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発明の名称 焦点位置検出方法及び焦点位置合わせ方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−151278
公開日 平成6年(1994)5月31日
出願番号 特願平4−294794
出願日 平成4年(1992)11月4日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 相場 良彦 / 稲垣 晃
要約 目的


構成
投影露光装置のレチクル上の検出マークに露光光を照射し、投影レンズを介してレチクル上の検出マーク投影像の焦点位置を縮小レンズにマウントした検出ユニットで検出する。
特許請求の範囲
【請求項1】投影露光装置のレチクル上の検出マークに露光光を照射し、投影レンズを介してレチクル上の検出マーク投影像の焦点位置を検出ユニットで検出する方式において、上記検出ユニットをウェハステージ以外の場所にマウントし、ウェハステージ移動部の位置に関係なく、レチクル上の検出マークの投影像の焦点位置を求め、露光中の焦点位置変動を検出することを特徴とする焦点位置検出方法。
【請求項2】請求項1において検出ユニットを投影レンズにマウントすることを特徴とする焦点位置検出方法。
【請求項3】ウェハ露光中に、請求項1又は請求項2の方法を用い求めた焦点位置変動に伴い、この焦点位置変動量分だけウェハの高さを変え、露光中での焦点位置を合わせることを特徴とする焦点位置合わせ方法。
【請求項4】ウェハ内の1チップ露光中に、請求項1又は請求項2の方法を用い焦点位置変動量を求め、次のチップを露光するために行う移動の際、この焦点位置変動量分だけウェハの高さを変え、焦点位置を合わせることを特徴とする焦点位置合わせ方法。
【請求項5】請求項3又は請求項4に、縮小レンズの位置測定系を付加し、縮小レンズの焦点方向の位置の変動による焦点位置の変動を検出し、この焦点位置変動量と検出ユニットでえられた焦点位置変動量の両者を用い、ウェハの高さを変えることを特徴とする焦点位置合わせ方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、投影露光装置における焦点位置検出と焦点合わせ方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】投影露光装置の焦点位置の制御は、合焦点位置を予め求め、求められた合焦点位置になるようエアマイクロメータを用いたギャップ検出等を用い、ウェハの高さ方向の位置を合わせていた。この合焦点位置を求める方式として特開昭58−7136に示すようなシステムが用いられていた。このシステムは、図11に示すように、投影露光装置のレチクル2上に検出マーク11を設け、ウェハステージ5上に検出ユニット8を設けている。その検出ユニット8は、受光板13と光量検出器14より構成されている。受光板13には、レチクル2に設けた検出マーク11と同形状の検出マークを設けておく。この受光板13の検出マークの下には光量検出器14を設けておく。
【0003】このような構成において、図11に示すように検出ユニット8を投影レンズ3の下(レチクル2上の検出マーク11が受光板13の検出マーク上に投影される位置)に移動させ、レチクル2上の検出マーク11に露光光を照射して投影レンズ3を介して検出ユニット8上に投影させ、ウェハステージ5を受光板13表面の高さ方向の位置を計測しながら微動させ、光量検出器14で光量を検出し、メイン制御系7に取り込む。その結果は、図5に示すように受光板Z軸方向位置に対して山型の光量変化となる。この光量が最大のときの位置が、受光板13表面の合焦点位置である。ウェハ露光時にはウェハが前記合焦点位置になるよう制御する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】投影露光装置において、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。また、投影レンズ周辺での温度、湿度、気圧などの環境の変化においても投影レンズの焦点位置は変動する。従来技術では、検出ユニットがウェハステージ上に設けられていたため、露光時の焦点位置の変動を検出することはできなかった。また、1チップ毎または数チップ毎の露光後の焦点位置検出を行うためには、ウェハステージを検出ユニットが投影レンズの下にくるよう移動しなければならず、スループットの低下は免れなかった。
【0005】本発明の目的は、露光中の焦点位置変動の検出を可能とし、この焦点位置変動のデータを用いて、従来技術等を用い予め求められている焦点位置を補正することにより高精度な焦点位置合わせを行う方法及びその装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、検出ユニットをウェハステージ以外の場所例えば投影レンズにマウントし、レチクル上の検出用パターンを露光光で照明し投影レンズを介して検出ユニット上に投影された検出パターンより焦点位置の変動を検出する。従来技術等で求めた焦点位置データをこの焦点位置の変動のデータで補正することにより、露光中での焦点位置合わせを可能とした。
【0007】
【作用】検出ユニットをウェハステージ以外の場所例えば投影レンズにマウントし、レチクル上の検出用パターンを露光光で照明し投影レンズを介して検出ユニット上に投影された検出パターンより焦点位置の変動を検出することにより、露光中での焦点位置変動を検出し、この焦点位置変動データにより焦点位置を補正することにより、高精度な焦点位置合わせが可能となった。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を用いて説明する。
