JPH04342111A - 投影露光方法及びその装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御して半導体回路パ
ターン、液晶等表示デバイス表示デバイスパターンなど
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。

【０００２】

【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、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　　ＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓ
ｔｏｒ）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
ｍｍ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エハ上のフ
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エハ表面（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。

【０００３】従来、特開昭６３−７６２６号公報で開示
されている第一の公知例では投影レンズを介せず、半導
体レーザをウエ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。さら
に、特開昭６３−１９９４２０号公報で示されている第
二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、反射光を集光し、集光位置から傾
きを検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】露光装置において、露
光を連続すると露光光により投影レンズが温まり、焦点
位置が変動するという問題が生じている。これは従来よ
りあった現象であるが、微細化する回路パターンに対応
するために投影レンズの焦点深度が浅くなり、従来問題
とならなかった微少な投影レンズの焦点位置の経時的な
ドリフトが問題となってきた。

【０００５】そのような状態で、従来技術は露光領域内
の傾きと高さの情報を得るために、第一の公知例では、
投影レンズを介せずに半導体レーザをウエハ表面上に斜
め方向から集光しているため、投影レンズの温度変化に
よる焦点位置変化を検出する事が不可能である。また、
第二の公知例では投影レンズを介しているものの検出光
が露光光と異なるため色収差により、露光光に対する焦
点位置変化を正確に検出する事ができない。このように
いずれの方法も、半導体回路パターンの転写を行う露光
装置に置いて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を行うための検出とし
て問題があった。

【０００６】本発明の目的は、半導体ウエハに対しても
露光領域におけるウエハ表面の傾きと高さを正確に検出
し、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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板（ウエ
ハ）上の露光可能域内でかつ、回路パターンを露光しな
いエリアに、投影光学系を透過して露光光と同じ波長で
かつ、露光光に比べ微弱な光を照射結像する方法と、そ
の照射光が基板（ウエハ）上面で反射する光が投影光学
系を再び透過して入射した方向に戻る光を三組以上の結
像光学系を用いて検出し、投影光学系の焦点面に対する
基板面の傾きと高さのずれ量を検出することにより、露
光中に基板面を投影光学系の焦点面に合わせることを可
能にした。

【０００８】

【作用】即ち、この手段を用いることにより、露光中に
変動する投影光学系の焦点面に対して、基板（ウエハ）
面を常に合わせることにより、焦点のあった状態で回路
パターンの転写が可能となり、製品の歩留まり向上を図
ることが出来る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１０】縮小露光投影装置は、図１１に示すように
、照明光源、レチクル１のパターンを縮小転写するため
の縮小レンズ３、ウエハ４を吸着し露光位置に移動位置
決めするためのチルト、Ｚ、Ｘ／Ｙの各ステージから成
るウエハステージ５、ウエハ上のアライメントパターン
を検出するためのパターン検出器６、装置全体の制御を
行うメイン制御系１６から主に構成されている。

【００１１】本発明では、露光直前または、露光中に投
影光学系を通してウエハ面に露光光と同じ波長の光を照
射結像する方法と、その照射光の基板（ウエハ）面から
の反射光を投影光学系を通して検出し、基板（ウエハ）
面の三箇所以上の焦点ずれ量を検出する方法を設けるこ
とにより、基板（ウエハ）面の高さと、傾きとを制御し
、投影光学系の焦点面に合わせようとするものである。

【００１２】そこで、縮小露光装置で、　　基板の焦点
ずれを検出し、投影光学系の焦点面に基板面の高さと傾
きを合わせる方法の一実施例について図１から図８を用
いて説明する。

【００１３】まず、図１に示すように露光装置はレチク
ル１に露光光２を照射し、縮小レンズ３を通してレチク
ル１上のパターンをウエハ４上に転写する。露光光２は
レチクル１上の回路パターン部以外の領域を露光しない
ようにレチクル１上に設けたブレード８により遮光され
ている。従って、ウエハ４上に照射される露光光２はウ
エハ４上では、図２に示す露光エリア１９がレチクル１
の回路パターンを描画したエリアを投影した領域であり
、ブレード８により遮光しない場合にウエハ上に露光光
２が照射される領域が円形の露光可能エリア１８である
。

