JPH0340417A - 投影露光装置 - Google Patents
投影露光装置Info
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- JPH0340417A JPH0340417A JP2064155A JP6415590A JPH0340417A JP H0340417 A JPH0340417 A JP H0340417A JP 2064155 A JP2064155 A JP 2064155A JP 6415590 A JP6415590 A JP 6415590A JP H0340417 A JPH0340417 A JP H0340417A
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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
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
-
- G—PHYSICS
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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
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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
- G03F9/7049—Technique, e.g. interferometric
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体回路パターン、液晶等表示デバイスパタ
ーン、等微細パターンの投影露光装置に係り、特に、露
光領域全面を高解像度で露光可能とする被露光物体の傾
きと高さを検出する手段を具備した投影露光装置に関す
る。
ーン、等微細パターンの投影露光装置に係り、特に、露
光領域全面を高解像度で露光可能とする被露光物体の傾
きと高さを検出する手段を具備した投影露光装置に関す
る。
〔従来の技術〕
半導体集積回路の微細パターンの露光、或いはT F
T(Thin Film Transistor)
液晶テレビに代表される表示デバイスの大視野パターン
中の15゜ 16゜ 17゜ 駆動回路パターンの露光等では露光領域内全体に亘って
線幅ばらつきの少ない、原画に忠実なパターンを露光す
る必要がある。特に半導体集積回路の分野では今後0.
5μmパターン以下の線幅パターンを15問近い領域全
面に露光する必要があるが、パターンの微細化に伴ない
、結像する範囲(焦点深度)は±1μm以下となる。こ
のため、パターン結像面にウェハ上のフォトレジスト面
を正確に一致させることが不可欠となる。これを実現す
るにはウェハ表面(フォトレジスト表面)の露光領域に
おける傾きと高さを正確に検出することが必要となる。
T(Thin Film Transistor)
液晶テレビに代表される表示デバイスの大視野パターン
中の15゜ 16゜ 17゜ 駆動回路パターンの露光等では露光領域内全体に亘って
線幅ばらつきの少ない、原画に忠実なパターンを露光す
る必要がある。特に半導体集積回路の分野では今後0.
5μmパターン以下の線幅パターンを15問近い領域全
面に露光する必要があるが、パターンの微細化に伴ない
、結像する範囲(焦点深度)は±1μm以下となる。こ
のため、パターン結像面にウェハ上のフォトレジスト面
を正確に一致させることが不可欠となる。これを実現す
るにはウェハ表面(フォトレジスト表面)の露光領域に
おける傾きと高さを正確に検出することが必要となる。
従来特開昭63−7626号公報で示されている第1の
公知例では半導体レーザをウェハ表面上に斜め方向から
集光し、その集光位置を検出することにより高さを検出
している。またこの公知例ではウェハの多層構造に伴う
多重反射に対し、3波長の半導体レーザを用いて対応し
、集光位置を斜め入射方向と直角方向に変え、ウェハ上
の異なる場所の高さを求めている。本公知例は高さの検
出を主にしており、斜め入射方向と直角方向に場所を変
え測定し、傾きを検出することも可能であるが、直径2
0mm程度の狭い領域の2カ所を測定しても傾きの正確
な値は得にくい。それは本公知例で高さ検出を高精度に
実現するにはウェハ上の集光を充分に、即ち集光径をで
きるだけ小さくする必要があるが、集光径を小さくする
には集光ビームの集光角(主光線に対する集光束の最外
光線の角)を大きくする必要があり、この結果主光線の
入射角度は小さくせざるを得ない。この角度を小さくす
る(ウェハ面に垂直な線からの角度が小さくなる)とウ
ェハの多層構造に伴なう多重干渉の影響は後述の理由か
ら大きくなる。本公知例ではこの課題に対し3波長を用
いているが、それぞれの波長に対しては干渉の影響を受
けており、根本的な過大解決とならない。
公知例では半導体レーザをウェハ表面上に斜め方向から
集光し、その集光位置を検出することにより高さを検出
している。またこの公知例ではウェハの多層構造に伴う
多重反射に対し、3波長の半導体レーザを用いて対応し
、集光位置を斜め入射方向と直角方向に変え、ウェハ上
の異なる場所の高さを求めている。本公知例は高さの検
出を主にしており、斜め入射方向と直角方向に場所を変
え測定し、傾きを検出することも可能であるが、直径2
0mm程度の狭い領域の2カ所を測定しても傾きの正確
な値は得にくい。それは本公知例で高さ検出を高精度に
実現するにはウェハ上の集光を充分に、即ち集光径をで
きるだけ小さくする必要があるが、集光径を小さくする
には集光ビームの集光角(主光線に対する集光束の最外
光線の角)を大きくする必要があり、この結果主光線の
入射角度は小さくせざるを得ない。この角度を小さくす
る(ウェハ面に垂直な線からの角度が小さくなる)とウ
ェハの多層構造に伴なう多重干渉の影響は後述の理由か
ら大きくなる。本公知例ではこの課題に対し3波長を用
いているが、それぞれの波長に対しては干渉の影響を受
けており、根本的な過大解決とならない。
また従来の傾き検出の方法として特開昭63−1994
20号公報で示されている第2の公知例では投影レンズ
を通して露光波長と異なる傾き検出光を照射し1反射光
を集光し、集光位置から傾きを検出しているが、ウェハ
にほぼ垂直或いは浅い角度で入射させるため後述の理由
から下地からの反射光との干渉の影響が無視できなくな
り、正確な検出は困難となる。
20号公報で示されている第2の公知例では投影レンズ
を通して露光波長と異なる傾き検出光を照射し1反射光
を集光し、集光位置から傾きを検出しているが、ウェハ
にほぼ垂直或いは浅い角度で入射させるため後述の理由
から下地からの反射光との干渉の影響が無視できなくな
り、正確な検出は困難となる。
更に従来の多層構造物体に対する高さ検出の方法として
特開昭63−247741号公報で示される第3の公知
例では下地膜からの反射光を別々に分離しているが、こ
のような方法は半導体回路作成のプロセスに登場する薄
い膜に対して実行困難である。
特開昭63−247741号公報で示される第3の公知
例では下地膜からの反射光を別々に分離しているが、こ
のような方法は半導体回路作成のプロセスに登場する薄
い膜に対して実行困難である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は露光領域内の傾きと高さの情報を、半導
体回路パターンを有するウェハ等多層構造に対し、正確
に得ると言う点について配慮されておらず、今後の0.
5μm以下の回路パターン露光に要求される高精度の傾
き及び高さ制御に対して問題があった。
体回路パターンを有するウェハ等多層構造に対し、正確
に得ると言う点について配慮されておらず、今後の0.
