット光を照射できる。このと
き、平行シフタ25によってシフトした光束は平行に移
動するため、ウェハ5面の角度が一定ならば、ウェハ5
面上の任意の位置に光束が照射されていても集光レンズ
27によって結像される光束スポットのPSD素子29
上での位置は変化しないので、ウェハ5上の照射位置と
無関係にウェハ5の傾き量が計測可能である。
【0034】ここで、本実施例における水平検出ユニッ
ト8に上記の平行シフタ25が備えているのは次の理由
による。すでにウェハ5上の露光領域に何らかのパター
ンが転写されている状況において、時にウェハ5面上で
の照明領域が反射率の異なる領域をまたぐ場合がある。
送光スリット24のスリット幅が無限小で、レンズ2
3、27が無収差で、レンズ27の結像面とPSD素子
29の受光面が一致しているならば、前記の状況に遭遇
してもウェハ5面の角度の計測に影響はない。しかし、
実際には送光スリット24は有限のスリット幅を有し、
またレンズ23、27は収差を持つ。更にPSD素子2
9の受光面をレンズ27の結像面に完全に位置させるこ
とは困難である。そのため、PSD素子29受光面にお
けるスリット光のスポットは有限の大きさを有するた
め、前記状況においてはウェハ5面上での照明領域内の
反射率の変化によって、ウェハ5面の傾きの測定が影響
される。また、ウェハ5表面は完全な平面ではなく、若
干の面のうねりを有している。そのため、ウェハ5の局
所的な面の角度を計測しても、必ずしも露光領域の面角
度を測定しているとはいえない。
ト8に上記の平行シフタ25が備えているのは次の理由
による。すでにウェハ5上の露光領域に何らかのパター
ンが転写されている状況において、時にウェハ5面上で
の照明領域が反射率の異なる領域をまたぐ場合がある。
送光スリット24のスリット幅が無限小で、レンズ2
3、27が無収差で、レンズ27の結像面とPSD素子
29の受光面が一致しているならば、前記の状況に遭遇
してもウェハ5面の角度の計測に影響はない。しかし、
実際には送光スリット24は有限のスリット幅を有し、
またレンズ23、27は収差を持つ。更にPSD素子2
9の受光面をレンズ27の結像面に完全に位置させるこ
とは困難である。そのため、PSD素子29受光面にお
けるスリット光のスポットは有限の大きさを有するた
め、前記状況においてはウェハ5面上での照明領域内の
反射率の変化によって、ウェハ5面の傾きの測定が影響
される。また、ウェハ5表面は完全な平面ではなく、若
干の面のうねりを有している。そのため、ウェハ5の局
所的な面の角度を計測しても、必ずしも露光領域の面角
度を測定しているとはいえない。
【0035】以上のように、スリット光のウェハ5面に
おける照明領域において、スリット光に対する反射率の
変化がある場合やウェハ5面のうねりが存在する場合
は、ウェハ5面の角度計測値の信頼性が低下する。そこ
で、本実施例における水平検出ユニット8は平行シフタ
25を備え、平行シフタ25の角度を変化させることに
よって、スリット光のウェハ5面における照明領域を変
化させ、異なる領域における測定値を統計処理すること
によって、前記のレンズ23、27の収差、PSD素子
29受光面とレンズ27の結像面の不一致、ウェハ5面
のうねり等の測定への影響を除去するものである。
おける照明領域において、スリット光に対する反射率の
変化がある場合やウェハ5面のうねりが存在する場合
は、ウェハ5面の角度計測値の信頼性が低下する。そこ
で、本実施例における水平検出ユニット8は平行シフタ
25を備え、平行シフタ25の角度を変化させることに
よって、スリット光のウェハ5面における照明領域を変
化させ、異なる領域における測定値を統計処理すること
によって、前記のレンズ23、27の収差、PSD素子
29受光面とレンズ27の結像面の不一致、ウェハ5面
のうねり等の測定への影響を除去するものである。
【0036】以上のように本実施例によれば、平行光を
ウェハ上に照射し、反射光を再びミラーで折り返しPS
D素子で受光するときに、平行シフタを回転することに
よりウェハ上の複数の位置を走査することで、ウェハの
局所的な反射率の異なる領域があったとしても十分な水
平位置の調整が可能である。
ウェハ上に照射し、反射光を再びミラーで折り返しPS
D素子で受光するときに、平行シフタを回転することに
よりウェハ上の複数の位置を走査することで、ウェハの
局所的な反射率の異なる領域があったとしても十分な水
平位置の調整が可能である。
【0037】なお、実施例において平行シフタ25は1
軸方向のみ回転可能な構造としたが、平行シフタ25は
2軸方向に回転可能ならウェハ5上をより自由度高く走
