JPH0142131B2 - - Google Patents

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JPH0142131B2
JPH0142131B2 JP62012367A JP1236787A JPH0142131B2 JP H0142131 B2 JPH0142131 B2 JP H0142131B2 JP 62012367 A JP62012367 A JP 62012367A JP 1236787 A JP1236787 A JP 1236787A JP H0142131 B2 JPH0142131 B2 JP H0142131B2
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JP
Japan
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optical system
mark
wafer
alignment
mask
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JP62012367A
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English (en)
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JPS62181430A (ja
Inventor
Shigeo Moryama
Yoshio Kawamura
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS62181430A publication Critical patent/JPS62181430A/ja
Publication of JPH0142131B2 publication Critical patent/JPH0142131B2/ja
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Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に既に形成されている第1の図
形と新たにその上に形成すべき第2の図形との位
置関係を整合し、第2の図形の光学像を第1の図
形の上に所定の位置関係をもつて露光する装置、
更に具体的に云えば集積回路製造工程においてウ
エハ上に回路パターンを焼付ける投影型露光装置
の校正方法に関するものである。
従来、半導体集積回路等に用いられるパターン
露光方法には大別して、密着露光法と投影露光法
の二つの方法が用いられている。前者は古くから
用いられている方法であり露光装置の構成が簡
単、ウエハ全面を一括露光でき生産的であるなど
の利点がある反面、ウエハ全面にマスクを完全に
密着することが困難であり、そのため間隙ができ
ると光の回折現象により微細な回路パターンが転
写できない、また密着の際にウエハ表面を損傷し
やすい、などの欠点がある。これに対し後者では
ウエハに非接触で露光できるためウエハさらには
マスクをも損傷することがないという利点を有し
ている。しかしながら投影露光法によつて微細パ
ターンを焼付けるためには、その投影レンズの製
作上の困難さから通常縮小率を大きくしなければ
ならず、必然的に露光面積が小さくなつてしま
う。例えば1μm幅のパターンを解像できる高解
像力レンズでは倍率1/10で露光範囲14mmφ程度が
限界である。そのためそれより大きなウエハに焼
付けるためにはウエハを順時ステツプ送りし、何
回かに分割して露光しなければならない。従来の
投影露光装置ではこのウエハの1ステツプ送りご
とに、ウエハ上の位置決めマークとマスク上の位
置決めマークを投影レンズを介して光学的に観察
し、通常マスクを微動させて両マークの位置合わ
せをして露光を行なつていた。そのため一枚のウ
エハを露光するために数回ないし数十回の位置合
せ操作を必要とし、生産的な装置でなかつた。ま
た、両マークの位置合わせ時にはウエハ上に塗布
されているホトレジストに感光しないように露光
時の光の波長と異なる波長の光を用いなければな
らず、それに伴なう波長補正レンズ、フイルタな
どの切換え機構など装置自体も複雑なものであつ
た。この従来の投影露光装置における欠点を改良
