JPH01101630A - Ｘ線露光装置における位置検出装置 - 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］ この発明は、半導体の製造に使用するＸ線露光装置にお
いて、露光Ｘ線とは干渉せずにアライメントパターンを
検出するＸ線露光装置における位ｎ検出装置に関する。

［従来の技術］ Ｘ　ＩＪｉ　Ｍ光装詮では、スルーブツトとアライメン
ト精度の向上がその課題として挙げられているが、これ
を満足するアライメント方式としては、露光フィールド
内のアライメントパターンを検出しながら露光可使な検
出が一番望ましい。

現在公表されているアライメント方式は大別すれば次の
２つに分類される。即ち、 （１）！光中もアライメントマークが検出可能て露光中
もサーボが可能となっている。

（２）露光中はアライメントマークの検出が不可源で、
カートリッジ方式や露光中に検出系の対物レンズを露光
エリアから後退させる。

上記（１）の方式が（２）の方式に比べて優れている点
をスルーブツトとアライメント精度の点から説明する。

上記（２）の場合、Ｘ線露光時にはカートリッジや対物
レンズの検出装置かウェハー露光領域から退避させなけ
ればならず、その移動時間によるタイムラグが必ず必要
となり、このため当然スルーブツトの低下の原因となる
。

また、上記（２）の場合、露光中にアライメントマーク
の検出かてきないということは、検出装置の退避時間と
露光時間中にはマスクとウェハーの位置関係は補償され
ておらず、この時間の長さに比例してマスクとウェハー
の位置は振動や環境条件の変化により当初アライメント
により補償された位置から変動していってしまう。

現在、Ｘ線による露光時間は最も強力なシンクロトロン
放射光（ＳＯＲ）を使用した場合であっても１０秒前後
必要とされており、光露光の場合に比べてかなり長いも
のとなっている。その間にマスクとウェハーの位置関係
を一定に保つことは、機構的にも制御的にも極めて困難
である。これに加えて、検出装置の駆動装置は振動源と
なるため、さらに精度を低下させる原因となっている。

このように、露光中においてもアライメントマークを検
出するということは、スルーブツトとアライメント精度
の向上という点からＸ線露光装置においては必要不可欠
な条件となりつつある。

また、上記（１）の方式においては、■回折格子法（リ
ニアフレネル、円形フレネル、回折格子）と■パターン
計測法（２重焦点光学ＷＪ微鏡。

斜方検出）か挙げられる。

この発明は、上記■のパターン計測法に関するものであ
るので、以下、この検出方法について詳しく説明する。

ａ、斜方検出方法（例えば、特開昭６１−１９３４４８
号公報参照） これは、検出系の対物レンズをウェハーの露光領域外に
その光軸をウェハー面に斜めに配置して検出を行なうも
ので、次の２つの問題点を解決している優れたものであ
る。即ち、■マスクとウェハーのギャップの克服、■露
光ＸＭと干渉せずに露光中においてもアライメントマー
クを検出することができる。

ｂ、二重焦点光学顕微鏡による検出方法（精密機械　Ｖ
ｏｌ　、　５１．　Ｎｏ、　５　（１９８５）　ＰＰ。

１５６〜１６２） これは、複屈折を利用した２重焦点を有する対物レンズ
をウェハーの露光領域に近接させてマスクとウェハーの
位置を同時に検出する方法である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記すの２重焦点光学顕微鏡を使用する検出
系では、アライメントマークの位置が露光領域からかな
り離れてしまい、ウェハーの露光領域に不必要に余分な
スペースが必要となってしまう。そのスペースの幅ζよ
基本的には次式で表わされる。

例えば、対物レンズ鏡筒の直径を３０ｍｍとすると、余
分スペースは１５ｍｍと非常に大きなものになる。一方
、ウェハーの露光エリアは最大でも現在のところ２５　
ｍ　ｍ角であることから、如何に余分スペースが過大で
あるものかが分る。半導体の生産においてはこの余分ス
ペースはスルーブツトの低下に対して最大の障害となる
。