査可能にしてもよい。また、平行シフタ25を2枚設け
それぞれ別の方向に走査する構造をとっても良い。
軸方向のみ回転可能な構造としたが、平行シフタ25は
2軸方向に回転可能ならウェハ5上をより自由度高く走
査可能にしてもよい。また、平行シフタ25を2枚設け
それぞれ別の方向に走査する構造をとっても良い。
【0038】次に、本発明の実施例における照明光学系
2について、図面を参照しながら説明する。図6は本発
明の一実施例における照明光学系2の概略構成図で、図
6において、32は露光機構部である。33はレーザ光
源で、例えばエキシマレーザのような光源である。34
は紫外反射用ミラーであり、35は凹レンズ、36は凸
レンズであり、凹レンズ35と凸レンズ36は1つのレ
ンズ系としてビームエキスパンダの役割を持っており、
レーザのビーム径をおおよそ第1のフライアイレンズ3
7の大きさに拡大するものである。37はレチクル上を
均一に照明するための第1のフライアイレンズであり、
フライアイレンズ37は図7の平面図に示すごとく、四
角柱が多数(図7では5×5=25個)接合されて構成
されており、各四角柱の両端面はそれぞれ凸球面に形成
されており、凸レンズの作用を有している。38は凸レ
ンズで、39は第1のフライアイレンズ37から出射し
たビームを曲折させる紫外反射用ミラーである。40は
凸レンズで、凸レンズ38とともに第1のフライアイレ
ンズ37から出射したビームをコリメートするコリメー
トレンズの役割をもっている。41はレチクル上を均一
に照明するための第2のフライアイレンズであり、第1
のフライアイレンズ37と同様の構成をしており、第1
のフライアイレンズ37の入射面と第2のフライアイレ
ンズ41の出射面とは略共役関係に維持されている。こ
こで37、38及び40、41を総称してレチクル上を
均一に照明するためのオプチカル・インテグレータと称
する。
2について、図面を参照しながら説明する。図6は本発
明の一実施例における照明光学系2の概略構成図で、図
6において、32は露光機構部である。33はレーザ光
源で、例えばエキシマレーザのような光源である。34
は紫外反射用ミラーであり、35は凹レンズ、36は凸
レンズであり、凹レンズ35と凸レンズ36は1つのレ
ンズ系としてビームエキスパンダの役割を持っており、
レーザのビーム径をおおよそ第1のフライアイレンズ3
7の大きさに拡大するものである。37はレチクル上を
均一に照明するための第1のフライアイレンズであり、
フライアイレンズ37は図7の平面図に示すごとく、四
角柱が多数(図7では5×5=25個)接合されて構成
されており、各四角柱の両端面はそれぞれ凸球面に形成
されており、凸レンズの作用を有している。38は凸レ
ンズで、39は第1のフライアイレンズ37から出射し
たビームを曲折させる紫外反射用ミラーである。40は
凸レンズで、凸レンズ38とともに第1のフライアイレ
ンズ37から出射したビームをコリメートするコリメー
トレンズの役割をもっている。41はレチクル上を均一
に照明するための第2のフライアイレンズであり、第1
のフライアイレンズ37と同様の構成をしており、第1
のフライアイレンズ37の入射面と第2のフライアイレ
ンズ41の出射面とは略共役関係に維持されている。こ
こで37、38及び40、41を総称してレチクル上を
均一に照明するためのオプチカル・インテグレータと称
する。
【0039】42は第2のフライアイレンズ41に対応
した電気光学素子から成る光量調整手段であり、例えば
石英ガラス等で構成された液晶素子であり、43は被照
射面(ウェハ面)の照度分布を検出する照度分布検出手
段44により検出された出力信号に応じて照射光量を制
御する制御手段である。45は紫外反射用ミラーであ
り、46はコンデンサレンズで、2段のオプチカル・イ
ンテグレータ37、41から出射したビームを集光す
る。3は転写用のパターンが描かれているレチクル、4
7はレチクル3を吸着、保持するレチクルホルダ、4は
レチクル3のパターンを投影する投影レンズ、5はパタ
ーンが焼付けられるウェハである。9はステージであ
り、ウェハ5を吸着、保持し、かつ焼付けを行う際に移
動、合焦を行う。45は露光機構部の定盤である。44
は被照射面(ウェハ面)の照度分布を検出する照度分布
検出手段で例えば、紫外用フォトセンサである。
した電気光学素子から成る光量調整手段であり、例えば
石英ガラス等で構成された液晶素子であり、43は被照
射面(ウェハ面)の照度分布を検出する照度分布検出手
段44により検出された出力信号に応じて照射光量を制
御する制御手段である。45は紫外反射用ミラーであ
