JPS6336526A - ウエハ露光装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体集積回路素子等の製造に用いられるウェ
ハ露光装置、特にウェハの露光領域の位置補正装置に関
するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、第２図および第
３図に示されるようなものがおった。第２図は従来のウ
ェハ露光装置のうち、−例として光による縮小投影露光
装置の概略構成を示したものでおり、第３図はこの縮小
投影露光装備に準備されている自動焦点合わｔ！装置を
示したものである。

第２図において、１は縮小投影露光装置の光源の水銀灯
でおり、この水銀灯１はその光を反射、集光する凹面鏡
２を有している。３は水銀灯１の光の方向を変えるため
の第１反Ｉ＝ｌ　ｉｆｆでおり、その反射光の光軸位置
には反射光を平行化するコリメ−タ４と光を均一化して
照度むらを小さくするためのインテグレータ５がｊ堪ブ
られている。このインテグレータ５の前方には第２反射
鏡６が設けられ、その反射光の前方光軸位置には集光用
のコンデンサレンズ７が設置されている。８は例えば現
寸パターンの５倍または１０倍の大きざのパターンをも
ったマスクであり、マスク８の前方には縮小投影レンズ
９が設けられている。この縮小投影レンズ９は、マスク
８のパターンを例えば１１５または１／１０に縮小して
、ウェハステージ１０の上に置かれたウェハ１１の上に
結像させるためのものでおる。

以上のように構成される縮小投影露光装置において、水
銀灯１の光は一点鎖線１２で示されるように凹面鏡２に
より反射、集光され、ざらに第１反射鏡３によりその方
向を変えられて、コリメータ４に入射する。コリメータ
４により平行化された光は、インテグレータ５に入射し
て均一化され、ウェハ１１上の照度むらが少ない一様な
光線となる。

インテグレータ５を出射した光は第２反射鏡６を経てコ
ンデンサレンズ７に入射する。コンデンサレンズ７によ
り集束された光はマスク８を照射した後、縮小投影レン
ズ９に入射する。縮小投影レンズ９の出射光は、マスク
８のパターンをウェハ１１表面上の１５ｍｍｘ　１５ｍ
ｍ程度の四辺形の露光領域に結像する。このような動作
をウェハステージ１０を移動させて繰り返すことにより
、順次別の露光領域を露光させてウェハ１１仝面を露光
させる。

以上のような縮小投影露光装置においては、ウェハ１１
表面での焦点深度が±２μｍ程度と非常に浅いので、ウ
ェハ１１表面を精度良く焦点面に合わせるために、第３
図に示されるような自動焦点合わせ装置が用いられる。

この自動焦点合わせ装置は、発光ダイオード２０、第１
凸レンズ２１、第１スリツト２２、第２凸レンズ２３、
第３凸レンズ２４、（騒動反射鏡２５、第２スリツト２
６およびホトダイオード２７により構成されている。

上記の如く構成される自動焦点合わせ装置において、発
光ダイオード２０からの出射光は一点鎖線２８で示され
る如く、第１凸レンズ２１により集束されて第１スリツ
ト２２を通過する。この第１スリツト２２の通過光は第
２凸レンズ２３により集束されて、ウェハ１１上の点２
９に第１スリツト２２の像を結ぶ。

ざらに、ウェハ１１上の点２９で反射された光は、第３
の凸レンズ２４を経て振動反射鏡２５に入射する。

この撮動反射鏡２５により微小角度の（騒動を与えられ
た光は、第２スリット２６位首において再び像を結んで
ホトダイオード２７に到達する。上記振動反射鏡２５は
振動によりその反則角度を微小変化させるもので、おる
反射角度とそのときのホトダイオード２７の感度との関
係によりウェハステージ１０の所定の位置が検出される
。すなわら、ホトダイオード２７の感度が最大となるよ
うな位置にウェハステージ１０を上下に移動させること
により、ウェハ１１を縮小投影レンズ９に対し所定の上
下位置に設定する。このような自動焦点合わせ装置によ
り、【ウェハ１１上の設定された点２９の縮小投影レン
ズ９の焦点に対する設定誤差稈±０．２５μｍ以内とす
ることかできる。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の縮小投影露光装置およびその
自動焦点装置においては、次のような問題点があった。

