JPS62140420A - 面位置検知装置 - Google Patents

面位置検知装置

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JPS62140420A
JPS62140420A JP60281126A JP28112685A JPS62140420A JP S62140420 A JPS62140420 A JP S62140420A JP 60281126 A JP60281126 A JP 60281126A JP 28112685 A JP28112685 A JP 28112685A JP S62140420 A JPS62140420 A JP S62140420A
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春名 川島
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赤松 孝弘
Hiroyoshi Kubo
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、物体表面の基準面からの隔りを検知する面位
置検知装置に関する。このような面位置検知装置は、例
えば半導体製造の分野において、半導体ウェハ表面にレ
チクルパターンを繰返し縮小投影露光するステッパと呼
ばれる露光装置の自動焦点制御装置用として上記ウェハ
表面とレチクルパターン結像面とのずれを検知するため
に好適に用いられる。
[従来の技術] 従来の縮少投影露光装置のウェハ面位置検出方法として
は、エアマイクロセンサを用いる方法と、ウェハ面に斜
め方向から光束を入射させ、その反射光の位置ずれ量を
検出する方法(光学方式)とが知られている。
しかしながら、エアマイクロにセンサよる方法では、 ■パターン焼き付は部が直接に測長できない、■応答性
が光学式に比べて遅い、 ■エアマイクロセンサのノズルとウェハ面の間隔を50
〜60μm程度に近接させなければ、高精度の検出がで
きない、 などという問題があった。
一方、光学方式の場合は、パターン焼き付は部が直接に
測長でき、応答性も早いが、ウェハ上に塗布されたレジ
ストの存在によってレジスト表面で反射した光とウェハ
表面で反射した光とが干渉を起し、検出誤差を生じるた
め高精度の位置検出が困難であるという問題があった。
[発明の目的] 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
光学方式の面位置検出装置において、波長の異なる複数
の光束を入射することにより、被検出面およびその近傍
(フォトレジストを塗布した半導体ウェハであればレジ
スト表面およびウェハ表面)で反射した検出光の干渉作
用を平均化させ、検出光の干渉作用による検出誤差を軽
減するとともに、所定の参照光を用いて位置検出用受光
素子の検出出力を補正するという構想に基づき、面位置
検知精度を向上させることにある。
[実施例の説明] 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る縮小投影露光装置用
自動焦点制御装置の構成を示す。同図において、1は縮
小投影レンズであり、その下方にウェハ2が位置してい
る。ウェハ2は上下方向に移動可能なステージ3に乗っ
ている。自動焦点制御装置の光学系は複数の光源4,5
を有している(第1図においては、簡単の為、複数光源
として2つの光源のみ描いである)。光源としては、波
長の異なるレーザあるいはLED等を用いる。この光源
4および5より出た光束(検出光)は、ビームスプリッ
タ(またはハーフミラ−でもよい)6により同一の光路
を形成し、レンズ7を経た俊、ミラー8で反射されウェ
ハ2上の反射点に結像する。
この時、検出光のウェハ面への入射角を80’以上、す
なわちウェハ面と入射光束とのなす角θを10°以下と
し、また、検出光をウェハに対してS偏光となる様にす
ると、レジスト表面からの反射光強度が支配的となりウ
ェハ基板よりの反射光の影響を小さくする事ができる。
ウェハ2で反射した光束はミラー9で反射され、レンズ
10および偏光板11(または偏光ビームスプリッタ〉
を通り、さらにビームスプリッタ(またはハーフミラ−
)22を通った後、ポジションセンサダイオード12に
入光、結像する。
偏光板11(または偏光ビームスプリッタ)は、ウェハ
で反射した光束中のS偏光成分のみをポジションセンサ
ダイオード12に到達させることにより、検出光中のウ
ェハ基板での反射成分をざらに少なくするためのもので
ある。
この自動焦点制御装置においては、ウェハ面上の光束の
反射点と受光素子上の入射点を結像関係に保つことによ
り、ウェハの上下方向の位置ずれを受光素子上の光束の
入光位置として検知し、投影レンズの焦点位置の自動制
御を行なうようにしている。
光学方式の焦点位置検知装置における位置ずれ検出誤差
の原因として、ウェハの傾き、およびウェハ上に塗布さ
れた光透過物体であるレジストの存在が考えられるが、
前者のウェハの傾きにより生じる検出誤差は、上述のよ
うに、ウェハ上の反射点と受光素子上の光束の入射点と
を結像関係に保つことにより原理的に除く、ことができ
る。
一方、後者のレジストの存在は、レジスト表面での反射
光とウェハ表面での反射光との間に干渉が生じることに
より、受光素子上に結像した光束の強度の重心のずれと
なって現われる。すなわち、レジストの厚み、あるいは
検出光として用いる光の波長によって検出される位置が
異なることを意味する。
従って、より高精度の位置検出を可能とするためには、
この検出光に対するレジストの干渉効果を除くことがぜ