した装置、すなわち各ウエハにつき1回の操作の
みで位置合わせを完了する投影露光装置として、
IBM Technical Disclosure Bulletin 13巻7号
P1816に提案されている方式がある。すなわち、
投影露光光学系外部にウエハ位置決め専用の顕微
鏡観察装置を設け、ウエハをこの顕微鏡装置の光
学軸に対して位置決めした後ある決められた距離
だけこのウエハを移動して露光光学系内に導びき
間接的にマスクとウエハの位置合わせを行なう。
その後はウエハをある決められた絶対的な量づつ
XYに精密にステツプ送りし、露光を行なつて一
枚のウエハ全面の露光を完了する。この方式によ
ればウエハの位置決めは露光前1度のみで済み、
非常に生産的であるがその反面、前記顕微鏡装置
と露光光学系の空間的絶対位置関係を長期間一定
に保つことが困難であり、マスクとウエハの相対
位置合わせ精度不良が生じやすい。
本発明は上述したこれら従来の投影露光装置の
欠点を解消するためになされたものであり、一枚
のウエハ露光に際して1度のウエハ位置決めで済
み、さらに長期間安定して高精度のマスクとウエ
ハの相対的位置合わせが行なえるように校正する
投影露光装置の校正方法を提供するものである。
本発明の前提となる従来技術、及び本発明の作
動原理を第1図によつて説明する。第1図は1軸
のみについて示してあるが、XY2軸についても
同様である。ここにおいて目的は、マスク1上の
回路パターン2の縮小レンズ3による光学像をウ
エハ4上のパターン5上に正確に重ねて結像させ
ることにある。従来の装置では、縮小レンズ3に
対して堅固に固着されている対物レンズ6、反射
鏡7、接眼レンズ8および図中には示されていな
い落射照明系からなるマーク検出用光学系たとえ
ば顕微鏡光学系(以後顕微鏡光学系で説明する)
によりウエハ4上のパターン5を観察し、顕微鏡
光学系の中心光軸l1と縮小レンズ3の結像面Pの
交点Aに前記パターン5が一致するようウエハ4
をアライニングする。一方、マスク1上の回路パ
ターン2が縮小レンズ3の中心光軸l2上にあれ
ば、該中心光軸l2と前記平面Pの交点0にウエハ
4上のパターン5が一致するように該ウエハ4を
移動する、すなわちある一定の距離AO=L1だけ
ウエハ4を移動することにより回路パターン2の
縮小レンズ3による光学像をウエハ4上のパター
ン5に一致させることができる。この場合、マス
ク1上の回路パターン2を前記光軸l2上に配置せ
しめるには、マスク1上にあらかじめマスク位置
決め用マーク9を設けておき、前記顕微鏡光学系
および縮小レンズ3とから決定される静止座標系
上の固有位置10に対して前記マーク9を一致さ
せることにより行ない得る。しかしながら実際の
装置においては縮小レンズ3とマスク1の間の距
離は300〜600mm程度と大きく離れており、これら
を結合する部材を剛性高く製作しても温度変化や
外部振動などにより前記静止座標系に対する固有
位置10は数日間程度で5〜10μm程度も変化
し、長期間にわたつて0.1〜0.2μm精度のマスク
合わせをすることは困難である。しかしながらこ
の変位の生じかたは急激なものではなく徐々に生
ずることから、前記静止座標系に対する前記固有
位置10の関係を随時知り、これを補正すること
により正しいマスク合わせを行なうことができ
る。
そこで、本発明では新たにマスク1上に検出マ
ーク11が設けられており、反射鏡12および接
眼レンズ13により上記検出マーク11を拡大し
て観察することができる。さらに、ウエハ4をA
位置よりB位置に移動するとウエハ4上のパター
ン5からの反射光は縮小レンズ3により逆に拡大
され前記検出マーク11上に結像し、前記反射鏡
12と接眼レンズ13からなる拡大観察系によ
り、たとえば第2図のように十型をしたウエハ4
上のパターン5の像14とそれを囲む形をした検
出マーク11の像15が同一視野内に観察でき
る。以後の説明では、ウエハパターン5のような
十型パターンの中心と検出マーク11のようなそ
れをとり囲む形状のパターンの中心が一致した時
に両パターンが一致したと定義する。いま、第1
図中B位置においてウエハパターン像14と検出
マーク像15が一致したとすれば、マスク1上の
回路パターン2と検出マーク11間の距離は既知
であることから該距離に縮小レンズ3の縮小率を
乗算することによりOB=L2を知ることが出来
る。そこでABすなわち、前記顕微鏡光学系によ