り、46はコンデンサレンズで、2段のオプチカル・イ
ンテグレータ37、41から出射したビームを集光す
る。3は転写用のパターンが描かれているレチクル、4
7はレチクル3を吸着、保持するレチクルホルダ、4は
レチクル3のパターンを投影する投影レンズ、5はパタ
ーンが焼付けられるウェハである。9はステージであ
り、ウェハ5を吸着、保持し、かつ焼付けを行う際に移
動、合焦を行う。45は露光機構部の定盤である。44
は被照射面(ウェハ面)の照度分布を検出する照度分布
検出手段で例えば、紫外用フォトセンサである。
【0040】以上のように構成された照明光学系2につ
いて、以下その動作について図6を参照しながら説明す
る。まず、エキシマレーザ光源33から発振されたレー
ザビームは紫外用反射ミラー34で反射され、ビームエ
キスパンダ35、36に入射する。ビームエキスパンダ
35、36を出射し、ほぼ正方形断面の平行ビームに拡
大されたレーザビームは第1の光源像発生手段であるフ
ライアイレンズ37に入射する。フライアイレンズ37
の入射面側の凸面の焦点距離は、フライアイレンズ37
の厚さにほぼ等しいため、フライアイレンズ37に入射
するビームは各四角柱レンズ要素によって出射面側の各
凸面の近傍に集光されN個(図7では25個)のスポッ
ト像が形成される。形成されたスポット光は第2の光源
像発生手段であるフライアイレンズ41でN×M個のス
ポット光として集光した後、発散したレーザビームは紫
外反射用ミラー45で曲折され、コンデンサレンズ46
に入射する。入射したレーザビームはコンデンサレンズ
46により適度に集光され、多数のスポット光の各々か
らの光はレチクル3上ですべて重畳され、一様な照度分
布となってレチクル3を照射する。これによりレチクル
3に描かれている回路パターンは投影レンズ4によりウ
ェハ5上に縮小投影され、パターンが焼付けられる。
いて、以下その動作について図6を参照しながら説明す
る。まず、エキシマレーザ光源33から発振されたレー
ザビームは紫外用反射ミラー34で反射され、ビームエ
キスパンダ35、36に入射する。ビームエキスパンダ
35、36を出射し、ほぼ正方形断面の平行ビームに拡
大されたレーザビームは第1の光源像発生手段であるフ
ライアイレンズ37に入射する。フライアイレンズ37
の入射面側の凸面の焦点距離は、フライアイレンズ37
の厚さにほぼ等しいため、フライアイレンズ37に入射
するビームは各四角柱レンズ要素によって出射面側の各
凸面の近傍に集光されN個(図7では25個)のスポッ
ト像が形成される。形成されたスポット光は第2の光源
像発生手段であるフライアイレンズ41でN×M個のス
ポット光として集光した後、発散したレーザビームは紫
外反射用ミラー45で曲折され、コンデンサレンズ46
に入射する。入射したレーザビームはコンデンサレンズ
46により適度に集光され、多数のスポット光の各々か
らの光はレチクル3上ですべて重畳され、一様な照度分
布となってレチクル3を照射する。これによりレチクル
3に描かれている回路パターンは投影レンズ4によりウ
ェハ5上に縮小投影され、パターンが焼付けられる。
【0041】また、第2の光源像発生手段であるフライ
アイレンズ41から出射したレーザビームは、M個の小
レンズ群で構成された第2のフライアイレンズ41に対
応したM個の電気光学素子42に入射する。電気光学素
子42の構造は図8に示してあるように、第2のフライ
アイレンズ41中の小レンズ数と同数のM個の電気光学
素子から構成され、各々の電気光学素子は独立にレーザ
光透過率を変動させることが可能である。ここで、被照
射面の照度分布を検出する紫外用フォトセンサ44によ
り検出された出力信号に応じて照射光量を制御する照度
分布制御回路43により前記電気光学素子42を制御す
ることによって、全体光量の均一性はもちろんのこと、
部分的なスペックルの発生を抑えた、より均一な照明光
学装置を得ることができる。
アイレンズ41から出射したレーザビームは、M個の小
レンズ群で構成された第2のフライアイレンズ41に対
応したM個の電気光学素子42に入射する。電気光学素
子42の構造は図8に示してあるように、第2のフライ
アイレンズ41中の小レンズ数と同数のM個の電気光学
素子から構成され、各々の電気光学素子は独立にレーザ
光透過率を変動させることが可能である。ここで、被照
射面の照度分布を検出する紫外用フォトセンサ44によ
り検出された出力信号に応じて照射光量を制御する照度
分布制御回路43により前記電気光学素子42を制御す
ることによって、全体光量の均一性はもちろんのこと、