ひとも必要となる。
次に、第2図および第3図を用いて検出光に対するレジ
ストの干渉効果による検出誤差の軽減について説明する
第2図は、レジスト14の塗布されたウェハ2上に、一
定のビーム径をもち、ビーム径内で一様の強度をもつ光
束13が結像した状態で入射し、レジスト14の表面お
よびウェハ2の表面で反射することにより、ビーム径内
で異なった強度の分布を示す光束15を形成する状態を
示した模式図である。
また、第3図は、このレジスト14およびウェハ2の表
面で反射し形成された光束15が光学系により受光素子
上に結像された状態での強度の分布を示すグラフである
第2図において、一定のビーム径をもちビーム径内で一
様の強度の分布を示す光束13がレジスト14の塗布さ
れたウェハ2上に斜め方向から入射する。この時、光束
13は、レジスト14の表面で反射する成分と、レジス
ト14を透過してウェハ2の表面とレジスト14の表面
との間で多重反射を繰り返した後、再びレジスト14外
に出て行く成分とに分けられる。この様にレジスト14
表面で反射された成分とウェハ2表面で反射された成分
とは合成され、第3図に示すようにビーム径内で異なっ
た強度分布を示す光束15が形成されることになる。こ
の光束15は、第1図のミラー9、レンズ10、偏光板
11およびビームスプリッタ22を通って受光素子12
上に結像される。
第3図において、グラフ■はある波長λ1を検出光とし
て用いた場合の受光素子上の光強度分布を示す。また、
グラフ■および■は各々異なった波長λ2.λ3を検出
光として用いた場合の受光素子上での光強度分布を示す
。ざらに、グラフ■は複数の波長λ1〜λnを検出光と
して用いた場合の受光素子上での光強度分布を示す。
検出光として、単色(または準単色)の光源を用いた場
合の受光素子上での検出光の強度分布は、グラフ■、■
、■に示される様に、レジスト14の表面で反射した成
分とウェハ2表面で反射した成分の干渉のために複雑な
強度分布を示す。また、この強度の分布状態は検出光の
波長およびレジスト14の厚みによって異なる。また、
受光素子によって検出光の強度分布の重心16.17.
18が位置信号として出力されるわけであるが、検出光
の波長またはレジスト14の厚みが変わると干渉状態が
変化し、重心16.17.18の位置も変化し、検出誤
差となって現われる。
ところで、これは本発明者等が種々検討の末、知見した
ことであるが、複数の単色(または準単色)の光源を検
出光として用いた場合の受光素子上での検出光の強度分
布は、グラフ■に示される様に、多波長の光源を用いる
ことによりレジストの存在に伴う干渉効果が平均化され
、検出光の強度分布の重心19もレジストの膜厚にかか
わらず安定した値を示す。それ故、このような多波長の
光源を用いて光学方式のウェハ表面位置を検出すればレ
ジストの存在に伴う位置の検出誤差を除くことが可能と
なる。
また、第1図に示した様に波長の異なる複数の光源を用
いるとともに、ウェハへの入射光がウェハとなす角θを
10”以下にすること、および検出光としてウェハに対
するS(2光を用いることにより、ウェハ表面での反射
光が減少し、本発明の効果を、さらに大ならしめること
ができる。
さらに、受光素子にポジションセンサディテク夕を用い
る場合の位置信号の検出誤差の要因として、ポジション
センサディテクタにおける基準点の時間変化(ドリフト
)がある。基準光源20は、このドリフ1−を検出する
ための参照光を発生するためのものである。
次に、第1図の装置におけるポジションセンサディテク
タ12のドリフト補正について説明する。
同図の装置において、光学系の光軸およびポジションセ
ンサディテクタ12の基準点は、基準光源20および複
数の光源4.5より得られるポジションセンサディテク
タ12の位置信号がゼロとなるように、本装置を組み立
て調整する際に調整しておくものとする。
実際にウェハ2を投影レンズ1の焦点面に位置合せする
場合は、ウェハ2に対する検出光を検出する前に、先ず
、基準光源20を発光させる。すると、基準光源20よ
り発せられた光束は、レンズ21を経てビームスプリッ
タ22により方向を変えられた後、ポジションセンサデ
ィテクタ12の基準点上に結像する。その位置信号を検
出することにより、ポジションセンサディテクタ12の
基準点を示す電気信号(以下、基準点信号という)の経
時変化Δを計測することができる。
次に、ウェハ2に対する検出光の位置信号Sを検出する
。この時、基準点信号の経時変化Δと位置信号Sを測定
する時間間隔は、ポジションセンサディテクタ12の基
準点信号の経時変化が生じない程の小なる時間内で行な
うものとする。この位置信号Sはポジションセンサディ
テクタ12の基準点信号の経時変化Δを含むものである
ので、上記基準光源20を発光させた時の位置信号Δを
引いてやることにより、高精度の位置検出が可能となる
すなわち(S−Δ)なる位置信号を用いて、焦点位置検
出装置の制御を行なってやれば、ポジションセンサディ
テクタ120基準点の経時変化による影響を含まない高
精度の位置合せが可能となる。
また、との時、検出側のレンズ系10の受光素子側主点
より、レンズ系10の焦点距離だけ受光素子側にずらし
た位置にストッパ23を設けることにより、パターンの
あるウェハ上のレジスト表面より反射される反射光の高
次の回折光成分をカットするものとする。このことによ
り、パターンのあるウェハに対して位置検出を行う際に
も、高次の回折光成分による検出光の光重心の変化をう
けないで済む。すなわち、パターンのあるウェハに対し
ても高精度の位置検出が可能となる。
なお、上記干渉効果の平均化は、上記複数波長の光を混
