JPH08262747A - 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 - Google Patents

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

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JPH08262747A
JPH08262747A JP7086197A JP8619795A JPH08262747A JP H08262747 A JPH08262747 A JP H08262747A JP 7086197 A JP7086197 A JP 7086197A JP 8619795 A JP8619795 A JP 8619795A JP H08262747 A JPH08262747 A JP H08262747A
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恒雄 神田
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】レチクルとウエハとを高精度に位置合せでき、
高集積度の半導体装置が得られる投影露光装置及びそれ
を用いた半導体装置の製造方法を提供する。 【構成】露光用照明系4からの露光光で照明した第1物
体としてのレチクル3のパターンを第2物体であるウエ
ハ2上に投影する射出テレセントリックな投影レンズ系
1と、ウエハ面上に設けた、アラインメントマークを観
察用照明系35からの観察光で投影レンズ系1を介して
照明すると同時に、該マークの所定面上における結像位
置の観察によりレチクル3とウエハ2の相対的位置関係
を検出する観察手段と、投影レンズのウエハ側での焦点
誤差に基ずく観察手段による計測値の誤差の計測手段を
もつ投影露光装置である。観察手段はウエハマークの観
察位置を任意に変更できる移動機構20と、計測誤差を
最小にするための観察光主光線の光路調整用の補正光学
系101を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は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に関し、特にレチクル
(第1物体)面上に形成されているIC,LSI等の微
細な電子回路パターンを投影レンズ系(投影光学系)に
よりウエハ(第2物体)面上に投影露光し、半導体デバ
イスを製造する際にレチクルとウエハとの相対的な位置
関係を高精度に検出し、高集積度の半導体デバイスを製
造するのに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイス製造用の投影露光装置で
は、第1物体としてのレチクルの回路パターンを投影レ
ンズ系により第2物体としてのウエハ上に投影し、露光
している。このとき、該投影露光に先立って観察装置を
用いてウエハ面を観察することによりウエハ上のアライ
メントマーク(マーク)を検出し、この検出結果に基づ
いてレチクルとウエハとの位置整合(位置合わせ)、所
謂アライメントを行なっている。
【0003】このときのアライメント精度は観察装置の
光学性能に大きく依存している。この為、観察装置の性
能は露光装置において重要な要素となっている。このよ
うな観察装置を利用してアライメントを行ったものは従
来より種々の方式が提案されている。
【0004】例えばウエハ上に塗布されたレジストを感
光させない光(以下、「非露光光」という。)、例えば
He-Neレーザからの波長633nmの光を用いて投影レ
ンズ系を介し(TTL)、ウエハ上のアライメントマー
クを検出する方式、所謂TTLオフアクシス方式があ
る。このTTLオフアクシス方式は投影レンズ系におい
て色収差が多く発生する為、一般に露光位置においてウ
エハとレチクルを同時に観察することができない。この
為ベースライン(アライメント位置でのショット中心と
露光位置でのショット中心の距離)の変動を管理する必
要がある。
【0005】一方、露光光を用いて投影レンズ系を介し
てウエハ面上のアライメントマークを検出する所謂TT
Lオンアクシス方式がある。このTTLオンアクシス方
式を用いた投影露光装置が、例えば特開昭58−256
38号公報や特開昭63−32303号公報等で提案さ
れている。
【0006】これらの公報ではg線(436nm)の光
(露光光)を用いて投影レンズ系によりレチクルの回路
パターンをウエハ上に投影露光する一方、アライメント
系にHe-Cdレーザから放射される波長442nmの光
(アライメント光)を用い、レチクルとウエハの各々の
アライメントマークを検出している。そして投影レンズ
系をレチクル側とウエハ側の双方でテレセントリックと
なるように、所謂両テレセントリックな光学系を構成す
ることによりレチクル側よりウエハ面上を観察する際、
アライメント光の主光線が常にレチクル面に垂直となる
という特徴を利用している。
【0007】これにより製造するICの種類が変わって
レチクル面上でのパターン寸法が変化してアライメント
系の観察位置を変化させてもレチクル面に入射或は反射
する光の角度を不変とすることができ、この性質を利用