5μm以下の回路パターン露光に要求される高精度の傾
き及び高さ制御に対して問題があった。
本発明の目的は上記従来の課題を解決し、半導体プロセ
スのいかなるウェハに対しても露光領域におけるフォト
レジスト表面の傾きと高さを正確に検出し、常に結像面
にレジスト表面或いはその近傍の最適位置に合せ、線幅
ばらつきの少ない高解像のパターンを露光する投影露光
装置を提供することにある。
スのいかなるウェハに対しても露光領域におけるフォト
レジスト表面の傾きと高さを正確に検出し、常に結像面
にレジスト表面或いはその近傍の最適位置に合せ、線幅
ばらつきの少ない高解像のパターンを露光する投影露光
装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明においては、可干渉光
源より出射した光を平行な照明光とし、ウェハ上のフォ
トレジスト表面上にある投影光学系の露光領域に斜めか
ら入射角θで照射し、反射光と、上記光源から出射した
光を分離して作った参照光をパターン検出器上で互に所
望の角度を付けて入射させ得られる干渉縞を検出する。
源より出射した光を平行な照明光とし、ウェハ上のフォ
トレジスト表面上にある投影光学系の露光領域に斜めか
ら入射角θで照射し、反射光と、上記光源から出射した
光を分離して作った参照光をパターン検出器上で互に所
望の角度を付けて入射させ得られる干渉縞を検出する。
この干渉縞ピッチと位相の変化からウェハ上のフォトレ
ジストと表面の傾きと高さの変化を求めることが可能と
なる。また入射角度を85°以上にすることは平行光束
を用いている本発明では容易であり、入射角が大きいた
めフォトレジスト表面での反射が大部分となり、下地の
層構造の各層での反射に伴ない1発生する干渉の影響は
ほとんど無視できるようになる。またフォトレジスト入
射光をS偏光とすれば表面での反射が更に大きくなり精
度が向上する。
ジストと表面の傾きと高さの変化を求めることが可能と
なる。また入射角度を85°以上にすることは平行光束
を用いている本発明では容易であり、入射角が大きいた
めフォトレジスト表面での反射が大部分となり、下地の
層構造の各層での反射に伴ない1発生する干渉の影響は
ほとんど無視できるようになる。またフォトレジスト入
射光をS偏光とすれば表面での反射が更に大きくなり精
度が向上する。
また上記フォトレジスト表面で反射した光を平面鏡に垂
直に入射し、反射した光を再びフォトレジスト表面に入
射させ、この反射光を物体光として干渉パターンの情報
を得ればウェハの傾きや高さの検出を2倍の感度で実行
することが可能となり、更に精度の高い検出が可能とな
る。
直に入射し、反射した光を再びフォトレジスト表面に入
射させ、この反射光を物体光として干渉パターンの情報
を得ればウェハの傾きや高さの検出を2倍の感度で実行
することが可能となり、更に精度の高い検出が可能とな
る。
また、上記参照光をフォトレジストの照射光および物体
光(反射光)と実効的にほぼ同一の方向に進みかつ同一
の領域を通過するごとく構成することにより、各光路は
空気のゆらぎ等外乱を同じように受け、周囲環境の変化
の影響を受けにくい傾きおよび高さ検出が可能となる。
光(反射光)と実効的にほぼ同一の方向に進みかつ同一
の領域を通過するごとく構成することにより、各光路は
空気のゆらぎ等外乱を同じように受け、周囲環境の変化
の影響を受けにくい傾きおよび高さ検出が可能となる。
また得られた干渉縞の情報を高速フーリエ変換し、その
結果である縞のスペクトル近傍の情報から傾きΔθと高
さΔhを求めれば、実時間と看做せる程度に高速にΔθ
、Δhが求まる。またこの時フォトレジスト照射位置が
パターン検出手段であるアレイセンサ受光面と光学的に
共役(結像)な関係にあれば、ウェハ上の所望の領域の
みの情報を選び出し、その部分の傾きと高さを求めるこ
とが可能となる。
結果である縞のスペクトル近傍の情報から傾きΔθと高
さΔhを求めれば、実時間と看做せる程度に高速にΔθ
、Δhが求まる。またこの時フォトレジスト照射位置が
パターン検出手段であるアレイセンサ受光面と光学的に
共役(結像)な関係にあれば、ウェハ上の所望の領域の
みの情報を選び出し、その部分の傾きと高さを求めるこ
とが可能となる。
また上述の干渉計測を一波長の光で実行する時、得られ
る干渉縞の位相から高さを求めるが、この位相の変・化
はαから2Ωπ+α(n:整数)に変化してもnは同定
できない、そこで波長の異なる第2の可干渉光を用い、
第1の波長の光と同一の光学系(光路)に導き、検出時
に2つの波長を分離し、2つの干渉縞情報を用い高さを
決定すれば。
る干渉縞の位相から高さを求めるが、この位相の変・化
はαから2Ωπ+α(n:整数)に変化してもnは同定
できない、そこで波長の異なる第2の可干渉光を用い、
第1の波長の光と同一の光学系(光路)に導き、検出時
に2つの波長を分離し、2つの干渉縞情報を用い高さを
決定すれば。
広い高さ変化の範囲に亘り高さ情報を精密に求めること
が可能となる。またエアーマイクロ等の他のウェハ高さ
検出手段を併用することにより、一波長検出による高さ
方向の不確定要因を除去し、広い高さ変化の範囲に亘り
高さ情報を精密に求めることが可能となる。
が可能となる。またエアーマイクロ等の他のウェハ高さ
検出手段を併用することにより、一波長検出による高さ
方向の不確定要因を除去し、広い高さ変化の範囲に亘り
高さ情報を精密に求めることが可能となる。
上記のパターン検出器で得られる干渉縞の情報はピッチ
と位相の情報を有するため、傾きと高さの情報が同時に
得られる。しかも入射角度を85゜以上にすると以下に
説明するようにフォトレジスト表面の傾きや高さが正確
に同時に求まる。以下この入射角と入射光の偏光と検出
の精度について説明する。
と位相の情報を有するため、傾きと高さの情報が同時に
得られる。しかも入射角度を85゜以上にすると以下に
説明するようにフォトレジスト表面の傾きや高さが正確
に同時に求まる。以下この入射角と入射光の偏光と検出
の精度について説明する。
被測定物体に入射する光の振幅をS偏光、P偏光に対し
As、Apとすると、屈折率nの物体の表面で反射及び
屈折する光の振幅Rs、Rp及びDs。
As、Apとすると、屈折率nの物体の表面で反射及び
屈折する光の振幅Rs、Rp及びDs。
Dρは入射角θ、屈折角ψ(sinφ= sinθ/
n )に対し、以下の式で与えられる。
n )に対し、以下の式で与えられる。
)
〉
)
】
S偏光では入射角が0°から60° P偏光では0°か
ら75°程度までは表面反射光より透過光の方が大きく
、下地の多層構造の境界からの反射光により表面反射光
との間で振幅の大きな干渉が発生する。入射角が上記値
から85°程度までは表面反射光の振幅の方が大きくな
るが、正確な測定を実現するには不十分な条件である。
ら75°程度までは表面反射光より透過光の方が大きく
、下地の多層構造の境界からの反射光により表面反射光
との間で振幅の大きな干渉が発生する。入射角が上記値
から85°程度までは表面反射光の振幅の方が大きくな
るが、正確な測定を実現するには不十分な条件である。
以下にその理由を示す。第17図に示すように入射角O
で入射した振幅Aの光は屈折角−振@Dで屈折し、下地
で振幅反射率Rbで反射すると、この反射光の振幅はD
Rbとなる。ここで入射光Aの振幅を1とするとDは振
幅透過率になる。従って下地で反射した光が表面を通過
するとその振幅はRbD’となる。他方振@AC=1)
で入射した光は表面で反射しその振幅はRとなる。ここ
でRやDは入射光の偏光がSかPかでRs、Ds及びR
PtDPで表わせば上記(1)〜(4)式が成立する0
表面で反射した光R8と下地で反射した光R1は層の厚
さdが薄いと重なり、その結果次式で示す複素振幅A1
の光となる。
で入射した振幅Aの光は屈折角−振@Dで屈折し、下地
で振幅反射率Rbで反射すると、この反射光の振幅はD
Rbとなる。ここで入射光Aの振幅を1とするとDは振
幅透過率になる。従って下地で反射した光が表面を通過
するとその振幅はRbD’となる。他方振@AC=1)
で入射した光は表面で反射しその振幅はRとなる。ここ
でRやDは入射光の偏光がSかPかでRs、Ds及びR
PtDPで表わせば上記(1)〜(4)式が成立する0
表面で反射した光R8と下地で反射した光R1は層の厚
さdが薄いと重なり、その結果次式で示す複素振幅A1
の光となる。
但しここでλは測定に用いる光の波長である。第3図に
示す膜の厚さdの僅かな変化(波長の1桁下の長さの変
化)に対しても(5)式からA1の位相が変化すること
が分る。そこで入射角θとR,Dの関係はS及びP偏光
に対しそれぞれ第5図及び第6図に示す通りであり、こ
のグラフから更に分り易くするためノイズ成分となる(
5)式の第1項に対する第2項の振幅比RbD”/Rを
求めれば、測定に及ぼす誤差の程度を評価することがで
きる。そこで最悪のケースとしてRb=1の場合を考え
、D” /Rを入射角度θに対し、また2つの偏光に対
