JPS6122626A - 投影露光装置 - 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】 本発明は投影露光装置に関し、特に原板を感光体上に投
影露光する際に、原板と感光体を正規の光学的関係に導
くための検知゛装置に関する。

半導体製造分野では原板であるフォトマスクあるいはレ
チクル（以下、これらをを総称してマスクと呼ぶ）の集
積、超集積回路パターンをウェハ上に転写工程は何回も
繰返して実行される点で大切である。この転写工程に使
用される半導体焼付装置の型式は密着あるいは極近接露
光方式と投影露光方式に大別されるが、後者は更にレン
ズある−いは反射結像系を使用した等倍投影とレンズを
使用した縮小投影がある。

マスクのパターン像でウェハを露光するに先立って、マ
スクとウェハの位置関係を正確に設定することは重要な
手続きで、マスクとウェハの位置関係としては焦点合わ
せによって達成される光学的共役関係と、整合関係があ
る。その際、位置関係を検知するためにウェハのフォト
レジスト層を感光させることのない波長で行うのが望ま
しいが、投影レンズが縮小系であると異なった２波長に
対して焦点位置が一致したレンズを設計することが困難
なケースかあり、その場合は露光波長の光を使用して検
知を行わざるを得ない。

一方、投影光学系に対する対象物体（ウェハ）への焦点
合わせのための物体位置検知の手法は既に数多く提案さ
れている。例えば、投影光学系とは光学的に一切関係な
く焦点検知装置を外側に設け、この装置で検知した後、
その情報に因り投影位置でウェハが焦点面に正確に設定
されるオフ・アクシス型、あるいは投影光学系の全体も
しくはその要部を通る光路を使用して焦点検知するもの
、これはＴ　Ｔ、Ｌ　（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅ
ｎｓ）　ＩＪと呼びうる、が知られている。

しかしながらオフ・アクシス型は投影位置で検知が行わ
れるわけではないからより良い結像関係を作り出すこと
が難しく、また露光処理を迅速に行えない欠点がある。

またＴＴＬ型であっても、投影光路中に光分割プリズム
を配置して投影光路がら検知用光路を分岐する構成の場
合、プリズムによるシェーデング現象あるいはプリズム
の硝材の不均一性による解像性能への悪影響など問題が
ある。

（本発明の目的） 本発明の目的はＴＴＬ型で且つ露光波長と異なった波長
で検知を行うことのできる装置を提供することである。

（実施例） 次に半導体投影露光装置の焦点検知に適用した一実施例
を第１図以下を用いて説明する。

第１図で、１は縮小投影レンズで、説明の都合上極めて
型式的に描いているが、実際には単一あるいは接合レン
ズの集合から成り多数の屈折面を具える。２はマスクで
、マスクの上方には不図示の照明系が設けられているも
のとする。３は半導体ウェハである。投影レンズ１はマ
スク２のパターン面とウェハ３の感光面を露光波長に対
して共役に関係付けている。

４は焦点検知用の光源で、露光波長とは異なった波長を
持つものとし、５はコンデンサーレンズである。６は焦
点検知用の開口で、例えば第３図の弧６′の形状をなす
。尚、実施例では光量変化を利用して検知しているので
、変化を敏感にするため開口中を複数の線条スリットに
分割するのが良い。

７と８は夫々投影レンズｌの屈折面で、屈折面の前後の
屈折率は同一の場−合も異なっている場合もある。屈折
面７と８にはグイクロイック膜形式、即ち、露光波長光
には１００％近い透過率を持ち、焦点検知用波長光には
その面で反射する回数と透過する回数の比率に応じて残
留する光量が最も多くなる様に決めた反射率を示す干渉
薄膜を蒸着している。そして本例ではウェハ３側にわん
曲し光軸上に曲率中心を持つ面７と８に関して、検知用
波長光が面８をウェハ側から透過し、面７で反射し、面
８で内面反射した後、再度面７で反射する型式の１点す
とＣを物像点とする等倍反射系を構成する。但しａ点を
、投影レンズ１で投影されたマスク２の検知用波長光に
よる像の結像される位置とすると、マスク２の露光波長
光による像がウェハ表面３′に結像される時、ａ点はウ
ェハ表面３′から下方向に高さｈの位置にあり、ｂ点と
０点は逆側に高さｈを取った位置にある。