することにより高精度なTTLオンアクシスシステムを
構成している。尚、TTLオンアクシスシステムという
のは露光する投影光学系を介して露光する状態のままで
レチクルとウエハとのアライメントを行うことである。
【0008】又、観察装置の照明光束主光線の角度を偏
向する方式として、特開昭63−56917号公報が提
案されている。本公報では投影光学系の光軸と、アライ
メント光学系のレチクル側観察位置との相対位置を検出
し、検出情報に応じて予め求めた投影レンズの主光線の
傾き角度だけ、観察装置の照明光束主光線角度を偏向す
るものである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】投影レンズ系を介して
ウエハ面上のアライメントマークを観察する際、投影光
学系の光軸上、特定の位置(像高)だけのアライメント
マークを観察するのであれば、その像高で照明光の主光
線がウエハ面と垂直になるように設定すれば良い。
【0010】しかしながら、例えばオフアクシスアライ
メントの為のベースラインを計測する時、計測像高がレ
チクルの都合上等で変えざるを得なかったり、又TTL
オンアクシスアライメントをする為、或はアライメント
マーク等の配置の為に観察像高を変えなければならない
時がある。このとき投影光学系に瞳の球面収差が残存し
ているとウエハと照明光束の主光線との角度が垂直から
ずれてくる。
【0011】次に図12を用いて投影光学系に瞳の球面
収差が残存している場合に、主光線がウエハ面に垂直入
射せず、ずれることについて説明する。
【0012】図12において1はウエハ2側がテレセン
トリックな投影光学系、2はウエハ、3はレチクルパタ
ーン面、10は投影光学系1内の絞りを示す。投影光学
系1の瞳に球面収差があると図12の各像高A,B,C
においてウエハ2側のどの像高に対しても観察光の主光
線がウエハ面2を垂直にする為には像高Aのレチクル3
側に対応するところで+θ、像高Bのレチクル側に対応
するところで0、像高Cのレチクル側に対応するところ
で−θ分だけ主光線のレチクル3への入射角を傾けなけ
ればならない。各像高に応じてレチクル3への入射角を
変えないとウエハ2への観察光の入射角が投影光学系1
の結像倍率を−1/βとしたとき像高Aでは−βθ、像
高Bでは0、像高Cでは+βθとなる。
【0013】このようにウエハ2への観察光の入射角が
傾いてしまったとき、図13(A)に示すように+側に
+ μmデフォーカスでΔ1 、−側にD- μmデフォー
カスでΔ2 というようにアライメントマーク位置計測値
がずれる。このため、 +側は、1μmデフォーカスあたり Δ1 /D+ −側は、1μmデフォーカスあたり Δ2 /D- だけ、アライメントマークの計測値がデフォーカス量に
対し、依存性(以下「デフォーカス特性」と呼ぶ。)を
持ってしまう。
【0014】前述の特開昭63−32303号公報では
アライメント照明系の一部の光学要素の姿勢を変化させ
て補正を行っている。具体的には光路中のミラー等の角
度を変化させている。この為、補正する為に変化させる
角度はレチクル側の入射角として必要な角度の半分であ
り、微小量な角度となり、高い補正精度を確保すること
は困難であった。
【0015】前述の特開昭63−56917号公報では
投影光学系の光軸とアライメント光学系の観察位置との
相対位置を検出し、検出情報に応じて予め求めた投影レ
ンズのテレセントリック性のずれ量に対応した角度だ
け、観察装置の照明光束主光線角度を偏向している。こ
の為、補正精度には投影レンズ光軸と観察位置との相対
位置の検出精度が含まれてしまう。
【0016】又、予め投影レンズのテレセントリック性
のずれ量に対応した補正テーブルを持つ場合、ずれ量を
設計値により求めると、組立時による調整誤差が残存
し、補正誤差となる。
【0017】計測によりずれ量を求める場合も観察光源
の交換等による経時変化により補正精度が落ちるという
問題が生じる。補正テーブルを定期的に計測する場合
も、全像高でのデータを再計測しなければならず、多大
な時間を要するという問題が生じる。
【0018】補正テーブルを定期的に計測する場合も、
全像高でのデータを再計測しなければならず多大な時間
を要するという問題が生じる。
【0019】更に、投影レンズのテレセントリック性の
ずれ量以外の要因によるフォーカス誤差に起因する計測
誤差は補正できない。例えば、Z駆動による他成分(斜
めに動いた時)がある場合は、フォーカス誤差に起因す
る計測誤差が発生する。
【0020】このように補正テーブルかできない要因の
補正は従来システムでは不可能であり、高精度なアライ
メントは到底望めないものである。
【0021】本発明は、投影光学系を介してウエハ(第
2物体)面上のアライメントマークを観察する際、投影
光学系の瞳に球面収差が多少残存していても種々の像高
において観察光の主光線がウエハ面に垂直に入射できる
ようにしてレチクル(第1物体)とウエハとの相対的な
位置合わせを高精度に行い、高集積度の半導体デバイス
が容易に得られ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。
【0022】