次に、ａの斜方検出方法は、露光Ｘ線と干渉することな
しにアライメントマークを検出することがてきる点にお
いて優れたちのであるか、アライメント精度の点におい
て技術的に極めて困難な問題をかかえている。即ち、原
理的に斜方結像方式なので、像ボケの問題か常に生じて
しまう。第２図に示すように、ウェハーの露光面２０に
対して垂直にＸ線で照射する露光装置において、対物レ
ンズＯｂが角度θの斜め方向から検出するものであると
し、対物レンズの焦点深度をａｇｍとすると、結像範囲
はウェハー上のマーク面において２ａｓｉｎＯであって
非常に狭く、アライメントに十分な映像情報を得ること
は極めて困難である。特にプロセス形成マークを検出す
る場合には、Ｓ／Ｎ比を高くとるためにてきるたけ多く
の情報を得る必要があるが、レジスト形成マークで得ら
れる精度と同程度の検出精度では不十分であると推測さ
れる。

ちなみに、対物レンズの開口比Ｎ、Ａ＝０．３２とすれ
ば、その焦点深度はレーリーの式より約±３ｐｍであり
、斜方角度θを２５度とすれば結像範囲は２×３ルｍＸ
ｓ　ｉ　ｎ２５”　＝２．５終ｍと極めて狭い範囲とな
る。

次に、第Ｓ図に示すように、ウェハーまたはマスク面Ａ
Ｂに対し結像面Ａ”Ｂ＝は傾斜して生じるためＡ−＋Ａ
′の倍率βＡ、Ｂ→Ｂ′の倍率３日とすると、１βＡ　
１〈１βｎ１の関係か常に生し、この関係を十分考慮し
てウェハーまたはマスク上のパターンを作成しなければ
ならない繁雑さがある。

そして、ウェハー上のＸ線露光領域の外方斜めの位置に
検出用の対物レンズを配置しなければならず、必然的に
対物レンズの焦点距離が長くなり、したかって開口数Ｎ
Ａが低下しがちになるので、ウェハーまたはマスク面上
のパターンを十分精細に検出することができにくいこと
になる。

また、検出用の対物レンズの設計上から、マスクとウェ
ハー間の設定回部なギャップは限定されてしまうことに
なる。

このように、通常の対物レンズを斜めに配置するという
極めて単純なアイデアだけではアライメント精度の向上
は克服できない不利な条件を持っている。

［問題点を解決するための手段］ この発明ては１位置検出装置の検出用光学系として色収
差対物レンズと反射プリズムの組合せを使用し、上記反
射プリズムはＸ　＊　露光領域の境界に極めて近接した
位置でかつマスクからの高さか極めて近接して配設され
、同反射プリズムの反射面で斜め上方に反射した光束を
Ｌ配色収差対物レンズに入射させるようにしだものであ
る。

［作　用］ したがって、ウェハーをＸ線て露光中においてもアライ
メントが可１走であり、色収差対物レンズによりマスク
およびウェハー上のアライメントマークを同時に垂直に
検出することが可能となる。

［実　施　例］ まず、この発明のＸ線露光装置における位置検出装置に
ついて説明する。対物レンズは波長の異なる光線に対し
、色収差を有し、例えばｇ線（入＝４３５ｎｍ）、ｅ線
（入＝　５４６　ｎ　ｍ　）の２種の光線に対し異なる
焦点距離をもっている。したかって、同一物点上にある
マークをｇｍを使用して結像させた像点とｅ線を使用し
たときに生ずる像点は異なることになる。例えば、開口
数ＮＡ±０．４９倍率ｎ＝１０倍の対物レンズの焦点距
離はｅ線９ｇ線に対しそれぞれＦｅ＝＝１２．５ｍｍ。

Ｆｇ＝１２．７４１ｍｍとなり、物点距離Ｓを１３．７
５ｍｍとしたときに生ずる像点距離Ｓ″はそれぞれＳ”
　ｇｍ１３７．５ｍｍ、Ｓ”　ｅ＝１７３．６１５ｍｍ
となる。このような対物レンズを使用して微小間隔Ｓｆ
ａれた物点、例えばマスクとウェハーが第３図に示すよ
うにそれぞれＭ。

Ｍ′にあるとすると、ｇ線、ｅ線の焦点距離Ｆｇ、Ｆｅ
が異なるため、二つの光線によるマスク上のマークの像
はり、Ｂ点に生じ、ウェハー上のマークの像はＢ、Ｃ点
にそれぞれ生じることになる。つまり対物レンズ系の色
収差によってＢ点にはマスク上のマークとウェハー上の
マークの像が同−位置に生じている。ただし、マスク上
のマークはｇ線により形成された像であり、ウェハー上
のマークはｅ線により形成された像である。