次にマスク２の開口２０は焦点検知用の開０６を検定す
るための機能を持ち、例えば第３図の弧２０′の形状を
なす。９は光電変換素子で開口２０を通過した光を受光
する。光電変換素子９の出力は不図示の電気処理回路で
信号処理され、それに従ってウェハ３は光軸方向に移動
し、開口２０を通過する光量が最大になったところでウ
ェハ３を固定する。但し、本例ではマスク２及び投影レ
ンズｌは光軸方向に関して固定としているが、ウェハの
替りにマ、スク３を光軸方向に移動しても良いし、投影
レンズ１を移動しても良く、更にはこれらの組合せ、も
しくは一定基準量より大きい場合はウェハを移動し、小
さい値ではマスクを移動すると云ったバリエーションが
可能である・。

以上の構成で、光源４からの光がコンデンサーレンズ５
で収斂されて焦点検知用開口６を照明すると、焦点検知
用開口６を発した光束は光路１０と１１をたどり、レン
ズ面７と８を屈折透過し、ウェハ側光路１２に達する。

ここでは屈折だけできているので、当然ウェハ表面３′
には結像せず、ａ点に結像する様な光束形態となる。そ
の際、ウェハ表面３′は鏡面とみなし得るから、この光
束はｂ点に結像し、次いでレンズ面８へ入射して界面７
で反射して光路１３に向う。尚、面７へ入射した時、こ
の面の干渉薄膜の反射畠轟以外の分は矢印の様に透過す
るが、本願の主旨に関係しないから以降の説明ではいち
いち触れるのを省く。また面８も同様である。

界面７で反射した光は順次、面８と面７で反射して光路
１３，１４．１５をたどり、投影レンズ１を射出して０
点に結像し、ウェハ３まで進んでそこで反射する。第４
図はウェハ上の様子を描いており、斜線を引いた区域は
焦点検知用開口のポケだ像を示し、その間の正方形は実
素子パターンが投影される領域で示している。

ウェハ表面３′で反射した光束はあたかもｄ点を発した
が如き状態で、光路１５を逆行し、界面７を屈折透過し
て光路１６をたどり、光路１７を経てマスク２の検定用
開口２０上に鮮明な像を結ぶので、光電変換素子９は最
高出力を出力する。

一方、もしウェハ３の位置が正規の位置から外れていた
場合（第２図）、例えばＳだけ上方にずれていたとする
と、光路はａ′点まで同等であるが、ウェハ表面の偏倚
によりｂ′点はｂ点より２Ｓだけ変位し、その結果０２
点はウェハ表面より下方に移動する。また６１点はｄ点
に対し約４８だけずれた位置になる。

従ってｄ′点を発した光束は投影レンズ１を下方から透
過した後、収斂傾向を持って射出するが、マスク２の下
面には結像しないため、検定用開口２０上には焦点検出
用開口のポケた像が形成され、光電変換素子９の受光量
は低下する。従って光電変換素子９の出力信号を処理す
る電子回路はウェハ３を移動する信号を出力し、ウェハ
３を下降させて光電変換素子９の出力が最大になった位
置で停止させる。但し、以上の説明ではウェハを上昇さ
せるべきか下降させるべきかは定まらないため、検知工
程が終った後、常に一定量上昇又は下降させて、出力が
増加するか減少するかを検知し、出力が増加すれば同方
向に、減少すれば逆方る。なお、この過程についても種
々変形が可能で、ウェハ３を上昇させながら初期設定位
置に設定する直前に光量を測定し、光量の変化の方向か
らずれ方向を知ることもできる。