して求めたものが第7図である。
示す膜の厚さdの僅かな変化(波長の1桁下の長さの変
化)に対しても(5)式からA1の位相が変化すること
が分る。そこで入射角θとR,Dの関係はS及びP偏光
に対しそれぞれ第5図及び第6図に示す通りであり、こ
のグラフから更に分り易くするためノイズ成分となる(
5)式の第1項に対する第2項の振幅比RbD”/Rを
求めれば、測定に及ぼす誤差の程度を評価することがで
きる。そこで最悪のケースとしてRb=1の場合を考え
、D” /Rを入射角度θに対し、また2つの偏光に対
して求めたものが第7図である。
D” /Rは各種検出方法において雑音(誤差)成分と
なるため、この値を5%以下に保つには856以上の入
射角にする必要があることが分る。またS偏光状態で入
射すれば更に雑音が小さくなることが第7図から分る。
なるため、この値を5%以下に保つには856以上の入
射角にする必要があることが分る。またS偏光状態で入
射すれば更に雑音が小さくなることが第7図から分る。
被測定物体表面で2度反射させる方法は第3図に示すよ
うに面の傾きαに対し4α光が傾き、1度反射させる場
合に比べ傾きと高さの検出感度を2倍向上させることに
なり、精度の高い検出を可能にする。
うに面の傾きαに対し4α光が傾き、1度反射させる場
合に比べ傾きと高さの検出感度を2倍向上させることに
なり、精度の高い検出を可能にする。
また下地面からの反射光は干渉パターンに重畳し干渉縞
のピッチや位相を乱すが、85′以上の入射によりまた
更にS偏光を用いることにより前述した通りほとんどこ
の影響を除くことが可能となり、精度の高い検出が可能
となる。更にこの干渉測定に用いる参照先の光路を測定
光とほぼ同一の光路にすることにより空気のゆらぎ等の
測定環境の影響をほとんど受けない安定で高精度の測定
を実現する。
のピッチや位相を乱すが、85′以上の入射によりまた
更にS偏光を用いることにより前述した通りほとんどこ
の影響を除くことが可能となり、精度の高い検出が可能
となる。更にこの干渉測定に用いる参照先の光路を測定
光とほぼ同一の光路にすることにより空気のゆらぎ等の
測定環境の影響をほとんど受けない安定で高精度の測定
を実現する。
また得られた干渉縞情報を高速フーリエ変換(FTT)
プログラムによりスペクトル検出すると縞の周波数に相
当するスペクトルの情報がピッチと位相を表わしている
ため、この値から傾きと高さが同時に求まる。またFF
Tはマトリックス演算であるため並列演算処理が可能で
あり、このような並列演算回路を用いれば1ms以下で
処理が可能となり、傾きと高さを検出し、実時間で制御
することも容易にできる。
プログラムによりスペクトル検出すると縞の周波数に相
当するスペクトルの情報がピッチと位相を表わしている
ため、この値から傾きと高さが同時に求まる。またFF
Tはマトリックス演算であるため並列演算処理が可能で
あり、このような並列演算回路を用いれば1ms以下で
処理が可能となり、傾きと高さを検出し、実時間で制御
することも容易にできる。
また、干渉検出の場合、干渉縞の一ピッチ分の変化が起
ると、検出される干渉縞は全く同一のものになる。この
ため整数ピンチの移動量を加減したものが検出値の不確
定値として残ることになる。
ると、検出される干渉縞は全く同一のものになる。この
ため整数ピンチの移動量を加減したものが検出値の不確
定値として残ることになる。
本発明では第2の波長を検出光として第1波長と同様に
干渉検出し、第1波と第2波長の位相関係から広い範囲
に亘り正確な高さ検出を可能にし、高精度、広範囲の傾
き及び高さ制御を可能にしている。またエアーマイクロ
等の他のウェハ高さ検出手段により一波長検出時の不確
定範囲の検出を行ない広い範囲に亘り正確な高さ検出を
可能にしている。
干渉検出し、第1波と第2波長の位相関係から広い範囲
に亘り正確な高さ検出を可能にし、高精度、広範囲の傾
き及び高さ制御を可能にしている。またエアーマイクロ
等の他のウェハ高さ検出手段により一波長検出時の不確
定範囲の検出を行ない広い範囲に亘り正確な高さ検出を
可能にしている。
以下本発明の一実施例を第1図により説明する。
露光照明系81より出射した露光光はレチクル9を照明
し、その透過光は縮小投影レンズ8によりステージ7上
のウェハ4の表面にレチクル上のパターンの縮小像とし
て投影される。レチクル9とウェハ4の相対的位置はア
ライメント系800により検出され、レチクル9又はウ
ェハ4のいずれかを微動制御することによりパターンの
重ね露光が行われる。100XはX方向の傾き及び高さ
を検出する系であり、Y方向の傾きについては同様の光
学系が図示されないが存在する。以下検出系について説
明する。
し、その透過光は縮小投影レンズ8によりステージ7上
のウェハ4の表面にレチクル上のパターンの縮小像とし
て投影される。レチクル9とウェハ4の相対的位置はア
ライメント系800により検出され、レチクル9又はウ
ェハ4のいずれかを微動制御することによりパターンの
重ね露光が行われる。100XはX方向の傾き及び高さ
を検出する系であり、Y方向の傾きについては同様の光
学系が図示されないが存在する。以下検出系について説
明する。
半導体レーザ等可干渉性の光11を出射した光をレンズ
11により平行光15にする。平行光15はビームスプ
リッタプリズム10により平行光16と17に分離され
る。平行光16は照射手段であるビームスプリッタ12
.ミラー13を経て上下および2軸の仰り機構を搭載し
ているステージ7の上の被露光物体であるウェハ4の上
面のフォトレジストに入射角θ、(88°)で入射して
いる。前述のごとくほぼ総ての光がフォトレジスト表面
で反射され、この反射物体光16′は折返し検出光学系
である平面境14に垂直に入射し5元の光路を逆に辿り
、被露光物体4で反射し、物体光26#としてミラー1
3゜ビームスプリッタ12、レンズ21.微小開口板2
3、レンズ22、を経て、パターン検出手段3に至る。
11により平行光15にする。平行光15はビームスプ
リッタプリズム10により平行光16と17に分離され
る。平行光16は照射手段であるビームスプリッタ12
.ミラー13を経て上下および2軸の仰り機構を搭載し
ているステージ7の上の被露光物体であるウェハ4の上
面のフォトレジストに入射角θ、(88°)で入射して
いる。前述のごとくほぼ総ての光がフォトレジスト表面
で反射され、この反射物体光16′は折返し検出光学系
である平面境14に垂直に入射し5元の光路を逆に辿り
、被露光物体4で反射し、物体光26#としてミラー1
3゜ビームスプリッタ12、レンズ21.微小開口板2
3、レンズ22、を経て、パターン検出手段3に至る。
他方ビームスプリッタ10で分離された参照光17は、
照射光16とほぼ同一光路で同一方向に(但し厳密には
ウェハ垂線に対し、92°の角度の方向に)進み、平面
鏡14で垂直に反射し、物体光26′とほぼ同一経路を
参照光27″′として進み、楔ガラス24を経てパター
ン検出手段3に至る。参照光路が物体光路と異なる点は
被露光物体4で反射しない点、及び楔ガラス24を通過
する点である。レンズ21と22は平行光で入射した光
を平行光で出射させるが、ウェハ上の照射光の照射位置
、即ち露光領域Oをほぼパターン検出器上に結像させる
。今もし楔ガラスがないと、ウェハ面で反射し戻って来
た物体光と参照先の交叉点Aはパターン検出手段の受光
面の後方で結像する。このことはこの受光面では両光は
ずれている。そこで参照光(又は物体光)に楔ガラスを
入れ、受光面上で両光が交叉しかつ露光領域Oが結像す
るようにしている。折返し検出光学系内に配置されてい
る微小開口板23は、レンズ21に入射する平行光であ
る物体光と参照先の集光位置にあり、集光点に微小な開
口が有る。この微小開口板は干渉性の高いレーザ光を用
いる場合に問題となるレンズ、ビームスプリッタ等で発
生する裏面反射光を除去し、パターン検出手段の受光面
に雑音光が重畳しないようにしている。パターン検出手
段3で検出される干渉縞は第2図に示すような強度分布
Ixである。パターン検出手段3は一次元アレイセンサ
であり、第2図のX軸上に印された位置で強度値が求ま
り、このデータが処理回路5に伝送される。ウェハの露
光領域の表面が水平で露光結像系によるレチクル9の結
像面と一致すると(第3図の4)第2図の実線のピッチ
Pの干渉縞が得られる。もし露光領域の表面が第3図或
いは第2図の点線LL’ に示すようにαだけ傾くと、
第3図からも明らかな様に1回目の反射光は2α、戻っ
て来た2回目の反射光は4α傾くことになる。この結果
パターン検出手段で得られる干渉縞は第2図の点線に示
すようにピッチP′となる。検出手段で得られた干渉信
号は伝送線31により第4図に示す処理回路5に入力さ
れる。入力信号はまず第2図横軸印の各点に対応したタ
イミングでA/D変換されFF7回路に入力される。こ
のFFT入力信号は第4図(b)のようになっており、