りウエハパターン5の中心を割り出した後から該
ウエハパターンの拡大像14が検出マーク像15
と一致するまでウエハ5を移動した距離を測るこ
とにより、AO=L1を知ることが可能となり、こ
れによつて、前記固有位置10の変化にかかわら
ずウエハパターン5とマスク1上の回路パターン
2のマスク合わせを行なうことができる。
第3図は本発明の詳細な実施例を示した俯瞰図
である。前処理工程で位置決めパターン5が形成
されているウエハ4は、駆動機構16,17によ
りXYに移動する移動台18上に真空吸着されて
いる。この移動台18の移動量は反射鏡19,2
0とレーザ干渉測定器21からなる測長系により
0.1μm精度で測定される。
一方マスク1はパルスモータ22,23によ
り、XYに±50μm程度移動可能な微動台24上
に真空吸着され、静止座標系に対して固着されて
いる2つの振動スリツト型光電顕微鏡25,26
の中心光軸に2つのマスク位置決め用マーク2
7,28の中心が一致するよう前記微動台24を
移動させ、マスク1を前記静止座標系の一定位置
に配置する。マスク1のパターンをウエハ4上に
1/10に微小投影する縮小レンズ3の周囲にはそれ
ぞれ対物レンズ29,30、反射鏡31,32、
接眼レンズ33,34および視野十字マーク3
5,36からなる2本の顕微鏡光学系が設けられ
ておりウエハ4上の2つのウエハ位置決めマーク
37,38の中心位置を割り出す。この顕微鏡光
学系の2つの視野十字マーク35,36に対し前
記2つのウエハ位置決めマーク37,38が一致
するよう移動台18を移動し、一致した時にレー
ザ測定器21をリセツトしてXY座標の原点とす
る。その後は前工程で処理されているウエハ上の
回路パターン(図には示していない)にマスク1
上の新回路パターン39を重ねるべくあらかじめ
決定されている座標に、レーザ干渉測長器21を
基準として移動台18を位置決めする。位置決め
が完了されるとシヤツタ40が開き、水銀ランプ
41の光はコンデンサレンズ42により平行光と
されてマスク1を照射し、縮小レンズ3を介して
ウエハ4上のホトレジストを露光する。その後は
次々と新なたな座標に移動台18が位置決めさ
れ、その度々に露光が繰り返えされる。この移動
台18の目標座標に対する位置決めに関しては、
既に本発明者らによつて提案されている露光原理
によりそれほど高い精度は要求されない。すなわ
ち移動台18の目標座標に対する位置決め誤差が
ある場合には、制御回路54の指令に従つてその
誤差の10倍の量だけ微動台24が反対方向に移動
し、露光光学系とした場合等価的にその位置決め
誤差を補正してウエハ4上の正しい位置にマスク
1の回路パターン39を露光する。
以上の機構において、前記固有点10に相等す
る2つの光電顕微鏡25,26が縮小レンズ3お
よびレーザ干渉測長系を基準とした静止座標系に
対して変化しなければ常に正確なマスク合わせが
なされるわけであるが前述したように実際には変
化が生ずるためその校正が必要である。校正時に
は、水銀ランプ43、コンデンサレンズ44、オ
プチカルフアイバ45からなる照明系を移動台1
8に設けられている挿入口46に挿入し、フアイ
バによつて導びかれた光で反射鏡47、集光レン
ズ48を介してターゲツトマーク49を照明す
る。このターゲツトマーク49は通常一般に用い
られているホトマスク作成工程によつて作られ、
幅2μmの十字パターン部のみ金属クロム膜が付
着している。一方、マスク1の周縁には前記ター
ゲツトマーク49と合わせるべき検出マーク50
が設けられている。この検出マーク50の位置は
マスク位置決めマーク27,28に対し全てのマ
スク共通の位置に設けられている。検出マーク5
0の上方には反射鏡51、対物レンズ52、接眼
レンズ53からなる拡大光学系が設けられてい
る。今、前記オプチカルフアイバ45により導び
かれた光でターゲツトマーク49を照明しつつ、
該ターゲツトマーク49が対物レンズ29を含む
顕微鏡光学系の真下に来るように移動台18を移
動し、顕微鏡光学系視野内の十字マーク35と該
ターゲツトマーク49の像を一致させる。この時
の移動台のXY座標位置をレーザ干渉測定器21
により読み取り記録しておく。次に該ターゲツト
マーク49が縮小レンズ3の下に来るように再び
移動台18を移動させ、今度は対物レンズ52を
含む拡大光学系を観察する。視野内にはターゲツ