【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)露光用照明系からの露光光で照明した第1物
体のパターンを第2物体上に投影する射出テレセントリ
ックな投影レンズ系と、該第2物体に設けたマークを観
察用照明系からの観察光で該投影レンズ系を介して照明
すると共に、該投影レンズ系を介して該マークの所定面
上における結像位置を観察することにより該第1物体と
第2物体の相対的な位置関係を検出する観察手段と該投
影レンズの該第2物体側におけるフォーカス誤差に起因
する該観察手段による計測値の計測誤差を計測する手段
を有した投影露光装置において該観察手段は該第2物体
のマークの観察位置を任意に変えることのできる移動機
構と、該計測誤差を最小にする為、該観察光の主光線の
光路を調整する補正光学系とを有していることを特徴と
している。
【0023】特に、 (1−1−1)前記観察手段は前記観察用照明系からの
観察光をアフォーカル光とするレンズ系を有し、前記補
正光学系は光軸に対し垂直で互いに直交した軸を中心に
傾き調整可能な透明な平行平面板を有し、該平行平面板
は該アフォーカル光路中に設けられており、該平行平面
板の傾きを調整して観察光の光路を光軸に対して平行に
シフトしていること。
【0024】(1−1−2)前記観察手段は前記観察用
照明系からの観察光をアフォーカル光として射出させる
レンズ系を有し、前記補正光学系は互いに対向した状態
で光軸を回転中心とする傾き調整可能で双方の間隔を任
意に変えることのできる2つの透明な楔を有する楔部材
を有し、該2つの楔は該アフォーカル光路中に設けられ
ており、該2つの楔の傾き及び間隔を調整して観察光の
光路を光軸に対して平行にシフトしていること。
【0025】(1−1−3)前記補正光学系は角度の異
なる複数の楔より成る楔部材を有し、該複数の楔のうち
の1つの楔を選択して光路中に配置して前記観察光の光
路を調整していること。
【0026】(1−1−4)前記移動機構による第2物
体面上のマークの観察位置の変更に伴って前記補正光学
系は観察光の光路を調整していること。
【0027】(1−1−5)前記観察手段の観察光の光
路調整は前記計測手段の計測結果により行っているこ
と。等、を特徴としている本発明の半導体デバイスの製
造方法は、 (1−2)露光光で照明したレチクル面上のパターンを
射出テレセントリックな投影レンズ系によりウエハ面上
に投影した後に、該ウエハを現像処理工程を介して半導
体デバイスを製造する際、観察手段により該ウエハ面上
のマークを観察用照明系からの観察光で該投影レンズ系
を介して照明し、該投影レンズ系を介して該マークの所
定面上における結像位置を観察して、該レチクルとウエ
ハの相対的な位置関係を検出すると共に、移動機構によ
り該ウエハ面上のマークの観察位置を任意に変えたと
き、補正光学系により該計測誤差を最小にする為、該観
察光の主光線の光路を調整していることを特徴としてい
る。
【0028】特に、 (1−2−1)前記観察手段は前記観察用照明系からの
観察光をアフォーカル光とするレンズ系を有し、前記補
正光学系は光軸に対し垂直で互いに直交した軸を中心に
傾き調整可能な透明な平行平面板を有し、該平行平面板
は該アフォーカル光路中に設けられており、該平行平面
板の傾きを調整して観察光の光路を光軸に対して平行に
シフトしていること。
【0029】(1−2−2)前記観察手段は前記観察用
照明系からの観察光をアフォーカル光として射出させる
レンズ系を有し、前記補正光学系は互いに対向した状態
で光軸を回転中心とする傾き調整可能で双方の間隔を任
意に変えることのできる2つの透明な楔を有する楔部材
を有し、該2つの楔は該アフォーカル光路中に設けられ
ており、該2つの楔の傾き及び間隔を調整して観察光の
光路を光軸に対して平行にシフトしていること。
【0030】(1−2−3)前記補正光学系は角度の異
なる複数の楔より成る楔部材を有し、該複数の楔のうち
の1つの楔を選択して光路中に配置して前記観察光の光
路を調整していること。
【0031】(1−2−4)前記観察手段の観察光の光
路調整は前記計測手段の計測結果により行っているこ
と。等、を特徴としている。
【0032】
【実施例】図1は本発明の半導体デバイス製造用の投影
露光装置の実施例1の光学系の要部概略図である。同図
において3は第1物体としてのレチクルで、レチクルス
テージ3aに載置されており、露光用照明系4からの露
光光で照明している。2は第2物体としてのウエハであ
り、その面上にはアライメントマーク(AAマーク)が
設けられている。1は投影光学系(投影レンズ系)であ
り、射出テレセントリック系より成りレチクル3面上の
回路パターン等をウエハ2面上に投影している。10は
投影レンズ系1の絞りである。8はウエハチャックであ
り、ウエハ2を載置している。
【0033】7はθ−Zステージでウエハチャック8を
載置しており、ウエハ2のθ回転及びフォーカス調整即
ちZ方向の調整を行っている。θ−Zステージ7はチル
トステージ6及びステップ動作を高精度に行う為のXY
ステージ5上に載置されている。チルトステージ6上に
はステージ位置計測の基準となる光学スクウェアー(バ
ーミラー)11が置かれており、この光学スクウェアー