FFTの結果は複素数C(k)で得られ第4図(C)に
示すように(但しこのグラフの縦軸はIc(k)I)一
般にに=oとに=mにスペクトルのピークを持つ。k=
oは正弦波のバイアス成分、k=mは正弦波の周期に対
応している。mはピッチPに対応しているが、出力は離
散的にしか得られないため、真のスペクトルピーク位置
を求めるためにC(m)およびその近傍のデータから内
挿処理して真のピーク位置を求めれば傾きΔφXが求ま
る。また複素数C(m)の位相(tan” (I m(
C(m) ) /Re (C(m) ) )から高さ(
Z)の情報ΔZが得られる。このようにして得られたΔ
φ工、ΔZと第1図には省略されているY方向の検出検
系で得られたy方向の干渉縞情報から処理回路5で同様
にして得られたΔφ7を基にステージ7の上下及び2軸
の仰り機構を制御し、レチクル結像面とフォトレジスト
表面を所望の位置関係に合せる。
照射光16とほぼ同一光路で同一方向に(但し厳密には
ウェハ垂線に対し、92°の角度の方向に)進み、平面
鏡14で垂直に反射し、物体光26′とほぼ同一経路を
参照光27″′として進み、楔ガラス24を経てパター
ン検出手段3に至る。参照光路が物体光路と異なる点は
被露光物体4で反射しない点、及び楔ガラス24を通過
する点である。レンズ21と22は平行光で入射した光
を平行光で出射させるが、ウェハ上の照射光の照射位置
、即ち露光領域Oをほぼパターン検出器上に結像させる
。今もし楔ガラスがないと、ウェハ面で反射し戻って来
た物体光と参照先の交叉点Aはパターン検出手段の受光
面の後方で結像する。このことはこの受光面では両光は
ずれている。そこで参照光(又は物体光)に楔ガラスを
入れ、受光面上で両光が交叉しかつ露光領域Oが結像す
るようにしている。折返し検出光学系内に配置されてい
る微小開口板23は、レンズ21に入射する平行光であ
る物体光と参照先の集光位置にあり、集光点に微小な開
口が有る。この微小開口板は干渉性の高いレーザ光を用
いる場合に問題となるレンズ、ビームスプリッタ等で発
生する裏面反射光を除去し、パターン検出手段の受光面
に雑音光が重畳しないようにしている。パターン検出手
段3で検出される干渉縞は第2図に示すような強度分布
Ixである。パターン検出手段3は一次元アレイセンサ
であり、第2図のX軸上に印された位置で強度値が求ま
り、このデータが処理回路5に伝送される。ウェハの露
光領域の表面が水平で露光結像系によるレチクル9の結
像面と一致すると(第3図の4)第2図の実線のピッチ
Pの干渉縞が得られる。もし露光領域の表面が第3図或
いは第2図の点線LL’ に示すようにαだけ傾くと、
第3図からも明らかな様に1回目の反射光は2α、戻っ
て来た2回目の反射光は4α傾くことになる。この結果
パターン検出手段で得られる干渉縞は第2図の点線に示
すようにピッチP′となる。検出手段で得られた干渉信
号は伝送線31により第4図に示す処理回路5に入力さ
れる。入力信号はまず第2図横軸印の各点に対応したタ
イミングでA/D変換されFF7回路に入力される。こ
のFFT入力信号は第4図(b)のようになっており、
FFTの結果は複素数C(k)で得られ第4図(C)に
示すように(但しこのグラフの縦軸はIc(k)I)一
般にに=oとに=mにスペクトルのピークを持つ。k=
oは正弦波のバイアス成分、k=mは正弦波の周期に対
応している。mはピッチPに対応しているが、出力は離
散的にしか得られないため、真のスペクトルピーク位置
を求めるためにC(m)およびその近傍のデータから内
挿処理して真のピーク位置を求めれば傾きΔφXが求ま
る。また複素数C(m)の位相(tan” (I m(
C(m) ) /Re (C(m) ) )から高さ(
Z)の情報ΔZが得られる。このようにして得られたΔ
φ工、ΔZと第1図には省略されているY方向の検出検
系で得られたy方向の干渉縞情報から処理回路5で同様
にして得られたΔφ7を基にステージ7の上下及び2軸
の仰り機構を制御し、レチクル結像面とフォトレジスト
表面を所望の位置関係に合せる。
第8図は本発明の一実施例である。第1図と同一番号は
同一物である。また第1図同様y方向の傾き検出系の図
は省略している。半導体レーザ1は波長がλ□、半導体
レーザ1′は波長がλ、であり、例えば、λl = 8
10n m 、λ、 = 750n mである、半導体
レーザ1,1′で出射した光はそれぞれ11と11′
により平行光になり、回折格子18.18’により0次
と1次の平行光に分離される・分離された4本の平行ビ
ームは波長分離ミラー19によりλ、の光は透過、λ2
の光は反射し、プリズム110で4本のビームは互に平
行な平行ビームとなる。波長λ1とλ2のビーム16.
16’は全く同一の光路を通りミラー13で反射し、ウ
ェハに01で入射し、反射光は物体光となり、ミラー2
3.レンズ21.22から成る検出光学系を通り、パタ
ーン検出手段3に入射する。他方波長λ、とλ2のビー
ム17と17’は全く同一の参照光路を通り、パターン
検出手段3に、物体光と一定の角度を成し入射する。物
体光路と参照光路はウェハ面での反射を除き、全く同一
光学部品を通る。処理口j!5′は半導体レーザエと1
′を交互に点滅し、パターン検出手段3からλ□とλ2
の波長の干渉縞情報を交互に受信する。第9図は処理回
路で受信されるλ、の波長の干?5縞情報である。実線
は最良の高さ位置に於るものであり、点線はΔZだけ高
さが変化した時のものである。雨検出信号は傾きに変化
がない場合、下記値で示される位相差Δφ2を発生して
いる。
同一物である。また第1図同様y方向の傾き検出系の図
は省略している。半導体レーザ1は波長がλ□、半導体
レーザ1′は波長がλ、であり、例えば、λl = 8
10n m 、λ、 = 750n mである、半導体
レーザ1,1′で出射した光はそれぞれ11と11′
により平行光になり、回折格子18.18’により0次
と1次の平行光に分離される・分離された4本の平行ビ
ームは波長分離ミラー19によりλ、の光は透過、λ2
の光は反射し、プリズム110で4本のビームは互に平
行な平行ビームとなる。波長λ1とλ2のビーム16.
16’は全く同一の光路を通りミラー13で反射し、ウ
ェハに01で入射し、反射光は物体光となり、ミラー2
3.レンズ21.22から成る検出光学系を通り、パタ
ーン検出手段3に入射する。他方波長λ、とλ2のビー
ム17と17’は全く同一の参照光路を通り、パターン
検出手段3に、物体光と一定の角度を成し入射する。物
体光路と参照光路はウェハ面での反射を除き、全く同一
光学部品を通る。処理口j!5′は半導体レーザエと1
′を交互に点滅し、パターン検出手段3からλ□とλ2
の波長の干渉縞情報を交互に受信する。第9図は処理回
路で受信されるλ、の波長の干?5縞情報である。実線
は最良の高さ位置に於るものであり、点線はΔZだけ高
さが変化した時のものである。雨検出信号は傾きに変化
がない場合、下記値で示される位相差Δφ2を発生して
いる。
しかしながら検出される位相差Δφ2からΔZを求める
場合、下記式で示される不確定性がある。
場合、下記式で示される不確定性がある。
ここでnは整数である。例えばλ□=0.81μm。
0.22度とすると真の値+11.6 nμmの不確定
値を持つ0本実施例ではこの問題を第2の波長λ2によ
る測定で解決している。第10図(a)はλ□の波長で
検出した時の基準位置(x=xo)でのウェハ面の高さ
変化に対する検出強度1zであり、第10図(b)は同
じくλ2の波長に於るものである。検出されるパターン
の強度は次式となる。
値を持つ0本実施例ではこの問題を第2の波長λ2によ
る測定で解決している。第10図(a)はλ□の波長で
検出した時の基準位置(x=xo)でのウェハ面の高さ
変化に対する検出強度1zであり、第10図(b)は同
じくλ2の波長に於るものである。検出されるパターン
の強度は次式となる。
■
(X、ΔZ;λi)=:a+bcos
ここでXは検出手段の受光面の座標でありMは結像倍率
である。従ってI z = I (XotΔZ;λi)
となる。λ1で検出し゛た位相値がΔ−1とし、この値
に対応する高さが第10図に示すように・・・P−、、
P−1t p工、p、、p、・・・に対応するものであ
るとすると、これらの内、どの点に対応するΔZが真の
値であるか分らない。λ2で検出した位相値がΔ−2で
あったとすると対応するΔZは第10図の・・・P−、
、P、、Pl、P、・・・となる。
である。従ってI z = I (XotΔZ;λi)
となる。λ1で検出し゛た位相値がΔ−1とし、この値
に対応する高さが第10図に示すように・・・P−、、
P−1t p工、p、、p、・・・に対応するものであ
るとすると、これらの内、どの点に対応するΔZが真の
値であるか分らない。λ2で検出した位相値がΔ−2で
あったとすると対応するΔZは第10図の・・・P−、
、P、、Pl、P、・・・となる。
第10図(a)(b)で同一位相となるΔZ=S、と次