【００１４】そこで、図１に示すように（但し、図１で
は焦点検出系を二組しか表していないが三組以上ある。 ）ブレード８とレチクル１の間にミラー９、集光レンズ
１０、ハーフミラー１１、１２、センサ部１３、１４に
より構成される焦点検出光学系により前述の投影光学系
の焦点面に対するウエハ４の上面のずれ量をセンサ１３
、１４により検出し、信号処理部１５を経てメイン制御
部１６に取り込み、焦点検出位置とチルトステージ４０
の厚電素子４３駆動点との位置関係から比例則で厚電素
子駆動量を算出し、そのデータを基にチルトステージ４
０の圧電素子４３を駆動し傾きを制御する。さらに、モ
ータ４４を駆動し、Ｚステージ４１を制御する。 このようにして、縮小レンズ３の焦点面にウエハ４の上
面を合わせることが可能となる。ここで、投影光学系の
焦点面に対するウエハ４の面のずれ量を検出する方法に
ついて述べる。

【００１５】露光光に比べ微弱な光１７をハーフミラー
１１とレンズ１０及び、ミラー９を介してレチクル１上
に結像するように照射する。レチクル１上に照射結像し
た光は縮小レンズ３を通して露光可能域内１８でかつ、
ウエハ上の回路パターンを露光しないエリア（図２に示
す領域２０）に露光光２と同じ波長でかつ、露光光２に
比べて微弱な光を縮小レンズ３を通して三箇所以上の領
域２１（図２では３箇所を表している）に照射結像する
。図２に示す領域１９と２０は隣接するためにウエハ面
の高さに大きな違いはない。また、ウエハ４上に塗布さ
れたレジストは、図１０に示すように、露光光量が少な
いところでは現像後まったく膜厚の変化はなく、ある露
光光量を越えたところから現像後の膜厚が急激に減少す
る。更に、実際回路パターン転写に用いられる露光光量
は、図１０に示すように、膜厚が急激に変化する露光量
の三倍程度の露光量を用いている。従って、次に露光す
るエリアを用いて、回路パターン転写に用いられる露光
光量の１／３０程度もしくはそれ以下の光量で焦点検出
をしても、露光状態に影響無く焦点検出が行うことがで
きる。さらに、ウエハ上の照射光１７の反射光は再び縮
小レンズ３を介して上部のミラー９、ハーフミラー１１
、１２を経てセンサ部１３、１４に入射する。この反射
光から焦点ずれを検出する方法について図３、図４を用
いて詳しく述べる。

【００１６】図３は図１の反射光の光路を分かりやすく
表したものである。センサ部１３、１４はセンサ３５と
ピンホール３６より構成されている。ウエハ４が縮小レ
ンズ３の焦点面にある時に反射光検出系の焦点位置は図
３の３８の位置であり、その焦点位置３８に対してレン
ズ１０に近い側にセンサ部１３を、遠い側にセンサ部１
４を配置してある。ここで、ウエハ４が上下方向に変化
した場合、センサ出力３１と、３２は図９に示す原理（
Ｚ方向に焦点位置が変わることにより、センサ面に投影
される反射光の光量分布は波高値が低くなり、裾が広が
る。従って、ピンホール３６を通る光量は焦点がずれる
につれて減少する。）により、図４（ａ），（ｂ）に示
すようになり、その差信号３３は（ｃ）になる。同図（
ｃ）に示すＺ方向の範囲３４内では、焦点方向ずれ量Ｚ
と差信号３３の関係が比例関係で得られるのでこれによ
り、差信号３３から縮小レンズ３の焦点位置からのウエ
ハ４面のずれ量を求めることが可能となる。

【００１７】このような焦点ずれ量の検出を行うには、
■露光直前に検出して縮小レンズ３の合焦点位置にウエ
ハ面を合わせる方法もあれば、■露光中常に合焦点位置
の検出を行いウエハ面を常に縮小レンズ３の合焦点位置
に合わせる方法もある。ここでそれぞれの処理方法につ
いて図５から図８を用いて説明する。

【００１８】■露光中縮小レンズ３に露光光２が入射す
ることにより縮小レンズ３の合焦点面の位置は図５に示
すように変化する。従って、焦点検出をアライメント動
作時と同時に、露光の直前に行うことにより、縮小レン
ズの合焦点位置を検出し、露光時の焦点ずれを露光中の
焦点変位内に抑えることができる。さらに、この処理の
流れ図を図６に示す。まず、ステージ４２をＸＹ方向移
動後アライメントと同時に焦点検出／駆動量算出／チル
ト・Ｚステージ駆動による焦点合わせを行い、アライメ
ント及び、焦点合わせ完了後、露光に入る。一フィール
ドの露光完了後、次にウエハ上の全フィールドの露光が
完了していなければ、再び、ステージ４２をＸＹ方向移
動よりこの処理を繰り返す。