11をレーザ干渉計12でモニターしている。
【0034】即ち、レーザ干渉計12はXYステージ5
の位置をモニターし、回線を通じてコンピュータ41で
位置制御している。又チルトステージ6上には非TTL
−アライメント用のフィデューシャルマーク9が設けら
れている。
【0035】本実施例におけるレチクル3とウエハ2と
の位置合わせ(アライメント)は予め位置関係が求めら
れている基準マークに対して各々位置合わせを行うこと
により間接的に行っている。又は実際レジスト像パター
ン等をアライメントを行って露光を行い、その誤差(オ
フセット)を測定し、それ以後その値を考慮してオフセ
ット処理して行っている。
【0036】次にウエハ2面のマーク(アライメント)
の位置検出を観察手段を用いて行う方法について説明す
る。35は観察用照明系である。観察用照明系35には
露光用照明系4からファイバー36を通して露光光を観
察光として導入している。観察用照明系35からの観察
光はビームスプリッター32で反射してリレーレンズ3
1に入射する。リレーレンズ31からの観察光は平行光
(アフォーカル)となり、透明な平行平面板より成る補
正光学系101を介して光路を変位させて、絞り23を
通過し、対物レンズ22に入射している。
【0037】尚、対物レンズ22は無限遠物体に対して
収差補正している。又補正光学系101はアフォーカル
中でかつ対物レンズ22の瞳面以外の位置に配置してい
る。補正光学系101は駆動手段100により、光軸に
垂直で互いに直交する2軸を中心に傾動可能となってい
る。そしてこのときの補正光学系101の姿勢は後述す
るコンピュータ41で制御している。
【0038】対物レンズ22からの観察光はミラー21
で反射してレチクル3を照明している。絞り23と対物
レンズ22、そしてミラー21は移動機構20により光
軸方向(レチクル3と平行方向)に移動可能となってい
る。これによりウエハ2面上の観察像高を変えている。
移動機構20は回線を通じてコンピュータ41で制御し
ている。移動機構20により対物レンズ22とリレーレ
ンズ31との間隔は変化するがこの光路はアフォーカル
として結像状態に影響しないようにしている。尚、対物
レンズの移動に連動して光路長を補正する為の機構をア
フォーカル中に設けても良い。
【0039】レチクル3を通過した観察光は投影光学系
1を介し、その中の絞り10を経て、ウエハ2面上のア
ライメントマーク(AAマーク)を照明している。この
とき後述するように補正光学系101を用いて観察像高
が変わっても観察光の主光線の角度を偏向し、デフォー
カス特性を補正するようにしている。ウエハ2面上のA
Aマークからの反射光は元の光路を戻り、順に投影レン
ズ系1、ミラー21、対物レンズ22、補正光学系10
1、リレーレンズ31、ビームスプリッター32、そし
てエレクターレンズ33を介して撮像素子(CCDカメ
ラ)34に入射し、その面上にウエハ2面上及びレチク
ル3面上の像(AAマーク像)を結像している。
【0040】撮像素子34からのAAマーク像は回線を
通じてコンピュータ41で演算処理して、これによりレ
チクル3とウエハ2との相対的な位置関係を求めてい
る。そしてXYステージ5を駆動させて、レチクル3と
ウエハ2との位置合わせを行っている。
【0041】本実施例において各要素21,22,2
3,31,32,33,34,35は観察手段の一要素
を構成している。
【0042】以上のように本実施例においてはCCD3
4面上に形成したマーク像の位置を観察(計測)するこ
とによりウエハ2の位置関係を求めている。例えば、マ
ーク像のCCD34面上の基準位置(基準マーク)から
のずれを求めている。
【0043】尚本実施例ではウエハ2面のマークを検出
する観察手段及びレチクルと本体との位置合わせを行う
手段を投影レンズ系1の光軸に対して対称に複数個設け
ている。
【0044】本実施例では以上のようにしてレチクル3
とウエハ2との相対的位置合わせを高精度に行い、その
後レチクル3面のパターンを投影レンズ系1によりウエ
ハ2面に投影露光し、公知の現像処理工程を経て半導体
デバイスを製造している。
【0045】次に本実施例における補正光学系101の
光学的作用について説明する。一般に投影光学系では前
述したようにウエハ2面上のAAマークが投影光学系1
の光軸から変化し、即ち像高が変化し、このとき投影光
学系1に瞳の球面収差があると、これにより投影光学系
1を射出する主光線のウエハ2面上への入射角が垂直か
らずれてくる。
【0046】本実施例では補正光学系101によりデフ
ォーカス特性を補正している。
【0047】デフォーカス特性の計測 1.ベストピント面から−aだけθ−ZをZ方向に駆動
する。 2.マーク位置の計測を行いその値をf(−a)とす
る。 3.ベストピント面から+aだけθ−ZをZ方向に駆動
する。 4.マーク位置の計測を行いその値をf(a)とする。 5.デフォーカス特性 Δ=(f(a)-f(-a))/2aを算
出する。
【0048】尚、今回は2点で説明したが、それ以上の
ポイントを測定してもかまわない。Δの絶対値が最小に
なるように顕微鏡円の平行平面板の姿勢を変化され、ウ
エハ面上における主光線の傾きを制御する。
【0049】図2は図1の補正光学系(平行平面板)1