すなわち、自動焦点合わせ装置によりウェハ１１上の設
定された点２つの設定誤差は±０，２５μｍ以内とする
ことができるものの、実際の装置においては縮小投影レ
ンズ９の焦点面が完全な平面ではないことと、像が投影
されるウェハ１１表面の平坦性が完全ではあり得ないこ
とのために、焦点深度を超えた誤差が発生するおそれが
おった。

第４図に示されるように、焦点面の中央断面は曲線３１
で表わされる如く湾曲しているので、・ウェハ１１表面
の１５ｍｍｘ　１５ｍｍ程度の広さの露光領域内におい
ては、焦点面の中心とその外縁部の焦点の上下方向距離
の差ａは通常２〜３μｍ程度となる。

このため、露光領域内全面での露光領域と焦点との差が
最小となるように、露光領域の位置は自動焦点合わせ装
置により破線の直線３２で示される如く、焦点の距離の
差ａのほぼ中央付近に設定される。ところが実際のウェ
ハ１１表面には凹凸かおるので、ウェハ１１表面の露光
領域の中央断面は曲線３３で示されるとすると、露光領
域の中心点３４が前記直線３２の位置に設定されている
に過ぎないことになる。ウェハ１１表面には、通常上（
２〜３）μｍ程度の凹凸が存在するので、図のような場
合においては焦点面と露光領域との最大のずれｂは、縮
小投影露光装置の焦点深度的±２μｍを超えてしまうお
それが多分にある。

本発明は、前記従来技術がもっていた問題点として、ウ
ェハ１１表面の露光領域において焦点面と露光領域とを
正確に一致させることが極めて難しい上に、焦点深度以
上のずれを発生する可能性が多分におるので、縮小投影
レンズ９の解像能力を十分発揮できず、したがって正確
な露光か行なわれないおそれがおる点について解決した
ウェハ露光装置を提供するものでおる。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、ウェハ露光装置
に、ウェハ表面における露光領域の複数点に光線を照射
し、その光線の反射光に基づき前記複数点の上下位置に
関する信号を得てその信号を出力する露光領域測定部と
、電圧印加により変形する圧電物質を有しこの圧電物質
の変形準に応じ上下動して前記露光領域を変形させる複
数の圧電駆動ピンを空隙部に収容したウェハチャックと
、前記露光領域測定部の出力信号を入力し前記露光領域
の所定位置に対する修正量を求めてそれを出力する演算
回路と、前記演算回路の出力修正量を入力しこの修正量
に基づき前記圧電駆動ピンに電圧を印加して駆動させる
駆動回路とを設けたものである。

（作　用） 本発明によれば、以上のようにウェハ露光装置を構成し
たので、露光領域測定部はウェハ表面の露光領域の複数
点の上下位置の測定を正確に行う動きをし、演算回路は
前記測定値に基づき露光領域の所定位置に対する修正量
を求める動きをし、駆動回路は前記修正量に基づき圧電
駆動ピンを駆動させる動きをし、ざらにウェハチャック
は圧電駆動ピンを収容した真空の空隙部の負圧によりウ
ェハを吸着して固定すると同時に、圧電駆動ピンの上下
動により露光領域を変形させて所定位置に合致させる働
きをする。上記の働きにより露光領域は所定の位置、例
えば縮小投影レンズの焦点面に正確に一致させることが
できるので、ウェハ表面に対する正確な露光を行うこと
ができる。したがって、前記問題点を除去できるのであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示すウェハ露光装置の要部構
成図でおり、主にウェハ露光領域の位置補正用の装置に
ついて示したものである。