【００１９】■露光中縮小レンズ３に露光光２が入射す
ることにより縮小レンズの合焦点面の位置は図７に示す
ように変化する。従って、アライメント動作完了後、縮
小レンズ３の合焦点位置を検出し、露光中に焦点ずれを
抑えることができる。さらに、この処理の流れを図８に
示す。まず、ステージ４２をＸＹ方向に移動し、アライ
メント完了後、露光と同時に、焦点検出／駆動量算出／
チルト・Ｚステージ駆動による焦点合わせを行う。一フ
ィールドの露光完了後、次にウエハ上の全フィールドの
露光が完了していなければ、再び、ステージ４２をＸＹ
方向に移動することによりこの処理を繰り返す。

【００２０】このようにして、露光直前にウエハ面と縮
小レンズ３の焦点面のずれ量を少なくする事により、ウ
エハ上に転写するパターンの寸法及び形状を正確に行う
ことにより、製品の歩留まりを向上することが可能とな
る。

【００２１】

【発明の効果】露光装置において、投影光学系を介して
基板（ウエハ）面の焦点面からのずれを検出することに
より、露光中に変動する投影光学系の焦点面に対する高
さと傾きのずれ量を正確に検出することができるために
、焦点のあった状態で回路パターンの転写が可能となり
、製品の歩留まり向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の系統図、

【図２】ウエハ上の露光エリアと焦点検出エリアの関係
を示した説明図、

【図３】焦点検出一実施例の原理説明図、

【図４】本発
明の一実施例で用いた焦点検出信号特性図、

【図５】露光シーケンスと焦点合わせの関係を表したタ
イミングチャート、

【図６】焦点検出一実施例の処理のフローチャート、

【
図７】露光シーケンスと焦点合わせの関係を表したタイ
ミングチャート、

【図８】焦点検出一実施例の処理のフローチャート、

【
図９】焦点検出の原理説明図、

【図１０】レジスト感度と焦点検出光の特性図、

【図１
１】露光装置の構成図。

【符号の説明】

１…レチクル、２…露光光、３…縮小レンズ、４…ウエ
ハ、５…ウエハステージ６…パターン検出器、８…ブレ
ード、９…ミラー、１０…レンズ、１１，１２…ハーフ
ミラー、１３，１４…センサ部、１５…信号処理部、１
６…メイン制御部、１７…焦点検出照明光、１８…露光
可能エリア、１９…露光エリア、２０…露光しないエリ
ア、２１…焦点検出用光照射エリア、３１，３２…セン
サ出力、３３…差分信号、３４…差分信号の焦点検出範
囲、３５…センサ、３６…ピンホール、３７…ＮＤフィ
ルタ、３８…反射光検出系焦点位置、４０…チルトステ
ージ、４１…Ｚステージ、４２…Ｘ／Ｙステージ、４３
…厚電素子、４４…モータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レチクル上に形成された回路パターンを投
   影光学系によって基板上に露光する投影方法において、
   投影光学系により基板上に露光可能域内でかつ、前記回
   路パターンを露光しないエリア三箇所以上に露光光と同
   じ波長で、露光光に比べ微弱な光を投影光学系を通して
   照射結像し、その照射光の基板面からの反射光を前記投
   影光学系を通して検出し、前記基板面の三箇所以上の焦
   点ずれ量を検出することにより、基板面を投影光学系の
   焦点面に対する基板面の傾きを合わせることを特徴とす
   る投影露光方法。
2. 【請求項２】レチクル上に形成された回路パターンを投
   影光学系によって基板上に露光する投影装置において、
   露光光と同じ波長でかつ前記露光光に比べて微弱な光を
   投影光学系により露光可能域内でかつ、前記回路パター
   ンを露光しないエリア三箇所以上に投影光学系を通して
   基板面に照射結像する手段と、その照射光の前記基板面
   からの反射光を前記投影光学系を通して検出し、前記基
   板面の三箇所以上の焦点ずれ量を測定する手段を具備し
   、焦点ずれ量検出手段により求めた基板面の焦点ずれ量
   に基づき前記基板面を前記投影光学系の焦点面に対する
   前記基板面の傾きを合わせる手段を具備したことを特徴
   とする投影露光装置。