今、Ｂ点に例えばテレビカメラ等の検出系を置いて観察
するとすると、マスク上のマークとウェハー上のマーク
を同時に観察することがてきるか、色収差のためにそれ
ぞれにじみの像を伴って観察される。このにじみの像を
ｇ線をカットしてｅ線を透過するフィルタおよび逆にｇ
線を透過しｅ線をカットするフィルタを組み合せたフィ
ルタを使用することにより、それぞれの色収差のにじみ
を除去することによって同一のＢ点においてそれぞれ異
なった位置におけるマスクとウェハー上のアライメント
マークの像を観察することが可能となる。（特開昭６２
−１９６１７４号参照）この発明で使用する対物レンズ
は、このように色収差な接極的に生じさせ、かつ収差を
よく補正した色収差対物レンズである。以下、その光学
系スペックの一例を第１表に示す。

（以下余白） 第１−”　　−・！′、ａ３−１（対物レンズ。

フィールドレンズ、リレーレンズを含む）以下、第１図
に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１図は位置検
出装置の一部を拡大して示した側面図て、色収差対物レ
ンズｌはウェハー２のＸ線露光領域２ａ外に斜めに配設
される。このウェハー２のＸ線露光領域２ａの境界線の
やや外側に一稜面３ａが垂直になるように頂角θを有す
るプリズム３かウェハー２に近接して配置される。この
プリズム３は例えば頂角か３０°。

６０”　、９０”の直角プリズムで、その頂点Ｑは・ウ
ェハー２の面から０．４ｍｍｆｉ間され、斜面３ｂか反
射面を形成する。

色収差対物レンズ１は、開口比ＮＡ＝０．３５、作動距
離ＷＤ　＝　１３　、９　ｍｍの仕様のもので、ウェハ
ー２上のアライメントマークＰは２５ｍｍ角のＸ線露光
領域２ａの境界から１−４ｍｍ離れた位置に１箇所以上
１例えば４箇所の四隅に配置されている。

したかって、この例の場合には検出のために必要なウェ
ハー２上のスペースは、アライメントマークＰの大きさ
を０．１ｍｍ前後とした場合、１．５ｍｍ＠がウェハー
２のＸ線露光領域外の１辺に対して必要となるだけであ
る。ただし１．５ｍｍの幅は一例であって、必要に応じ
てさらに短くすることは可能である。

以上の説明は、ウェハー２のアライメントマークＰを測
定する例について説明したが、ウェハー２上に載置され
るマスクについても同様に行なわれる。

この発明では、ウェハーおよびマスク上のアライメント
マークはＸ線露光領域外に配設された反射プリズムと色
収差対物レンズによりて検出を行なうので、反射プリズ
ムの反射光軸上に配置される色収差対物レンズは斜方検
出方式のものと違い光軸に平行にアライメントマークを
観察することかできるので、従来の技術において説明し
た像ボケを生じることもなく、倍率誤差を考慮した補正
を考えることもなく、シャープなアライメントマーク等
を鮮明に検出することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によればマスクおよびウ
ェハーに設けるスクライブスペースを従来のものよりは
るかに少なくすることかでき、かっ色収差対物レンズに
よりＸ線露光領域外からマスクおよびウェハー上のアラ
イメントマーク等を同時に観察することか可能であり、
露光中においてもサーボ制御を行なうことが可能となる
。また、斜方検出方式に比べ像ボケおよび倍率誤差を発
生させず鮮明で広い範囲を検出することか可能となり、
正確な位置合せを行なうことかてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明野実施例のＸ線露光装置の位置検出
装置の一部を拡大して示した側面図、第２図は、斜方検
出法における焦点深度の説明図、 第３図は、像ボケおよび倍率誤差の説明図、第４図は、
色収差対物レンズの説明図である。 ｌ・・・・・・色収差対物レンズ ２・・・・・・マスク、ヤエハ− ３−・・・・・プリズム Ｐ・・・−・・アライメントマーク 特許出願人　　住友重機械工業株式会社復代理人　　　
小　山　１）光　失 策１図 第２図 第３図 第４図 手　続　補　正　書　（自発） を 昭和６３年２月２０日 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｘ線露光装置におけるマスクとウエハーとの位置検出
   装置において、 検出用光学系として色収差対物レンズと反射プリズムの
   組合せを使用し、上記反射プリズムはＸ線露光領域の境
   界に極めて近接した位置でかつマスクからの高さが極め
   て近接して配設され、同反射プリズムの反射面で斜め上
   方に反射した光束を上記色収差対物レンズに入射させる
   ようにしたことを特徴とするＸ線露光装置における位置
   検出装置。