部分的なスペックルの発生を抑えた、より均一な照明光
学装置を得ることができる。
【0042】以上のように本実施例における照明光学系
によれば、被照射面に設けた照度分布検出手段と、照度
分布検出手段により検出された出力信号に応じて照射光
量を制御する照度分布制御手段と、第2フライアイレン
ズの直後に照度分布制御手段により照射光量を調整する
光量調整手段を設けることにより、光量低下も無く一様
な均一照明を得ることができる。
によれば、被照射面に設けた照度分布検出手段と、照度
分布検出手段により検出された出力信号に応じて照射光
量を制御する照度分布制御手段と、第2フライアイレン
ズの直後に照度分布制御手段により照射光量を調整する
光量調整手段を設けることにより、光量低下も無く一様
な均一照明を得ることができる。
【0043】なお、本実施例において、電気光学素子4
2の電気光学素子単位の数と、フライアイレンズ41の
小レンズの数は同じであるが、電気光学素子単位の数を
小レンズの数量より多くした構造をとることも可能であ
る。
2の電気光学素子単位の数と、フライアイレンズ41の
小レンズの数は同じであるが、電気光学素子単位の数を
小レンズの数量より多くした構造をとることも可能であ
る。
【0044】以上のように、本実施例における垂直検出
ユニット6、水平検出ユニット8、照明光学系2によっ
て、ウェハ表面の局所的な反射率の相違、基板上の微細
パターンによる回折光の混入、及び局所的なウェハ面の
うねり等に影響されない合焦動作が可能であり、且つ全
体光量の均一性はもちろんのこと部分的なスペックルの
発生を抑え、より均一な照明光強度分布を有する露光装
置を提供することが出来る。なお、垂直検出ユニット
6、水平検出ユニット8、照明光学系2はそれぞれ図
2、図4、図6に示したような構成を持つ独立の装置と
して種々の目的に用いることも可能である。
ユニット6、水平検出ユニット8、照明光学系2によっ
て、ウェハ表面の局所的な反射率の相違、基板上の微細
パターンによる回折光の混入、及び局所的なウェハ面の
うねり等に影響されない合焦動作が可能であり、且つ全
体光量の均一性はもちろんのこと部分的なスペックルの
発生を抑え、より均一な照明光強度分布を有する露光装
置を提供することが出来る。なお、垂直検出ユニット
6、水平検出ユニット8、照明光学系2はそれぞれ図
2、図4、図6に示したような構成を持つ独立の装置と
して種々の目的に用いることも可能である。
【0045】
【発明の効果】以上のように本発明は、光軸に対し光線
を平行に移動させる機構を設けることにより、ウェハ面
上の1ショット内の露光領域の複数箇所を連続あるいは
断続的にウェハ面の平行度計測用の光線を走査し、露光
領域内の複数箇所の平行度を測定することができる。ま
た、レチクル上にレンズと同様な作用をする光学素子を
設け、露光光とは異なる波長の光源を用いて照明し、生
成される散乱光のウェハからの反射光の焦点位置を複数
の受光素子で検出することによりウェハ面上の露光領域
位置を投影レンズの焦点に合致させることができる。上
記の構成をとることにより、ウェハ面上に局所的な反射
率の相違、局所的な面のうねり、露光領域に存在する微
細パターンによって生成される回折光やスペックルに影
響されない合焦ができる優れた露光装置を実現できるも
のである。
を平行に移動させる機構を設けることにより、ウェハ面
上の1ショット内の露光領域の複数箇所を連続あるいは
断続的にウェハ面の平行度計測用の光線を走査し、露光
領域内の複数箇所の平行度を測定することができる。ま
た、レチクル上にレンズと同様な作用をする光学素子を
設け、露光光とは異なる波長の光源を用いて照明し、生
成される散乱光のウェハからの反射光の焦点位置を複数
の受光素子で検出することによりウェハ面上の露光領域
位置を投影レンズの焦点に合致させることができる。上
記の構成をとることにより、ウェハ面上に局所的な反射
率の相違、局所的な面のうねり、露光領域に存在する微
細パターンによって生成される回折光やスペックルに影
響されない合焦ができる優れた露光装置を実現できるも
のである。
【0046】
【図1】本発明の一実施例における露光装置の概略構成
図
図
【図2】同実施例における垂直検出ユニットの概略構成
図
図
【図3】同実施例における垂直検出ユニットでレチクル
上に施されているレンズとして作用する光学素子パター
ンの模式図
上に施されているレンズとして作用する光学素子パター
ンの模式図
【図4】同実施例における水平検出ユニットの概略構成
図
図
【図5】同実施例における水平検出ユニットの動作原理
を説明するための模式図