図において、４０は固定の縮小投影レンズでおり、この
縮小投影レンズ４０はマスクのパターンを可動のウェハ
チャック４１の上に置かれた「ウェハ４２の表面に投影
、露光するものでおる。前記ウェハチャック４１はその
上面に置かれたウェハ４２との間隙に空隙部４３−１を
有し、この空隙部４３−１は、内部の空気が真空ライン
４３−２によって吸引されることにより、真空に近い状
態となり、ウェハ４２を吸着してウェハチャック４１上
に固定している。前記空隙部４３−１には複数の圧電駆
動ピン４４がウェハチャック４１に固定して設けられて
いる。この圧電駆動ピン４４は、例えば水晶等の圧電現
象を利用して成るもので、印加された電圧に対応した°
水晶等の変形により圧電駆動ピン４４が上下方向に変位
するものでおる。圧電駆動ピン４４のそれぞれは、その
駆動回路４５に電気的に接続されている。

４６は発光ダイオード等の発光素子でおり、この発光素
子４６を光源としてその光軸上に第１凸レンズ４７、複
数の切込みが設けられた第１スリツト４８および第２凸
レンズ４９が順次設けられている。前記第１スリツト４
８の複数の切込みは、それぞれの像を縮小投影レンズ４
０に対応したウェハ４２上の露光領域５０に結ぶように
設定されている。また、この露光領１．＋！５０の前記
結像箇所のそれぞれは、前記圧電駆動ピン４４のそれぞ
れと一対一の対応を成すように設定されている。前記結
像箇所にお（プるそれぞれの反射光の進む前方には第３
凸レンズ５１および反射鏡５２が設けられ、この反射鏡
５２は、それぞれの反射光が第２スリツト５３の直俊に
設置されたホトダイオード等の受光素子から成る複数の
ゼンサ５４の受光面に結像するように、設定されている
。すなわち、センサ５４は前記第１スリツト４８の切込
みの位置および個数に対応して設けられている。上記の
発光素子４６からセンサ５４までの構成からなる光学系
は、露光領域測定部５５を形成している。

前記センサ５４のそれぞれは、その出力に応じてそれぞ
れのセンサ５４に対応した前記圧電駆動ピン４４の上下
動の変位量を決定する演算回路５６に接続されている。

この演算回路５６は例えばマイクロコンピュータ等によ
り構成され、その出力は前記駆動回路４５に接続されて
おり、圧電駆動ピン４４の駆動回路４５を制御する。

以上のように、圧電駆動ピン４４を有するウェハチャッ
ク４１、駆動回路４５、露光領域測定部５５および演算
回路５６により構成される自動露光領域補正装置の動作
について、次に説明する。先ず、圧電駆動ピン４４に電
圧を印加しない状態において、ウェハチャック４１を水
平方向に移動して、その上に固定されたウェハ４２の露
光順Ｖｉ５０を縮小投影レンズ４０に対応した所定の位
置に設定する。このとき、露光順Ｖｊ、５０の位置情報
は、位置設定と同時に演算回路５６に与えられる。また
、露光領域５０の中心の上下位置は、例えば予め演算回
路５６に入力されている縮小投影レンズ４０の焦点に一
致した位置に設定されているものとする。この状態にお
いて、露光領域測定部５５により露光領域５０の複数点
の上下位置の測定を行う。この測定は、発光素子４６の
出射光５７か第１凸レンズ４７を経て第１スリツト４８
の複数の切込みを通過したそれぞれの光によって行われ
る。それぞれの光は第２凸レンズ４９を経て、露光領域
５０の圧電駆動ピン４４にそれぞれ対応した位置に入射
し、その反射光は第３凸レンズ５１、反射鏡５２および
第２スリツト５３を経た後、それぞれ対応するセンサ５
４に入射する。このセンサ５４による信号が演算回路５
６に入力されると、演算回路５６は露光領域５０の各入
射点と縮小投影レンズ４０の焦点面とのずれを計算し、
その修正量を駆動回路４５に出力する。駆動回路４５は
修正量に応じた電圧を露光領域５０の各点に対応した圧
電駆動ピン４４に印加して、圧電駆動ピン４４を修正量
に応じて上下に変位ざＵる。これにより露光領域５０は
変形して縮小投影レンズ４０の焦点面に一致する。

以上のような動作をウェハチャック４１を移動させて各
露光領域に対し順次繰り返すことにより、ウェハ４２の
全表面に所定の露光を実施することができる。

本実施例においては、ウェハ４２の各露光領域毎にそれ
ぞれの全面を縮小投影レンズ４０の焦点面に合わせて露
光させることかできるので、縮小投影レンズ４０の解像
度は常に最良の状態にあり、正確な露光を行うことがで
きるという利点がおる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず種々の変形が
可能であり、例えば次に挙げるような変形例が考えられ
る。