01近傍の光路を展開した要部概略図である。同図に示
すようにリレーレンズ31からの平行光(観察光)は平
行平面板101を通過後、光軸Lに対して平行偏心(シ
フト)して絞り23を通過後対物レンズ22によりレチ
クル3面上に集光している。
【0050】今、平行平面板101の材質の屈折率を
n、観察光Laの平行平面板101への入射角をα、平
行平面板101の厚さをd、観察光Laの平行平面板1
01を通過後のシフト量をSとすると、 S=(d/cos α)sin (α−θ) ‥‥‥(1) となる。但し、 θ=sin -1(sin α/n) ‥‥‥(2) である。従って主光線La1のレチクル3への入射角θ
i は、 θi =tan -1(S/f) ‥‥‥(3) となる。但し、fは対物レンズ22の焦点距離である。
このように平行平面板101を傾けることによりレチク
ル3への入射角θi を制御することができる。
【0051】θi とαの関係について具体的な数値を示
すと、 d=10mm n=1.5 f=50mm とする
とθi =1° とする為には α≒14° となる。従来例で見るとα=0.5°となり、本発明で
は従来例(特開昭63−32303号)よりも補正の為
の駆動角度が大きくとれ、駆動及び検出も容易となると
共に駆動分解能も向上し、補正精度を向上させている。
【0052】図3(A),(B),(C)は補正光学系
101を通過した主光線La1が投影レンズ系1を介し
てウエハ2面上に入射するときの光路の概略図である。
【0053】同図では投影光学系1の各像高におけるウ
エハ面2と主光線La1が垂直(以下「ウエハ側テレセ
ントリシティー」という。)になる為の補正方法を示し
ている。投影光学系1に図12に示すような瞳の球面収
差が残存しているとき、図3(A)の像高においてウエ
ハ側をテレセントリシティーにする為には投影光学系1
内の絞り10の位置でd1 という瞳の球面収差を発生さ
せる必要がある。その為に平行平面板101を角度+θ
1 傾ける。それにより主光線La1はシフトし、主光線
La1のレチクル3への入射角は投影光学系内1の絞り
10においてウエハ側テレセントリシティーにする為に
必要な瞳の球面収差d1 を発生させる為の角度になる。
従って像高Aでは平行平面板101を角度θ1 傾けて、
これによりウエハー側テレセントリシティーを実現して
いる。
【0054】同様にして図3(B)の像高Bにおいては
ウエハ側テレセントリシティーにする為に必要な瞳の球
面収差が0である。図3(C)の像高Cにおいては必要
な瞳の球面収差が+d2 である。この為それぞれ平行平
面板101を角度0,角度−θ1 傾けている。
【0055】このように本実施例では像高に応じ、平行
平面板101の角度を自動補正してデフォーカス特性の
補正を達成している。これにより何らかの原因でアライ
メント計測時にデフォーカスしても図13に示すような
位置計測値の変化が生じないようにしている。
【0056】図4,図5,図6は本実施例においてデフ
ォーカス特性を補正する為の平行平面板101を駆動さ
せるときの駆動機構の説明図である。図4は平面図、図
5は正面図、図6は斜視図である。図4〜図6において
101は平行平面板、102は平行平面板を固定するホ
ルダ、103は平行平面板101をX軸回りに回転駆動
する為のモータ、104はホルダー102をモータ軸に
固定する為の止めねじ、105はモータ103で駆動す
る時に原点位置を検出する為のフォトスイッチ、106
はフォトスイッチ105を遮光する為の遮光板、107
はモータを固定するベースである。
【0057】110は平行平面板101をZ軸回りに回
転駆動する為のモータ、111はモータを固定する板、
112はベース、113はモータ110の回転を伝達す
る為のギアa、114はギアa113をモータ軸に固定
する為の止めねじ、115はギアa113の回転を伝達
するギアb、116はギアa113,ギアb115を介
し、モータ110の回転を伝達する為の軸、117は軸
116にギアbを固定する為の止めねじ、118は軸1
16を支持するベアリング、119はベアリングを保持
するホルダ、120はZ軸回りに回転駆動する時に原点
位置を検出する為のフォトスイッチ、121はフォトス
イッチを遮光する為の遮光板である。
【0058】次に動作を説明する。
【0059】(イ)X軸回りの回転について 平行平面板101はホルダ102に固定され、ホルダ1
02はモータ103の出力軸に直結されている。モータ
103が回転することにより、平行平面板101はX軸
回りに回転する。ホルダ102に固定された遮光板10
6がフォトスイッチ105を遮光した位置を原点とし、
そこからモータ103が目標位置まで回転することによ
り平行平面板101はX軸回りに目標位置まで回転す
る。
【0060】(ロ)Z軸回りの回転について Z軸回りの回転は、平行平面板101のZ軸中心と同軸
に配置した軸116を回転することにより行う。ベース
107はX軸回り駆動系を保持すると共に、軸116に
固定されている。Z軸回りの回転はX軸回りの駆動系全
体を回転する。これによりX軸、Z軸それぞれに独立に
駆動を行っている。軸116の回転は軸116に固定さ
れたギアb115及びギアa113を介しモータ110