に同一位相となるΔZ=Sよの間隔SiS、は次式で与
えられ、 この間でλ□の位相がΔ−0で、λ□の位相がΔになる
のはΔz0の一点だけであり、この条件を満たす次のΔ
Zの値は次式で与えられる高さとなる。
に同一位相となるΔZ=Sよの間隔SiS、は次式で与
えられ、 この間でλ□の位相がΔ−0で、λ□の位相がΔになる
のはΔz0の一点だけであり、この条件を満たす次のΔ
Zの値は次式で与えられる高さとなる。
ΔZ=ΔZ□+m5XSO=−(10)但しここでmは
整数である。
整数である。
λ1=0.81 pm 、λ2::0.75μm、 l
:iL= 2’ではS1S、は145μmとなる。ウェ
ハ面の高さがこの様な広い範囲で変動することはなく、
仮に厚さの異なる種類のウェハを用いる場合には、あら
かじめその値は分っているから問題を生じない。
:iL= 2’ではS1S、は145μmとなる。ウェ
ハ面の高さがこの様な広い範囲で変動することはなく、
仮に厚さの異なる種類のウェハを用いる場合には、あら
かじめその値は分っているから問題を生じない。
なお第1図の実施例では折返し平面鏡を用いウェハ面で
2度反射させているため上記の5180に相当する値は
上記の第8図の実施例の場合の半分となり、72.5μ
mとなる。
2度反射させているため上記の5180に相当する値は
上記の第8図の実施例の場合の半分となり、72.5μ
mとなる。
第11図は一回の露光でウェハ上に露光される領域41
に対し、X方向とy方向の照明光16及び16を示して
いる。照明光16のウェハ上の場所はパターン検出手段
3の受光面301のアレイ素子の番地と対応している。
に対し、X方向とy方向の照明光16及び16を示して
いる。照明光16のウェハ上の場所はパターン検出手段
3の受光面301のアレイ素子の番地と対応している。
照明領域全体に対応する番地js”jeの間で、所望の
領域のみを、例えば第11図でIs〜Ie、或いは第1
2図でIs1〜Ie、及びIs2〜Is、を取り出し、
このデータのみを用いてFFTを実行することが容易に
できる。このように任意の部分を指定することが可能な
ため、例えば微細パターンを含む所を検出領域に指定し
、粗いパターンの部分を外すことにより、微細パターン
部分を傾きや高さが正確に求められ、より焦点に近い位
置で露光を行うことが可能となる。
領域のみを、例えば第11図でIs〜Ie、或いは第1
2図でIs1〜Ie、及びIs2〜Is、を取り出し、
このデータのみを用いてFFTを実行することが容易に
できる。このように任意の部分を指定することが可能な
ため、例えば微細パターンを含む所を検出領域に指定し
、粗いパターンの部分を外すことにより、微細パターン
部分を傾きや高さが正確に求められ、より焦点に近い位
置で露光を行うことが可能となる。
第13図は本発明の一実施例である。第1図、第8図と
同一番号は同一物を表している。波長λ、とλ2の半導
体レーザ1及び1より出射した光は、コリメータレンズ
11と11で平行光となり、波長分離ミラー19により
同一光路となる。シリンドリカルレンズ110と120
はy方向のビーム径を広くするために使われている。第
14図はウェハ4上の露光領域41に対し、拡げられた
照射光16 (点線)の範囲を示している。照射部分は
二次元アレイ素子から成るパターン検出手段3′と3#
の受光面302上に結像される。二次元的に得られた照
射部分の干渉縞のうち第14図に示す所望の領域42゜
43のみの情報を演算処理する。42及び43のそれぞ
れの場所でX方向の傾きと高さが求まり41全面として
のX+’j方尚の方向と高さが求まる。
同一番号は同一物を表している。波長λ、とλ2の半導
体レーザ1及び1より出射した光は、コリメータレンズ
11と11で平行光となり、波長分離ミラー19により
同一光路となる。シリンドリカルレンズ110と120
はy方向のビーム径を広くするために使われている。第
14図はウェハ4上の露光領域41に対し、拡げられた
照射光16 (点線)の範囲を示している。照射部分は
二次元アレイ素子から成るパターン検出手段3′と3#
の受光面302上に結像される。二次元的に得られた照
射部分の干渉縞のうち第14図に示す所望の領域42゜
43のみの情報を演算処理する。42及び43のそれぞ
れの場所でX方向の傾きと高さが求まり41全面として
のX+’j方尚の方向と高さが求まる。
第15図は本発明の一実施例である。本図は平面図であ
り、投影露光装置の露光光学系は省略されている。ステ
ージの仰り機構のX軸方向の回転軸71とy方向の回転
軸72の回りにwx、wy微小回転可能である。ウェハ
4上の露光領域41にX軸から45°傾いた方向(X方
向)から傾きおよび高さ検出用の照射光が照射され、反
射光が平面鏡14で垂直に戻され、前述の傾きおよび高
さ検出光学系100で検出される。本実施例では2軸の
仰り機構に対し検出光は45°の傾きを持っており、パ
ターン検出手段の二次元撮像面には第16図のごとき干
渉パターンが発生している。ウェハ面が水平を保ってい
る時に干渉パターンが実線であり、y方向に傾いている
場合が点線である。このため撮像面上のX方向とy方向
のピッチと位相を求めれば、Xとy方向の傾きと高さが
一検出光軸系から求めることかできる。また第15図の
実施例で、パターン検出手段の直前で光ビームを2分し
、X方向とy方向を別々のパターン検出手段で検出して
もよい。
り、投影露光装置の露光光学系は省略されている。ステ
ージの仰り機構のX軸方向の回転軸71とy方向の回転
軸72の回りにwx、wy微小回転可能である。ウェハ
4上の露光領域41にX軸から45°傾いた方向(X方
向)から傾きおよび高さ検出用の照射光が照射され、反
射光が平面鏡14で垂直に戻され、前述の傾きおよび高
さ検出光学系100で検出される。本実施例では2軸の
仰り機構に対し検出光は45°の傾きを持っており、パ
ターン検出手段の二次元撮像面には第16図のごとき干
渉パターンが発生している。ウェハ面が水平を保ってい
る時に干渉パターンが実線であり、y方向に傾いている
場合が点線である。このため撮像面上のX方向とy方向
のピッチと位相を求めれば、Xとy方向の傾きと高さが
一検出光軸系から求めることかできる。また第15図の
実施例で、パターン検出手段の直前で光ビームを2分し
、X方向とy方向を別々のパターン検出手段で検出して
もよい。
第18図は本発明の一実施例である。第工図と同一番号
は同一物を表わしている。第1図との相異点は以下S点
である。■レーザ源にHe−Neレーザ等に代表される
チューブ式レーザ101を用い、レーザ光の一部(ガウ
ス分布の中心部)を選択するピンホール板102を折返
し平面鏡14と共役な位置に設けた点、■ビーム15が
ビームスプリッタ12を通り、ミラー14で折返されて
、パターン検出手段3に至るまでの反射回数が参照光路
と物体光路で共に偶数または奇数になるようにした点■
パターン検出手段3と折返し平面鏡14を共役な関係(
結像関係)とし、ウェハ面で反射し戻って来た物体光と
参照先の交叉点Aがパターン検出手段3上に結像するよ
うに平行平面ガラス201を参照光路27#(または物
体光路26“)中に挿入した点、■パターン検出手段3
に入射する物体光および参照光が平面波となるようパタ
ーン検出手段の直前に補正レンズ204を挿入した点、
■ウェハ4の高さ検出にエアーマイクロ82を併用した
点である。
は同一物を表わしている。第1図との相異点は以下S点
である。■レーザ源にHe−Neレーザ等に代表される
チューブ式レーザ101を用い、レーザ光の一部(ガウ
ス分布の中心部)を選択するピンホール板102を折返
し平面鏡14と共役な位置に設けた点、■ビーム15が
ビームスプリッタ12を通り、ミラー14で折返されて
、パターン検出手段3に至るまでの反射回数が参照光路
と物体光路で共に偶数または奇数になるようにした点■
パターン検出手段3と折返し平面鏡14を共役な関係(
結像関係)とし、ウェハ面で反射し戻って来た物体光と
参照先の交叉点Aがパターン検出手段3上に結像するよ
うに平行平面ガラス201を参照光路27#(または物
体光路26“)中に挿入した点、■パターン検出手段3
に入射する物体光および参照光が平面波となるようパタ
ーン検出手段の直前に補正レンズ204を挿入した点、
■ウェハ4の高さ検出にエアーマイクロ82を併用した
点である。
レンズ103を出射した光は折返し平面[14と共役な
位置に設けたピンホール板102の微小開口部に入射し
ガウス分布の中心部を選択する。
位置に設けたピンホール板102の微小開口部に入射し
ガウス分布の中心部を選択する。
次にレンズ103.105により所望の太さの平行光1
5にし、ビームスプリッタ106に入射する。平行光1
5はビームスプリッタ106により平行光16と17に
分離する。ここで平行光16はビームスプリッタ106
を透過(反射回数O)させ、平行光17はビームスプリ
ッタ106内で2回反射させている。
5にし、ビームスプリッタ106に入射する。平行光1