を説明するための模式図
【図6】同実施例における照明光学系の概略構成図
【図7】同実施例における光軸方向から見たフライアイ
レンズの外観図
レンズの外観図
【図8】同実施例における電気光学素子の外観図
【図9】従来の露光装置における合焦装置と照明光学系
の概略構成図
の概略構成図
【図10】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
の光軸方向に沿った方向から見た断面図
の光軸方向に沿った方向から見た断面図
【図11】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
の斜視概略図
の斜視概略図
【図12】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
のブロッキングマスクの光軸方向からの正面図
のブロッキングマスクの光軸方向からの正面図
【図13】従来の照明光学系におけるフライアイレンズ
のブロッキングマスクの作用を説明するための模式図
のブロッキングマスクの作用を説明するための模式図
1 レーザ光源部 2 照明光学系 3 レチクル 4 投影レンズ 5 ウェハ 6 垂直検出ユニット 7 露光位置検出ユニット 8 水平検出ユニット 9 ステージ 10 ステージ制御駆動回路 11 合焦用光源 12 光学素子 13、14 ハーフミラー 15 全反射ミラー 17、18 アパチャー 19、20 受光素子 21 信号強度比較回路 22 発光素子 24 送光スリット 25 平行シフタ 29 PSD素子 30 位置検出回路 31 シフタ駆動回路 34、39、45 紫外反射用ミラー 35 凹レンズ 36、38、40 凸レンズ 37 第1のフライアイレンズ 41 第2のフライアイレンズ 42 電気光学素子 43 照度分布制御回路 44 紫外用フォトセンサ 46 コンデンサレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 吉幸 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (72)発明者 山下 博 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (72)発明者 岩澤 利幸 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−220521(JP,A) 特開 平5−217853(JP,A) 特開 平6−204121(JP,A) 特開 平6−84759(JP,A) 特開 平2−292813(JP,A) 特開 昭61−183928(JP,A) 特開 平6−295855(JP,A) 特開 平5−45889(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20
Claims (2)
- 【請求項1】 近似的平面を有する物体において、1つ
の光源と、光源から照射する光線を上記物体平面上に平
行光線で照射するように構成された照射光学系と、この
光線中に配置された有限長の厚みを有する光学硝子基板
と、この光学硝子基板を光線の通過する方向に対して回
転自在に支持する回転機構と、上記物体平面による正反
射光を垂直に反射する反射ミラーと、反射光が再び上記
物体平面で反射され光学硝子基板を通過した位置に配置
され反射光の一部を再び反射するビームスプリッタと、
ビームスプリッタからの反射平行光を集光するレンズ
と、集光した光を光電変換する検出器と、回転機構の駆
動回路と、この駆動回路からの回転の同期信号と検出器
からの検出信号から上記物体平面の傾きを計算する信号
処理回路部からなる水平検出装置。 - 【請求項2】 レチクルに描かれた露光するパターンを
縮小して基板に転写するために投影する投影レンズと、
上記レチクルを照明する為のパルス化されたレーザ光を
発する光源と、露光を行うための照明光学系と、上記レ
チクル及び上記基板をそれぞれ搭載移動するステージ
と、上記レチクルと上記基板の位置合わせを行うアライ
メント機構からなる露光装置において、上記アライメン
ト機構は上記投影レンズによるレチクル上のパターンの
実像面に基板面を配置する合焦装置を有し、上記合焦装
置は投影レンズ光軸方向の基板と投影レンズ間距離を測
定する垂直検出装置と基板の水平面を測定する水平検出
装置とから構成され、上記水平検出装置は、1つの光源
と、光源から照射する光線を基板上に平行光線で照射す
るように構成された照射光学系と、この光線中に配置さ
れた有限長の厚みを有する光学硝子基板と、この光学硝