により駆動される。原点の検出はベース107に固定さ
れた遮光板121がフォトスイッチ120を遮光するこ
とにより行っている。
【0061】上記構成によりデフォーカス特性の自動補
正を達成している。
【0062】図7は本発明の投影露光装置の実施例2の
要部概略図である。本実施例は図1の実施例1に比べて
ビームスプリッタ32をリレーレンズ31と絞り23と
の間に設けると共に補正光学系としての平行平面板20
1を観察用照明系35とビームスプリッタ32との間に
設けて駆動手段200で駆動制御している点が異なって
おり、その他の構成は同じである。
【0063】同図において観察用照明系35からの観察
光は平行平面板201を介しビームスプリッタ32で反
射した後、絞り23を通過し、対物レンズ22に入射し
ている。その後の光路は図1の実施例1と同じである。
【0064】本実施例では図1の実施例1と同様にして
平行平面板201の角度を投影光学系1の観察像高に応
じ傾けることにより、全ての像高においてデフォーカス
特性の補正を達成している。
【0065】本実施例では平行平面板201の傾きが撮
像素子34面上におけるAAマーク像の結像性能に影響
を与えることもないという特長がある。
【0066】図8は本発明の投影露光装置の実施例3の
要部概略図である。本実施例は図1の実施例1に比べて
補正光学系としての平行平面板301を絞り23と対物
レンズ22との間に配置して駆動手段300で駆動制御
している点が異なっており、その他の構成は同じであ
る。
【0067】同図において観察用照明系35からの観察
光はビームスプリッター32で反射してリレーレンズ3
1に入射し、リレーレンズ31からは平行光(アフォー
カル)となって出射する。リレーレンズ31からの観察
光は絞り23を通過し、平行平面板301を介して対物
レンズ22に入射している。その後の光路は図1の実施
例1と同様である。
【0068】本実施例では平行平面板301が絞り23
より対物レンズ22側にある為、観察光は常に絞り23
の中心を通る。従って観察光に対し垂直なウエハ面で反
射した0次回折光も絞り23の中心を通る。そこで絞り
23に対しリレーレンズ31側に配置した光学系で絞り
23の中心と0次回折光中心とのずれ量をモニターする
ことにより、平行平面板301の姿勢をモニターしてい
る。これによって確実に全像高においてもデフォーカス
特性の補正を保証している。
【0069】図9は本発明の投影露光装置の実施例4の
要部概略図である。本実施例は図1の実施例1に比べて
補正光学系として透明な複数のプリズム(楔)を有する
楔部材401を用いて、該楔部材401のうちの1つの
楔を選択してビームスプリッタ32とリレーレンズ31
との間に配置していること、そしてコンピュータ41か
らの指令に基づいて駆動機構400により観察像高に応
じた対象とする角度を有した楔を光路中に配置してお
り、これにより観察光の光路を変えて実施例1と同様の
効果を得ていることが異なっており、その他の構成は同
じである。
【0070】同図において観察用照明系35からの観察
光はビームスプリッタ32で反射して楔部材401の1
つの楔を介してリレーレンズ31に入射している。リレ
ーレンズ31からの平行光は絞り23を通過して対物レ
ンズ22に入射している。その後の光路は図1の実施例
1と同様である。
【0071】本実施例では観察像高が限定され、連続的
な像高に対し、ウエハ側テレセントリシティを補正する
必要のない場合に最適である。像高変更時、楔を交換す
るだけで良い為、平行平面板の姿勢を制御する必要がな
く、又高速に切り替えることができるといった特長があ
る。
【0072】図10は本発明の投影露光装置の実施例5
の要部概略図である。本実施例は図1の実施例1に比べ
て補正光学系として透明な同質で同形状の2つの楔50
1,502を対向配置した楔部材をリレーレンズ31と
絞り23との間に配置していること、そしてコンピュー
タ41からの指令に基づいて駆動機構500により観察
像高に応じて2つの楔501,502の間隔を変えると
共に、双方を光軸を回転軸として回転させることによ
り、観察光の光路を変位させており、これにより実施例
1と同様の効果を得ていることが異なっており、その他
の構成は同じである。
【0073】同図において観察用照明系35からの観察
光はビームスプリッタ32で反射してリレーレンズ31
で平行光となって楔501,502を通過し、絞り23
に入射している。絞り23からの観察光の光路は図1の
実施例1と同様である。
【0074】本実施例では同一形状、同一材質の互いに
対向した透明な2つの楔501,502を用いている
為、楔で発生する非対称性の収差をキャンセルすること
ができ、常に良好な画像を得ることができる為、高精度
な位置合わせが達成できるという特長がある。
【0075】図11は本発明の投影露光装置の実施例6
の要部概略図である。本実施例は図1の実施例1に比べ
てウエハ2面上のAAマークを観察する観察手段の各要
素21,22,23,31,32,33,34をレチク
ル3と投影レンズ系1との間に配置してレチクル3を介
していないこと、観察用照明系610からの観察光とし
て露光光とは異なった波長の光束(非露光光)を用いて
いること、観察光として露光光と異なった波長の光を用