5はビームスプリッタ106により平行光16と17に
分離する。ここで平行光16はビームスプリッタ106
を透過(反射回数O)させ、平行光17はビームスプリ
ッタ106内で2回反射させている。
これはビーム15がビームスプリッタ12を通り、ミラ
ー14で折返されて、パターン検出手段3に至るまでの
反射回数が参照光路と物体光路で共に偶数または奇数に
なるようにしたもので、反射回数を揃えることによりビ
ームスプリッタ106への入射光15の方向が変動した
際、参照光と物体光の交叉角の変動を小さく押えること
ができ、その結果干渉縞ピッチの変化がほとんど起らず
、高精度の検出が可能となる。本実施例の場合、ビーム
スプリッタ106でビーム分割後パターン検出手段に至
るまでの参照光と物体光の反射回数は共に6回となり偶
数回で揃っている。ビームスプリッタ106を出射した
平行光16はビームスプリッタ12゜ミラー13を経て
上下および2軸のあおり機構を搭載しているステージ7
の上の被露光物体であるウェハ4の上面のフォトレジス
ト表面でほとんど全ての光が反射し、折返し平面i14
に垂直に入射する。折返し平面鏡14で反射した平行光
16は再び元の光路を逆波りし、物体光26“としてミ
ラー13゜ビームスプリッタ12.レンズ202.微小
開口板23゜レンズ203.、204を経てパターン検
出手段3に至る。
ー14で折返されて、パターン検出手段3に至るまでの
反射回数が参照光路と物体光路で共に偶数または奇数に
なるようにしたもので、反射回数を揃えることによりビ
ームスプリッタ106への入射光15の方向が変動した
際、参照光と物体光の交叉角の変動を小さく押えること
ができ、その結果干渉縞ピッチの変化がほとんど起らず
、高精度の検出が可能となる。本実施例の場合、ビーム
スプリッタ106でビーム分割後パターン検出手段に至
るまでの参照光と物体光の反射回数は共に6回となり偶
数回で揃っている。ビームスプリッタ106を出射した
平行光16はビームスプリッタ12゜ミラー13を経て
上下および2軸のあおり機構を搭載しているステージ7
の上の被露光物体であるウェハ4の上面のフォトレジス
ト表面でほとんど全ての光が反射し、折返し平面i14
に垂直に入射する。折返し平面鏡14で反射した平行光
16は再び元の光路を逆波りし、物体光26“としてミ
ラー13゜ビームスプリッタ12.レンズ202.微小
開口板23゜レンズ203.、204を経てパターン検
出手段3に至る。
他方ビームスプリッタ106で分離された平行光17は
平行光16とほぼ同一光路で進み、ビームスプリッタ1
2.ミラー13を経て直接折返しミラー14に垂直に入
射した後、再び元の光路を逆戻りし、参照光27#とじ
てミラー13.ビームスプリッタ12゜平行平面ガラス
201.レンズ202.微小開口板23゜レンズ203
.204を経てパターン検出手段3に至る。
平行光16とほぼ同一光路で進み、ビームスプリッタ1
2.ミラー13を経て直接折返しミラー14に垂直に入
射した後、再び元の光路を逆戻りし、参照光27#とじ
てミラー13.ビームスプリッタ12゜平行平面ガラス
201.レンズ202.微小開口板23゜レンズ203
.204を経てパターン検出手段3に至る。
参照光路が物体光路と異なる点は被露光物4で反射しな
い点、平行平面ガラス201を通過する点である。レン
ズ202.203.204は折返し平面鏡14の反射面
と露光中心Oとの間の光軸に垂直な平面をパターン検出
手段3上に結像させる。これは被露光物体の所望の場所
に相当する部分の情報のみから傾きと高さを検出する場
合、干渉縞内の位置とウェハ上の位置の対応が明確にな
っている必要があるためであり、上記構成を採用するこ
とにより、行きと帰りの光路中のウェハの像がほぼ均等
にパターン検出手段3上に結像でき、部分的に検出して
も高い精度で検出できる。しかし折返し平面鏡14の反
射面と露光中心Oとの間の光軸に垂直な平面をパターン
検出手段3上に結像させた場合、露光領域と交叉点Aが
一致していないため、このままではパターン検出手段3
上で参照光と物体光を重ね合わせることはできない、そ
こで平行平面ガラス201を参照光N27′ (または
物体光826’ )中に挿入し、参照光を平行移動させ
てパターン検出手段3上で参照光と物体光が重なり合う
ようにした。レンズ204はレンズ202および203
によって生じた参照光と物体光の球面波を平面波に補正
するためのレンズでパターン検出手段3の直前に配置し
である。両波面を平面波にすることにより干渉縞のピッ
チのばらつきを無くし、高い検出精度が得られる。
い点、平行平面ガラス201を通過する点である。レン
ズ202.203.204は折返し平面鏡14の反射面
と露光中心Oとの間の光軸に垂直な平面をパターン検出
手段3上に結像させる。これは被露光物体の所望の場所
に相当する部分の情報のみから傾きと高さを検出する場
合、干渉縞内の位置とウェハ上の位置の対応が明確にな
っている必要があるためであり、上記構成を採用するこ
とにより、行きと帰りの光路中のウェハの像がほぼ均等
にパターン検出手段3上に結像でき、部分的に検出して
も高い精度で検出できる。しかし折返し平面鏡14の反
射面と露光中心Oとの間の光軸に垂直な平面をパターン
検出手段3上に結像させた場合、露光領域と交叉点Aが
一致していないため、このままではパターン検出手段3
上で参照光と物体光を重ね合わせることはできない、そ
こで平行平面ガラス201を参照光N27′ (または
物体光826’ )中に挿入し、参照光を平行移動させ
てパターン検出手段3上で参照光と物体光が重なり合う
ようにした。レンズ204はレンズ202および203
によって生じた参照光と物体光の球面波を平面波に補正
するためのレンズでパターン検出手段3の直前に配置し
である。両波面を平面波にすることにより干渉縞のピッ
チのばらつきを無くし、高い検出精度が得られる。
本検出法では一波長検出の場合(7)式で示すウェハ高
さの不確定性の問題があった。2波長照明による解決法
を前述したが、他のウェハ高さ検出手段を併用すること
によっても解決可能である。
さの不確定性の問題があった。2波長照明による解決法
を前述したが、他のウェハ高さ検出手段を併用すること
によっても解決可能である。
本実施例ではエアーマイクロ82を併用することによっ
てこの問題を解決した。即ち(6)式で示す本検出法に
よって確実に高さ検出ができる範囲まではエアーマイク
ロによってウェハ高さを位置決めし、(6)式で示す位
相変化の範囲内では本検出法を用いる。また他の方法と
してウェハの高さ検出はエアーマイクロ等の他の検出手
段、傾き検出は本検出法を用いてもよい。第21図はエ
アーマイクロの原理を示したもので空圧源821からエ
アーマイクロノズル822および参照用エアーマイクロ
823に圧力空気を供給し、エアーマイクロノズル82
2とウェハ4のギャップによって決まるエアーマイクロ
ノズル内の背圧824と参照用エアーマイクロ823の
背圧825の圧力差を差圧変換器826によって電気信
号に変換して処理回路5によってステージ7の高さを制
御し差圧がOになったところで止める。
てこの問題を解決した。即ち(6)式で示す本検出法に
よって確実に高さ検出ができる範囲まではエアーマイク
ロによってウェハ高さを位置決めし、(6)式で示す位
相変化の範囲内では本検出法を用いる。また他の方法と
してウェハの高さ検出はエアーマイクロ等の他の検出手
段、傾き検出は本検出法を用いてもよい。第21図はエ
アーマイクロの原理を示したもので空圧源821からエ
アーマイクロノズル822および参照用エアーマイクロ
823に圧力空気を供給し、エアーマイクロノズル82
2とウェハ4のギャップによって決まるエアーマイクロ
ノズル内の背圧824と参照用エアーマイクロ823の
背圧825の圧力差を差圧変換器826によって電気信
号に変換して処理回路5によってステージ7の高さを制
御し差圧がOになったところで止める。
第19図と第20図は本実施例のガウス分布の一部を選
択して照明する方法の効果を説明するための図で、第1
9図はガウス分布の一部を選択しない場合、第20図は
ガウス分布の一部を選択した場合の参照光(実線)と物
体光(破線)のパターン検出手段3上の照度分布を示し
たものである。縦軸に照度Ix、横軸にパターン検出手
段3の検出位置Xを示す。ウェハが傾くと物体光はパタ
ーン検出手段3上を移動し、参照光と物体光の重なり状
態(斜線部)が変化する。この時、ガウス分布の一部を
選択しない第19図の実施例では参照光と物体光の重な
り部分の照度が大きく変化し、干渉強度が大きく変動す
る。これに対し、第20図のガウス分布の一部を選択し
た照明では、参照光と物体光の重なり部分の照度変化は
小さく、干渉強度の変動も小さい。干渉強度の変動が小
さい方が信号処理の過程で誤差が小さく高精度の検出が
可能となる。本実施例の信号処理に関しては前述しであ
るため説明を省略する。
択して照明する方法の効果を説明するための図で、第1