子基板を光線の通過する方向に対して回転自在に支持す
る回転機構と、基板からの正反射光を垂直に反射する反
射ミラーと、反射光が再び基板で反射され光学硝子基板
を通過した位置に配置され反射光の一部を再び反射する
ビームスプリッタと、ビームスプリッタからの反射平行
光を集光するレンズと、集光した光を光電変換する検出
器と、回転機構の駆動回路と、この駆動回路からの回転
の同期信号と検出器からの検出信号から基板の傾きを計
算する信号処理回路部から構成され、上記垂直検出装置
は、レチクルの一部に設けられたレンズとして作用する
光学素子と、露光光とは波長の異なるアライメント光を
出射し上記光学素子を照明する光源と、上記光学素子を
通過し基板を経由して得られるアライメント光を検出す
る複数の検出光学系と、上記検出光学系の出力を比較す
る手段と、上記比較手段からの信号を基にして基板の位
置を調整する手段から構成され、上記照明光学系は、上
記物体を照明する為のパルス化されたレーザ光を発する
光源から発せられるビームを用いて多数の光源像を発生
させる第1の光源像発生手段と、上記第1の光源像発生
手段からのビームを用いて多数の光源像を発生させる第
2の光源像発生手段と、上記第2の光源像発生手段から
のビームを重ね合わせた状態で被照射面を照射する照射
手段と、被照射面の照度分布を検出する照度分布検出手
段と該照度分布検出手段からの出力信号に応じて照射光
量を調整する光量調整手段から構成されることを特徴と
する露光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25817593A JP3351051B2 (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | 水平検出装置及びそれを用いた露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25817593A JP3351051B2 (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | 水平検出装置及びそれを用いた露光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07115047A JPH07115047A (ja) | 1995-05-02 |
JP3351051B2 true JP3351051B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17316570
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25817593A Expired - Fee Related JP3351051B2 (ja) | 1993-10-15 | 1993-10-15 | 水平検出装置及びそれを用いた露光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3351051B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8011792B2 (en) | 2007-12-28 | 2011-09-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Lighting unit and projection display apparatus |
JP2009182191A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | V Technology Co Ltd | 露光照明装置 |
CN112043294B (zh) * | 2019-06-08 | 2024-02-13 | 固安县朝阳生物科技有限公司 | 牙科成像设备检测模体 |
CN113359393B (zh) * | 2020-03-03 | 2023-02-07 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | 用于调整物镜与照明装置位置关系的方法、装置和光刻机 |
-
1993
- 1993-10-15 JP JP25817593A patent/JP3351051B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07115047A (ja) | 1995-05-02 |
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