合してウェハ上に同時に照射し、その反射光を検出する
ことによっても達成されるが、これらの8光を、例えば
時分割で照射する等により、個々独立に検出し、得られ
た複数個の検出信号を演算処理することにより行なって
もよい。特に、後者の方式によると、調整誤差等による
8光ごとの照射光路のずれまでも含めて処理することが
できる。これは、例えば予めレジストを塗布しない基準
ウェハを用いて8光ごとに受光位置を測定し、実際のウ
ェハ表面位置測定に際しては演算処理によりこれらの受
光位置のずれ分を補正すればよい。
[発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、波長の異なる複数
個の光を用いるようにしているため、レジストを塗布し
たウェハ面の様に検出光束に対する反射面が複数面ある
場合の検出光の干渉による検出誤差が軽減し、かつこの
検出光の位置を検出するための受光素子のドリフトを、
参照光を用いて検出し補正するようにしたため、面位置
を正確にしかも再現性良くウェハ等の面位置を検出する
ことができる。
また、本発明の装置は、特に高精度の焦点検出の要求さ
れる縮小投影露光装置の縮小投影レンズの焦点合せに有
効である。この場合、高精度の焦点検出が出来ため、高
解像のパターンが形成可能になり、より集積度の高い回
路を作成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る自動焦点制御装置を
示す構成図、 第2図は、レジストを塗布したウェハ上に低角度で光束
を入射、結像させた場合のレジスト表面およびウェハ表
面での光束の反射状態を示す断面図、 第3図は、レジストを塗布したウェハ上で反射された光
束が受光素子上に入光し結像した状態での検出光の強度
の分布を示すグラフである。 1・・・縮小投影レンズ、2・・・ウェハ、3・・・ス
テージ、4,5.20・・・レーザ(またはLED)、
6・・・ビームスプリッタ(またはハーフミラ−)、7
、10.21・・・レンズ系、8.9・・・ミラー、1
1゜22・・・偏光板(または偏光ビームスプリッタ)
、12・・・ポジションセンサダイオード(または分割
センサーダイオードもしくはC0D)、13・・・光束
(入射光束)、14・・・レジスト、15・・・光束(
反射光束) 、16.17.18.19・・・強度分布
の重心、23・・・ストッパ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、波長の異なる複数個の発光手段を有しこれら各波長
    の光を被測定面に斜め方向から投光する手段と、 該被測定面からの反射光を受光してその受光位置に応じ
    たアナログ電気信号を出力する受光素子と、 該受光素子上の基準位置へ上記反射光とは別個に参照光
    を照射する光源と、 上記受光素子の上記反射光受光時の出力と上記参照光受
    光時の出力とに基づいて上記被測定面の基準面からのず
    れ量を検知する電気信号処理手段とを具備することを特
    徴とする面位置検知装置。 2、前記投光手段が、前記各発光手段の出射光に対し実
    質的に同一の光路を形成する第1の光学系を含む特許請
    求の範囲第1項記載の面位置検知装置。 3、前記被測定面への入射光をS偏光とし、かつ該入射
    光の該被測定面となす角を10°以下とした特許請求の
    範囲第1または2項記載の面位置検知装置。 4、前記投光手段が、前記各波長の光を同時に投光する
    特許請求の範囲第1、2または3項記載の面位置検知装
    置。 5、前記投光手段が、前記各波長の光を時分割で投光す
    る特許請求の範囲第1、2または3項記載の面位置検知
    装置。 6、前記被測定面と受光素子受光面とを実質的に共役に
    する第2の光学系を有する特許請求の範囲第1〜5項の
    いずれか1つに記載の面位置検知装置。 7、前記被測定面が、感剤を塗布した基板における感剤
    表面または基板表面である特許請求の範囲第1〜6項の
    いずれか1つに記載の面位置検知装置。
JP60281126A 1985-11-18 1985-12-16 面位置検知装置 Granted JPS62140420A (ja)

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US07/657,950 US5162642A (en) 1985-11-18 1991-02-21 Device for detecting the position of a surface

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06188172A (ja) * 1991-03-07 1994-07-08 Philips Gloeilampenfab:Nv 結像装置
JP2016015371A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 ウシオ電機株式会社 厚さ測定装置、厚さ測定方法及び露光装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5760205A (en) * 1980-09-30 1982-04-12 Jeol Ltd Exposure be electron beam
JPS57139607A (en) * 1981-02-23 1982-08-28 Hitachi Ltd Position measuring equipment

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