9図はガウス分布の一部を選択しない場合、第20図は
ガウス分布の一部を選択した場合の参照光(実線)と物
体光(破線)のパターン検出手段3上の照度分布を示し
たものである。縦軸に照度Ix、横軸にパターン検出手
段3の検出位置Xを示す。ウェハが傾くと物体光はパタ
ーン検出手段3上を移動し、参照光と物体光の重なり状
態(斜線部)が変化する。この時、ガウス分布の一部を
選択しない第19図の実施例では参照光と物体光の重な
り部分の照度が大きく変化し、干渉強度が大きく変動す
る。これに対し、第20図のガウス分布の一部を選択し
た照明では、参照光と物体光の重なり部分の照度変化は
小さく、干渉強度の変動も小さい。干渉強度の変動が小
さい方が信号処理の過程で誤差が小さく高精度の検出が
可能となる。本実施例の信号処理に関しては前述しであ
るため説明を省略する。
第22図は本発明の一実施例である。本実施例ではウェ
ハ4の露光領域41の対角線方向にレーザ光を照射する
。100xはX方向の傾きおよび高さを検出する系、1
00Yはy方向の傾きおよび高さを検出する系、14は
折返し平面鏡である。第23図は露光領域41の拡大図
をであり、1つの露光領域内に2つの回路部(メモリー
等〉を有する例である。図において412が回路部を4
13が境界部を示し、レーザ光411は露光領域に対し
て対角線方向に照射している。第24図は第23図のI
−I断面を示すが、一般に回路部412と境界部413
では高さが異なる。このため、露光領域の辺に対して直
角、平行方向でレーザ光を照射した場合、本来検出した
い回路部の傾きと高さではなく、境界部の傾きと高さを
検出してしまう恐れがある。これに対し。
ハ4の露光領域41の対角線方向にレーザ光を照射する
。100xはX方向の傾きおよび高さを検出する系、1
00Yはy方向の傾きおよび高さを検出する系、14は
折返し平面鏡である。第23図は露光領域41の拡大図
をであり、1つの露光領域内に2つの回路部(メモリー
等〉を有する例である。図において412が回路部を4
13が境界部を示し、レーザ光411は露光領域に対し
て対角線方向に照射している。第24図は第23図のI
−I断面を示すが、一般に回路部412と境界部413
では高さが異なる。このため、露光領域の辺に対して直
角、平行方向でレーザ光を照射した場合、本来検出した
い回路部の傾きと高さではなく、境界部の傾きと高さを
検出してしまう恐れがある。これに対し。
第23図の如く露光領域の対角線方向にレーザ光を照射
し、必要に応じて任意の検出範囲を選択することにより
回路部の傾きと高さを正確に求めることが可能となる。
し、必要に応じて任意の検出範囲を選択することにより
回路部の傾きと高さを正確に求めることが可能となる。
また露光領域の対角線方向にレーザ光を照射する場合、
照射範囲が最も長くとれ、露光領域の傾きと高さより高
性度に検出できる効果もある。
照射範囲が最も長くとれ、露光領域の傾きと高さより高
性度に検出できる効果もある。
以上示した実施例では半導体露光装置について説明して
いるが、本発明はその他の液晶デイスプレィ等表示デバ
イス用露光装置等にも同様に適用でき、大きな効果が発
揮できる。
いるが、本発明はその他の液晶デイスプレィ等表示デバ
イス用露光装置等にも同様に適用でき、大きな効果が発
揮できる。
本発明は1以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。
に記載されるような効果を奏する。
(1)干渉測定により傾きと高さを同時に求めることが
できる。
できる。
(2)参照光が照射、検出光とほぼ同じ場所を通るよう
に構成することにより、空気のゆらぎ等。
に構成することにより、空気のゆらぎ等。
外乱要因の影響を受けない安定な傾き及び高さ検出がで
きる。
きる。
(3)被露光物体への入射角を85°以上にすることに
より、又入射光をS偏光にすることにより、フォトレジ
スト表面の傾き及び高さを、・下地の膜構造の影響を受
けることなく、正確に検出することができる。
より、又入射光をS偏光にすることにより、フォトレジ
スト表面の傾き及び高さを、・下地の膜構造の影響を受
けることなく、正確に検出することができる。
(4)被露光物体に斜照射した光の反射光を垂直に折返
し、再び被露光物体に照射することにより。
し、再び被露光物体に照射することにより。
傾きおよび高さの検出精度を2倍に高めることができる
。
。
(5)パターン検出手段の撮像面を被露光物体面上のビ
ーム照射位置と共役にし、被露光物体の所望の場所に相
当する部分の情報のみから傾きと高さを検出することに
より、特に精密に焦点合せをする必要のある所に焦点を
合せることができる。
ーム照射位置と共役にし、被露光物体の所望の場所に相
当する部分の情報のみから傾きと高さを検出することに
より、特に精密に焦点合せをする必要のある所に焦点を
合せることができる。
以上の説明したように被露光物体の表面の傾きや高さを
下地に影響されることなく高精度に安定に検出すること
が可能となり、特に0.5μ膳以下の線幅のLSI等焦
点深度に余裕のないパターン露光に対し、露光工程の歩
留りの大幅向上に寄与する。
下地に影響されることなく高精度に安定に検出すること
が可能となり、特に0.5μ膳以下の線幅のLSI等焦
点深度に余裕のないパターン露光に対し、露光工程の歩
留りの大幅向上に寄与する。
第1図は本発明の一実施例で折返し検出光学系を含むも
のの構成を示した図、第2図は検出パターン信号波形を
示す図、第3図は折返し検出光学系の効果を説明するた
めの図、第4図は処理回路の実施例を示す図、第5図乃
至第7図は入射角と反射、透過複素振幅の関係及び、雑
音成分率の特性を示す図、第8図は本発明の一実施例で
2波長を用いるものの構成を示す図、第9図は高さ変化
に伴なう検出パターン信号の変化を表わす図、第10図
は2波長λ、、λ2で検出時の高さ変化ΔZに伴なう着
目点の信号Izの変化を表わす図、第11図及び第12
図は露光領域に対する照射光と演算処理領域を示す図、
第13図は本発明の実施例で2波長で2次元的に検出す
るものの構成を示す図、第14図は第13図に示す実施
例の露光領域に対する演算処理領域を示す図、第15図
は本発明の実施例の一検出系で2方向の傾きを検出する
ものを示す図、第16図はその検出パターンを示す図、
第17図は照射検出光の振@成分を説明する図、第18
図は本発明の一実施例でエアーマイクロを併用し、更に
光学系の改善を図ったものの構成を示す図、第19図及
び第20図は各々本発明に係る照明法の効果を説明する
図、第21図は本発明に係るエアーマイクロの原理を示
す図、第22図乃至第24図は各々本発明に係る露光領
域の対角線方向にレーザ光を照射した場合の説明図であ
る。 1・・・レーザ光源、 10.12・・・ビームスプリ
ッタ、14・・・折返し平面鏡、21.22・・・レン
ズ、23・・・微小開口板、24・・・楔ガラス、3.
3’ 、3’・・・パターン検出手段、4・・・ウェハ
、 5・・・処理回路、7・・・ステージ、 8
・・・露光投影レンズ、81・・・照明系、 9・
・・レチクル。 82・・・エアーマイクロ。 第 1 区 第 図 あ (2) し−m− F f o−¥e 叩くom 早Qc i y雪;f■
雪ットー0財笛Qτ□゛翠 第 8 聞 第 0 圓 第 1 図 第 !2図 第 15 閲 第 7g 図 1θ0 第 77図 尺b 〆へン4Z 第 8 図 第rq図 %20関 第2I必 第22図 第ZJ図 第24閲
のの構成を示した図、第2図は検出パターン信号波形を
示す図、第3図は折返し検出光学系の効果を説明するた
めの図、第4図は処理回路の実施例を示す図、第5図乃
至第7図は入射角と反射、透過複素振幅の関係及び、雑
音成分率の特性を示す図、第8図は本発明の一実施例で
2波長を用いるものの構成を示す図、第9図は高さ変化
に伴なう検出パターン信号の変化を表わす図、第10図
は2波長λ、、λ2で検出時の高さ変化ΔZに伴なう着
目点の信号Izの変化を表わす図、第11図及び第12
図は露光領域に対する照射光と演算処理領域を示す図、
第13図は本発明の実施例で2波長で2次元的に検出す
るものの構成を示す図、第14図は第13図に示す実施
例の露光領域に対する演算処理領域を示す図、第15図
は本発明の実施例の一検出系で2方向の傾きを検出する
ものを示す図、第16図はその検出パターンを示す図、
第17図は照射検出光の振@成分を説明する図、第18
図は本発明の一実施例でエアーマイクロを併用し、更に
光学系の改善を図ったものの構成を示す図、第19図及
び第20図は各々本発明に係る照明法の効果を説明する
図、第21図は本発明に係るエアーマイクロの原理を示
す図、第22図乃至第24図は各々本発明に係る露光領
域の対角線方向にレーザ光を照射した場合の説明図であ
る。 1・・・レーザ光源、 10.12・・・ビームスプリ
ッタ、14・・・折返し平面鏡、21.22・・・レン
ズ、23・・・微小開口板、24・・・楔ガラス、3.