（１）本実施例においては、光による縮小投影露光装置
について示したか、これに限定されない。例えば、光を
用いた他の露光装置である等倍投影露光装置やＸ線およ
びイオン線等を用いた露光装置等に対しても使用するこ
とか可能である。

（２）自動露光領域補正装置の構成は本実施例のものに
限定されない。すなわち、圧電駆動ピン４４およびセン
サ５４等の設置個数はいくつでもよい。また、圧電駆動
ピン４４に対しては水晶のみならずロッシェル塩やチタ
ン酸バリウム結晶および圧電セラミック等の圧電効果を
有する他の物質を使用することができる。発光素子４６
はレーザダイオードとしてもよく、ざらに半導体素子に
限定されず光源ランプとしてもよい。センサ５４の受光
素子についても同様にホトトランジスタや光電管等とし
てもよい。

（３）本実施例においては、露光領域５０の入射光の位
置と圧電駆動ピン４４の位置およびそれぞれの個数は対
応するものとしたが、対応しなくてもよい。

ただしこの場合は、演算回路５６による推定計算等によ
り、圧電駆動ピン４４の位置にあける露光領域５０の修
正量を求める必要かある。

（４）本実施例においては、縮小投影レンズ４０の焦点
面およびウェハ４２表面の凹凸に対する修正を行うこと
としたがこれに限定されず、いずれか一方の修正のみに
使用してもよいし、他の要因に対する修正に使用するこ
ともできる。

（５）本実施例の自動露光領域補正装置は、ウェハ露光
装置以外の装置、例えばホトリピータ等のマスク製造装
置等にも適用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、露光領域
測定部、演算回路、駆動回路および圧電駆動ピンを有す
るウェハチャックを設けたので、ウェハ表面の露光領域
を、例えば所定の焦点面に部分的に或は近似的に一致さ
せるのではなく、面全体として一致させることができる
。したがって極めて正確な露光をウェハ表面に行うこと
ができるので、半導体集積回路素子等の製造工程におけ
る歩留りの向上のみならず、その信頼性を飛躍的に向上
させるという効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すウェハ露光装置の主に自
動露光領域補正装置部分を表わす要部構成図、第２図は
従来のウェハ露光装置の概略Ｉ成因、第３図は従来のウ
ェハ露光装置の主に自動焦点合わせ装置の部分を示す要
部構成図、第４図は焦点面と露光領域の断面曲線図でお
る。 ４０・・・・・・縮小投影レンズ、４１・・・・・・ウ
ェハチャック、４２・・・・・・ウェハ、４３−１・・
・・・・空隙部、４３−２・・・・・・真空ライン、４
４・・・・・・圧電駆動ピン、４５・・・・・・駆動回
路、４６・・・・・・発光素子、４８・・・・・・第１
スリツ１〜．５０・・・・・・露光領域、５４・・・・
・・センサ、５５・・・・・・露光領域測定部、５６・
・・・・・演鋒回路。 出願人代理人　　柿　　水　　恭　　成７門 １，１ｊ 従来のウェハ露ｆＬ妓買イ現略構成図 第２図 従来のウェハ露光装置要部構成図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ウェハ表面における露光領域の複数点に光線を照射し、
   その光線の反射光に基づき前記複数点の上下位置に関す
   る信号を得てその信号を出力する露光領域測定部と、 電圧印加により変形する圧電物質を有しこの圧電物質の
   変形量に応じ上下動して前記露光領域を変形させる複数
   の圧電駆動ピンを空隙部に収容したウェハチャックと、 前記露光領域測定部の出力信号を入力し前記露光領域の
   所定位置に対する修正量を求めてそれを出力する演算回
   路と、 前記演算回路の出力修正量を入力しこの修正量に基づき
   前記圧電駆動ピンに電圧を印加して駆動させる駆動回路
   とを備えたことを特徴とするウエハ露光装置。