【0009】実施例1図1は、本発明を縮小投影露光装置に適用した一実施例である。
【0010】縮小投影露光装置は、露光光源1、レチクル2、レチクル2上のパターンを縮小転写するための縮小レンズ3、ウェハ4を吸着し移動するためのウェハステージ5、ウェハ4のZ方向の位置を検出する測定機6、装置全体の制御を行うメイン制御系7から主に構成されている。
【0011】ここで、露光中の焦点位置変動を測定するためには、ウェハステージ5のウェハ4を吸着し移動する部分9の位置に関係なく焦点位置を検出するために、縮小レンズ3に焦点位置を検出する検出ユニット8をマウントする。レチクル2上には回路パターン部10以外の場所に焦点位置を検出するためのレチクル上検出マーク11を設け、露光中、すなわち露光光源1から露光光をレチクル2上の回路パターン10を照射しているとき、同時にレチクル2上のレチクル検出マーク11に露光光を照射し、レチクル上検出マーク11を縮小レンズ3を介して検出ユニット8で検出することにより焦点位置変動を検出する。図2に検出ユニット8を示す。検出ユニット8は、光路を曲げるミラー12、X(またはYまたはXY)とZ方向に駆動する。受光板13、光量検出器14から構成されている。受光板13と光量検出器14は1体型としておく。受光板13には受光板上検出マーク15の様な矩形マークを設けておく。また、図3にレチクル上検出マーク11を示す。この様に受光板上検出マーク15とレチクル上検出マーク11を同様な形にし、レチクル上検出マーク11に露光光を照射し、受光板13に投影させる。ここで、レチクル上検出マーク11と受光板上検出マーク15を図6及び図7に示す様な矩形マーク群にし、情報量を増やし精度向上させてもよい。そこで、受光板13をX(またはY)方向に移動しながら、受光板上検出マーク15を介して光量検出器14に得られる受光板X軸方向位置に対する光量検出値は図4に示す様な変化をする。ここで、この図4で示す変化のピークのときの受光板X軸方向位置が、レチクル上検出マーク11の投影像の中心と受光板上検出マーク15の中心が一致した位置となる。受光板13をこのレチクル上検出マーク11の投影像の中心と受光板上検出マーク15の中心が一致した位置に移動し、受光板13をZ軸方向に移動しながら光量検出器14で得られる受光板Z軸方向位置に対する光量検出値は、図5に示す様な変化をする。この図5で示す変化のピークのときの受光板Z軸方向位置が、レチクル上検出マーク11を露光光を用いて受光板上に投影した時の焦点位置となる。このレチクル上検出マーク11を露光光を用いて受光板上に投影した時の焦点位置を繰り返し検出することにより露光中の焦点位置変動の検出を行う。
【0012】ここで、検出ユニットのZ軸方向距離とウェハステージのZ軸(高さ)方向の距離の関係を予め求めておく。前記従来方式を用いて合焦点位置合せを行ったウェハに対して上記検出ユニットを用い検出した露光中の焦点位置変動量分に相当するウェハの高さを変更することにより、露光中に露光光TTLで実際にレチクルパターンを投影した時の焦点位置合せを行う。ここで、1チップ露光中の焦点変動量が少ない場合、焦点位置を合わせは露光中に行わず、次のチップ露光するための移動の際に、上記検出ユニットを用い検出した焦点変動量分に相当するウェハの高さを変更することにより焦点位置合わせを行ってもよい。
【0013】実施例2実施例において、受光板13を図8に示す様に光軸に対して垂直な位置から少し傾けておき、受光板上検出マーク15を複数個15−1〜5の様に配置することにより、各受光板検出マーク15間のZ軸方向位置を変え設置する。これは受光板13を階段状に製作しても同じである。レチクル2上にも受光板上検出マーク15−1〜5に対応する複数個のレチクル上検出マーク11をZ軸方向の位置を変えずに設ける。ここで、各受光板検出マーク15−1〜5に対応し、光量検出器14−1〜5を設ける。光量検出器14は、1次元光量検出器を用いてもよい。図8に示す様、受光板検出マーク15−1用光量検出器14−1と受光板検出マーク15−2用光量検出器14−2では、受光板を△Z移動した時と同様な結果を得られる。ここで、受光板検出マークZ軸方向位置とそれに対応する光量検出器14の出力である光量検出値14の間では図9に示す様な関係が得られ、この変化のピーク位置を求めることによりレチクル上検出マーク11の投影像の受光板13上での焦点位置を受光板13をZ軸方向に移動することなく検出を行うことができ、受光板13移動による振動及び移動量検出精度等の誤差要因を除去できる。
【0014】実施例3実施例1及び2で用いる検出ユニット8は縮小レンズ3にマウントされているため、図10に示す様に縮小レンズ3が動いてしまった時の焦点位置ずれは検出できない。そこで、縮小レンズ3に縮小レンズの傾きや高さ方向の移動量を計測する縮小レンズ位置測定系15を設け、縮小レンズの移動による焦点位置ずれを検出し、この焦点位置ずれをかみして変動を補正することにより、さらに高精度に焦点位置を検出する。
【0015】
【発明の効果】従来方式では露光中の焦点変動を求めることはできなかった。本発明によれば、検出ユニットをウェハステージ以外、例えば投影レンズにマウントすることより、ウェハステージ移動部の位置にかかわらず要するに露光中においても焦点位置変動が検出可能となる。また、この焦点位置変動に伴い、ウェハのZ軸方向を移動することにより、常に焦点が合った位置での露光を可能とした。これにより、投影露光装置の露光光により投影レンズが温まり生じる焦点位置変動及び投影レンズ周辺での温度、湿度、気圧などの環境の変化による焦点位置変動を補正し、高精度な焦点位置合わせを行いパターン寸法の安定化を図ることができる。




 

 


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