いたことに起因して、投影レンズ系1から発生するコマ
収差や非点収差等の諸収差を補正する為に、収差補正レ
ンズ24をミラー21と投影レンズ1との間に配置した
点が異なっており、その他の構成は同じである。
【0076】本実施例では収差補正レンズ24、絞り2
3、対物レンズ22、ミラー21等は移動機構60によ
りレチクル3面と平行方向に移動して観察像高を変えて
いる。
【0077】本実施例において観察用照明系610から
の観察光が順にビームスプリッタ32、リレーレンズ3
1、補正光学系601、絞り23、対物レンズ22、そ
してミラー21までに至る光路は図1の実施例1と同様
である。
【0078】実施例1に比べてミラー21からの観察光
が収差補正レンズ24を介して投影レンズ系1に入射し
ている点、そしてウエハ面2上のAAマークからの反射
光が投影レンズ1を通過し、収差補正レンズ24を介し
てミラー21で反射する点が異なっているだけであり、
その他の構成は同じである。
【0079】以上の各実施例ではレチクル3面上又はウ
エハ2面上のAAマークを観察してレチクル3とウエハ
2との位置合わせを行う場合について説明したが、本発
明に係る補正光学系を利用すればウエハ2面上のマーク
の鮮鋭度、即ちフォーカス状態を検出してウエハ2が投
影光学系1の最良像面に位置するようにθ−Zステージ
7を駆動制御することができる。即ち補正光学系は自動
焦点検出系としても同様に適用することができる。
【0080】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施例を説明する。
【0081】図14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。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。
【0082】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。
【0083】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。
【0084】図15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。
【0085】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。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。
【0086】本実施例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。
【0087】
【発明の効果】本発明によれば以上のように、投影光学
系を介してウエハ(第2物体)面上のアライメントマー
クを観察する際、投影光学系の瞳に球面収差が多少残存
していても種々の像高においてデフォーカス特性を補正
してレチクル(第1物体)とウエハとの相対的な位置合
わせを高精度に行い、高集積度の半導体デバイスが容易
に得られ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例1の要部概略図
【図2】図1の一部分の光路を展開したときの説明図
【図3】図1の一部分の光路を展開したときの説明図
【図4】本発明に係る補正光学系の駆動機構の要部概略
【図5】本発明に係る補正光学系の駆動機構の要部概略
【図6】本発明に係る補正光学系の駆動機構の要部概略
【図7】本発明の投影露光装置の実施例2の要部概略図
【図8】本発明の投影露光装置の実施例3の要部概略図
【図9】本発明の投影露光装置の実施例4の要部概略図
【図10】本発明の投影露光装置の実施例5の要部概略
【図11】本発明の投影露光装置の実施例6の要部概略
【図12】投影光学系の瞳の球面収差の説明図
【図13】投影光学系のディフォーカス特性の説明図
【図14】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【図15】本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【符号の説明】
1 投影レンズ 2 ウエハ 3 レチクル 4,35 照明光学系 5 X−Yステージ 6 チルトステージ 7 θ−Zステージ 8 ウエハチャック 9 フィデューシャルマーク 10 絞り 11 バーミラー 12 レーザ干渉計 21 ミラー 22 対物レンズ 23 絞り 24 補正光学系 31 リレーレンズ 32 ビームスプリッタ 33 エレクター 34 CCDカメラ 36 ライトガイド 41 コンピュータ 100,200,300,400,500,600
駆動機構 101,201,301,601 平行平面板 102,119 ホルダ 103,110 モータ 104,114,117 止めねじ 105,120 フォトスイッチ 106,121 遮光板 107,112 ベース 111 モータを固定する板 113 ギアa 115 ギアb 116 軸 118 ベアリング 401,402,501,502 楔

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光用照明系からの露光光で照明した第