尚、上記実施例では１組の検知系でありながら投影領域
を挟み込んだ両側の値を平均したものを合焦値として検
出しているので、ウェハ表面に傾きがある場合などずれ
量が振りわけられて都合が良い。また第３図の様に正方
形の実素子パターンを焼付けるには、レンズの有効像域
３０の内、斜線を施した領域があれば十分なので、残り
の領域を検知のために利用することができ、検知のため
に中継する系が反射系であれば、物像は同一像高につい
て成立すると考えられるから、上述した様に円弧状の部
分は同じ合焦状態が得られ、ウェハの広い面から合焦信
号が得られる。

以上の例で、面７と８は投影レンズｌの最終レンズの２
面もしくは最終レンズの接合レンズ面と最終レンズ面と
して示したが、２面が内側の屈折面であっても良いし、
２面が別々のレンズに設けられていても良い。

第５図は１面を反射に利用した例を示し、投影レンズｌ
はウェハに対してテレセンドリンク、即ち主光線がウェ
ハ面に垂直に入射する型式で、更に好ましくはマスクに
対してもテレセントリックである。レンズ３２の平面は
レンズの瞳の位置、即ち主光線が光軸と交差する位置に
あり、またグイクロイック型の干渉薄膜が蒸着されてい
る。従ってレンズ３２の平面と投影レンズ１の最終レン
ズ面までに反射系が構成されるので、前述と同様の手法
で焦点検知を行うことができる。

尚、上述の実施例では焦点検知にボケ検知方法のる。ま
た本発ＩＮＫ半導体製造用のマスク・アライナ−以外に
も使用できる。

（発明の効果） 以上述べた本発明によれば投影光学系自体の解像性能を
害することがなく、また投影光学系を通しているため環
境温度の変化等による結像位置の移動を組込んだ補正が
行われる効果がある。また原板、投影光学系、感光体を
含めて検知を行えるため、誤差が入るのを防止できるし
、あるいは投影位置の焼付状態で直接検知がなされるか
ら、ウェハの平面度が悪くて検知位置と焼付位置との高
さの差が投影光学系の被写界深度より大きくなると云っ
た不都合が防止できる。更に広い面から情報光を取るこ
とができるから、ウェハ表面のランダムな凹凸での光の
乱反射に起因する誤検知を防止できる。

他に露光波長と検知波長を変えることができるからウェ
ハのフォトレジスト面を害することがなく、露光波長を
吸収又は反射防止する層をウェハ上に設けたとしても検
知に十分な反射光を得ることができる６また投影光路中
に検知のための光学エレメントを挿脱させるごともない
から高スループツトを維持できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は本発明の一実施例を示す光学断面図で
ある。第３図と第４図はそれぞれ実施例を構成する部材
の平面図である。＠指図は別実前例の光学断面図である
。 図中、■は縮小投影レンズ、２はマスク、３はウェハ、
４は焦点検知用光源、６は焦点検知用開口、７と８は焦
点検知用波長光を反射する屈折面、２０は検定用開口で
ある。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の波長の光に対して規定の結像を成すべく構
   成された投影光学系で原板のパターンを感光体上に転写
   する装置において、前記波長と異なる波長の光を使用し
   て前記原板と感光体との位置関係を検知する検知手段を
   設け、位置関係を検知するための光路は投影光学系内の
   光屈折面の内、少なくとも１面を反射面として使用する
   ことを特徴とする投影露光装置。
2. （２）前記反射面は曲率中心の投影光学系の光軸上に在
   るか、光軸に垂直な面である特許請求の範囲第１項記載
   の投影露光装置。
3. （３）前記反射面は前記所定の波長に対しては反射防止
   作用を持ち、位置関係検知のための波長に対しては反射
   回数に応じた反射率を持たせた干渉薄膜が施されている
   特許請求の範囲第１項記載の投影露光装置。
4. （４）前記位置関係は、投影光学系に関する原板と感光
   体の光学的共役関係である特許請求の範囲第１項記載の
   投影露光装置。
5. （５）前記反射面は感光体へ凹面を向けた２面で、これ
   らは等倍反射系を構成する特許請求の範囲第１項記載の
   投影露光装置。
6. （６）前記投影光学系は、光学系内に瞳を持つと共に感
   光体側にテレセントリックであり、前記反射面は瞳位置
   もしくはその近傍に配される特許請求の範囲第１項記載
   の投影露光装置。