トマーク49の十字像と共にマスク1上の検出マ
ーク50が観察されるので、これらが一致するよ
うに移動台18を微動させ、一致した時の移動台
18のXY座標位置を再び記録する。
以上述べた操作により前述したL1−L2の距離
を各X,Y軸について知ることができたわけであ
り、マスク1上における検出マーク50の位置よ
り各X,Y軸についてのL2がわかつているから
容易に各X,Y軸についてのL1を知ることがで
きる。これによつて縮小レンズ3およびレーザ干
渉測長系を基準とした静止座標系に対するマスク
1の空間的な位置関係を校正することができたわ
けである。
上記実施例ではターゲツトマーク49は1つと
なつているが、これを対物レンズ29,30の中
心間距離だけ離れた2つのマークとすることは明
らかに可能である。しかしこの場合にはフアイバ
照明系が若干複雑になる。またこれら専用のター
ゲツトマークを移動台18上に設けず、ウエハ位
置決めマーク37,38が形成されている基準ウ
エハを用いても同様の校正を行なうことが可能で
あるが、この場合ターゲツトマークの照明光は当
然縮小レンズ3を介した反射照明となり、高いタ
ーゲツト像コントラストが得られないためマスク
1上の検出マーク50との合致精度が低下する欠
点である。
以上説明したごとく本発明によれば、ウエハと
マスクの相対位置合わせが1枚のウエハにつき1
回で完了すると共にその合わせ精度の確認が容易
にできるため、非常に生産的な縮小投影露光が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の作動原理と共に本発明の原
理を示す図、第2図はウエハパターンとマスク上
の検出マークが一致した場合の顕微鏡視野像を示
す図、第3図は本発明の実施例の俯瞰図である。 1……マスク、3……縮小レンズ、4……ウエ
ハ、6……対物レンズ、8……接眼レンズ、12
……反射鏡、13……接眼レンズ、18……移動
台、54……制御回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一連のマスク図形を露光光学系内の投影レン
    ズを介して感光性基板の所望位置に結像露光する
    場合、前記一連のマスクは前記投影レンズに対し
    て常に同一関係位置におく一方、前記投影レンズ
    光路外に固着されているマーク検出用光学系によ
    り前記感光性基板上に設けられている基準マーク
    中心を検出することにより前記一連のマスクと前
    記感光性基板の光学的相対位置合わせを行ない、
    前記投影レンズにより前記マスク面上に結像せら
    れた前記投影レンズ焦点面内の位置合せマークの
    実像と前記一連のマスクの位置合せ用図形を同時
    に観察すべく拡大光学系を備えた露光光学系とマ
    ーク検出用光学系の空間的位置関係を校正する方
    法であつて、前記マーク検出用光学系により上記
    位置合せマークの中心を検出してマーク検出用光
    学系の光軸中心に対応する上記位置合せマークの
    位置を求め、上記位置合せマークが移動されて上
    記拡大光学系により位置合せマークの実像と位置
    合せ用図形の一致が検出された状態における上記
    位置合せマークの位置を求め、上記マスクの中心
    から位置合せ用図形までの距離と前記投影レンズ
    の倍率に基づいて上記拡大光学系により位置合せ
    マークの実像と位置合せ用図形の一致が検出され
    た状態における上記位置合せマークの位置と上記
    露光光学系の中心位置との間の距離を求めること
    により前記露光光学系と前記マーク検出用光学系
    の空間的位置関係を求めて校正するようにしたこ
    とを特徴とする露光装置の校正方法。
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JP2830492B2 (ja) 1991-03-06 1998-12-02 株式会社ニコン 投影露光装置及び投影露光方法
US5874820A (en) * 1995-04-04 1999-02-23 Nikon Corporation Window frame-guided stage mechanism

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