    1物体のパターンを第2物体上に投影する射出テレセン
    トリックな投影レンズ系と、該第2物体に設けたマーク
    を観察用照明系からの観察光で該投影レンズ系を介して
    照明すると共に、該投影レンズ系を介して該マークの所
    定面上における結像位置を観察することにより該第1物
    体と第2物体の相対的な位置関係を検出する観察手段と
    該投影レンズの該第2物体側におけるフォーカス誤差に
    起因する該観察手段による計測値の計測誤差を計測する
    手段を有した投影露光装置において該観察手段は該第2
    物体のマークの観察位置を任意に変えることのできる移
    動機構と、該計測誤差を最小にする為、該観察光の主光
    線の光路を調整する補正光学系とを有していることを特
    徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項2】 前記観察手段は前記観察用照明系からの
    観察光をアフォーカル光とするレンズ系を有し、前記補
    正光学系は光軸に対し垂直で互いに直交した軸を中心に
    傾き調整可能な透明な平行平面板を有し、該平行平面板
    は該アフォーカル光路中に設けられており、該平行平面
    板の傾きを調整して観察光の光路を光軸に対して平行に
    シフトしていることを特徴とする請求項1の投影露光装
    置。
  3. 【請求項3】 前記観察手段は前記観察用照明系からの
    観察光をアフォーカル光として射出させるレンズ系を有
    し、前記補正光学系は互いに対向した状態で光軸を回転
    中心とする傾き調整可能で双方の間隔を任意に変えるこ
    とのできる2つの透明な楔を有する楔部材を有し、該2
    つの楔は該アフォーカル光路中に設けられており、該2
    つの楔の傾き及び間隔を調整して観察光の光路を光軸に
    対して平行にシフトしていることを特徴とする請求項1
    の投影露光装置。
  4. 【請求項4】 前記補正光学系は角度の異なる複数の楔
    より成る楔部材を有し、該複数の楔のうちの1つの楔を
    選択して光路中に配置して前記観察光の光路を調整して
    いることを特徴とする請求項1の投影露光装置。
  5. 【請求項5】 前記移動機構による第2物体面上のマー
    クの観察位置の変更に伴って前記補正光学系は観察光の
    光路を調整していることを特徴とする請求項1,2,3
    又は4の投影露光装置。
  6. 【請求項6】 露光光で照明したレチクル面上のパター
    ンを射出テレセントリックな投影レンズ系によりウエハ
    面上に投影した後に、該ウエハを現像処理工程を介して
    半導体デバイスを製造する際、観察手段により該ウエハ
    面上のマークを観察用照明系からの観察光で該投影レン
    ズ系を介して照明し、該投影レンズ系を介して該マーク
    の所定面上における結像位置を観察して、該レチクルと
    ウエハの相対的な位置関係を検出すると共に、移動機構
    により該ウエハ面上のマークの観察位置を任意に変えた
    とき、補正光学系により該計測誤差を最小にする為、該
    観察光の主光線の光路を調整していることを特徴とする
    半導体デバイスの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記観察手段は前記観察用照明系からの
    観察光をアフォーカル光とするレンズ系を有し、前記補
    正光学系は光軸に対し垂直で互いに直交した軸を中心に
    傾き調整可能な透明な平行平面板を有し、該平行平面板
    は該アフォーカル光路中に設けられており、該平行平面
    板の傾きを調整して観察光の光路を光軸に対して平行に
    シフトしていることを特徴とする請求項6の半導体デバ
    イスの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記観察手段は前記観察用照明系からの
    観察光をアフォーカル光として射出させるレンズ系を有
    し、前記補正光学系は互いに対向した状態で光軸を回転
    中心とする傾き調整可能で双方の間隔を任意に変えるこ
    とのできる2つの透明な楔を有する楔部材を有し、該2
    つの楔は該アフォーカル光路中に設けられており、該2
    つの楔の傾き及び間隔を調整して観察光の光路を光軸に
    対して平行にシフトしていることを特徴とする請求項6
    の半導体デバイスの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記補正光学系は角度の異なる複数の楔
    より成る楔部材を有し、該複数の楔のうちの1つの楔を
    選択して光路中に配置して前記観察光の光路を調整して
    いることを特徴とする請求項6の半導体デバイスの製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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