3’ 、3’・・・パターン検出手段、4・・・ウェハ
、 5・・・処理回路、7・・・ステージ、 8
・・・露光投影レンズ、81・・・照明系、 9・
・・レチクル。 82・・・エアーマイクロ。 第 1 区 第 図 あ (2) し−m− F f o−¥e 叩くom 早Qc i y雪;f■
雪ットー0財笛Qτ□゛翠 第 8 聞 第 0 圓 第 1 図 第 !2図 第 15 閲 第 7g 図 1θ0 第 77図 尺b 〆へン4Z 第 8 図 第rq図 %20関 第2I必 第22図 第ZJ図 第24閲
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、露光照明系とマスク又はレチクルと投影光学系と被
露光物体を保持し、被露光物体を直交する3方向に移動
せしめるステージと、該マスク又はレチクルと該被露光
物体との相対的位置を検出し、位置合せ制御するアライ
メント系とから成る投影露光装置において、可干渉光源
よリ出射した光を平行な照射光とし、該被露光物体表面
上にある投影光学系の露光領域に斜めから入射角θで照
射せしめる少くとも1つの照射手段と、被露光物体で反
射した物体光をパターン検出手段に導く少くとも1つの
検出光学系と、上記可干渉光源より出射した光を分離し
、参照光を発生する手段と、当該参照光を該パターン検
出手段に導き該物体光の光軸に対し、所望の角度を付け
て該パターン検出手段上で重畳し、干渉せしめる少くと
も1つの参照光手段と、該パターン検出手段で得られた
干渉パターンの情報から、被露光物体の傾きもしくは高
さの少くとも一方の情報を得る処理開路と、当該情報に
基づき、被露光物体の少くとも1方向の傾き、もしくは
高さの少くとも一方を制御せしめるステージ制御系とを
備え付けたことを特徴とする投影露光装置。 2、上記照射光および物体光と上記参照光は実行的にほ
ぼ同一方向に進みかつ同一領域を通過することを特徴と
する請求項1記載の投影露光装置。 3、上記入射角θは85゜以上であることを特徴とする
請求項1記載の投影露光装置。 4、上記照射光はS偏光であることを特徴とする請求項
1記載の投影露光装置。 5、折返し平面鏡を配置し、被露光物体で反射した上記
物体光を当該折返し平面鏡でほぼ垂直に反射させ、往路
と同一光路を逆に進め、再び被露光物体で反射させ、上
記パターン検出手段に導く、折返し検出光学系を具備し
、上記参照光との間で上記パターン検出手段上で干渉せ
しめることを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。 6、上記参照光が上記物体光と実効的にほぼ同一の方向
、同一の領域を通過するごとく構成した手段を具備する
ことを特徴とする請求項5記載の投影露光装置。 7、上記パターン検出手段はアレイセンサであり、被露
光物体の傾きΔθと高さΔhに応じたピッチPと位相φ
を有する正弦波信号を上記処理回路に伝送し、当該処理
回路で高速フーリエ変換を実行し、Pに対応するスペク
トル近傍の情報から、ΔθとΔhを求めることを特徴と
する請求項1乃至6のいずれか記載の投影露光装置。 8、上記被露光物体上の照射位置は上記検出光学系又は
折返し検出光学系により、ほぼ上記パターン検出手段と
共役な関係(結像関係)にあることを特徴とする請求項
1又は5又は6記載の投影露光装置。 9、上記パターン検出手段に入射する物体光及び参照光
は実効的に平面波であることを特徴とする請求項1又は
5又は6記載の投影露光装置。 10、上記パターン検出手段はアレイセンサであり、上
記被露光物体上の照射位置は上記検出光学系又は折返し
検出光学系により、ほぼ上記パターン検出手段と共役な
関係にあり、上記アレイセンサで得られた情報の所望の
領域のみを選択し、高速フーリエ変換演算を施し、得ら
れたスペクトル情報より、被露光物体の露光領域の所望
の領域の傾きもしくは高さの少なくとも一方を求める処
理回路を具備したことを特徴とする請求項1又は5又は
6記載の投影露光装置。 11、上記検出光学系又は折返し反射光学系と参照光の
光路中に、両光路の光集束部分に微小開口を設け、両光
路中の光学部品の表裏面より反射した雑音的光成分を遮
光することを特徴とする請求項1又は5又は6記載の投
影露光装置。 12、上記可干渉光源とは波長の異なる第2の可干渉光
源を備え、当該第2の可干渉光源より出射した光を上記
照射手段に導入し、上記第1の可干渉光源とほぼ同一光
路の物体光及び参照光を形成し、上記検出光学系或いは
折返し検出光学系中に第1の波長の光から第2の波長の
光を分離する手段を配置し、分離された第2の波長の物
体光および参照光を第2のパターン検出手段で検出し、
第1及び第2のパターン検出手段で得られた干渉縞の情
報から高さ方向の不確定要因を除去し、正確な高さ情報
を広い範囲で検出可能としたことを特徴とする請求項1
又は5又は6記載の投影露光装置。 13、1本のビームがビームスプリッタを通り、パター
ン検出手段に至るまでの参照光と物体光の反射回数を共
に偶数または奇数に揃えたことを特徴とする請求項1又
は5又は6記載の投影露光装置。 14、エアーマイクロ等の他のウェハ高さ検出手段を併
用することにより、一波長検出による高さ方向の不確定
要因を除去し、正確な高さ情報を広い範囲で検出可能と
したことを特徴とする請求項1又は5又は6記載の投影
露光装置。 15、レーザ光を露光領域のほぼ対角線方向に照射した
ことを特徴とする請求項1又は5又は6記載の投影露光
装置。 16、レーザ光の一部を選択するピンホール板を照明光
路中に設けたことを特徴とする請求項1又は5又は6記
載の投影露光装置。 17、レーザ光の一部を選択するピンホール板をほぼ露
光領域と共役位置に設けたことを特徴とする請求項16
記載の投影露光装置。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE69027738T DE69027738T2 (de) | 1989-04-21 | 1990-04-20 | Projektions- und wiedergabeschaltung sowie projektions- und wiedergabeverfahren |
EP90906337A EP0426866B1 (en) | 1989-04-21 | 1990-04-20 | Projection/exposure device and projection/exposure method |
KR1019900702643A KR930011884B1 (ko) | 1989-04-21 | 1990-04-20 | 투영 노출 장치 및 투영 노출 방법 |
PCT/JP1990/000520 WO1990013000A1 (en) | 1989-04-21 | 1990-04-20 | Projection/exposure device and projection/exposure method |
US07/623,438 US5227862A (en) | 1989-04-21 | 1990-04-20 | Projection exposure apparatus and projection exposure method |
US07/936,661 US5392115A (en) | 1989-04-21 | 1992-08-28 | Method of detecting inclination of a specimen and a projection exposure device as well as method of detecting period of periodically varying signal |
US08/315,841 US6094268A (en) | 1989-04-21 | 1994-09-30 | Projection exposure apparatus and projection exposure method |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1-100025 | 1989-04-21 | ||
JP10002589 | 1989-04-21 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0340417A true JPH0340417A (ja) | 1991-02-21 |
JPH0828319B2 JPH0828319B2 (ja) | 1996-03-21 |
Family
ID=14262998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2064155A Expired - Lifetime JPH0828319B2 (ja) | 1989-04-21 | 1990-03-16 | 投影露光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0828319B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7442908B2 (en) | 2002-06-28 | 2008-10-28 | Carl Zeiss Smt Ag | Method for optically detecting deviations of an image plane of an imaging system from the surface of a substrate |
JP2009055068A (ja) * | 2004-12-30 | 2009-03-12 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
JP2010192470A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-09-02 | Canon Inc | 計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法 |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP2064155A patent/JPH0828319B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7442908B2 (en) | 2002-06-28 | 2008-10-28 | Carl Zeiss Smt Ag | Method for optically detecting deviations of an image plane of an imaging system from the surface of a substrate |
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