JPH0346219A - 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〕 本発明は半導体焼付装置に関し、特には、反射型投影露
光装置に関する。

〔従来の技術〕

従来反射型投影露光装置において、公開特許公報昭６０
−１４０８２６、昭６０−１４０８２７における像面歪
補正の方法が知られている。

（発明が解決しようとしている課題） これら従来技術においてマスクとウェハーの位置ずれの
計測を行なう場合、レーザー走査型のオートアライメン
ト技術を用いている。マスクとウェハーには第７図に示
すように複数のアライメントマークがウェハーの中心線
に対して左右対称に設けられている。これらのマークを
観察するために、６４，６５，６９．７０で構成される
信号検出系が第１図の紙面の直交方向に２系統あり、マ
ーク検出回路８４も２系統持ち、左右のアライメントマ
ークによるずれ量を１対で同時に計測している。ウェハ
ー上に散在する各アライメントマークを観察するには、
第１図７２のキャリッジがＹ方向に移動し、信号検出系
が図示しない駆動系によりＸ方向に駆動することにより
行なわれる。マーク検出回路８４の内部は第４図に示さ
れるように、第１図の光電変換素子７０から得られるア
ナログ信号を２０１の可変ゲインアンプ回路で増幅して
、２０４のコンパレーターにて二値化を行なっている。

その際可変ゲインアンプ２０１のゲイン調整は例えば第
７図で示すマスクとウェハーのＡ、Ａ’のアライメント
マークのみの調整しか行なっておらず、Ａ、Ａ’　で調
整したゲインを各２系統の可変ゲインアンプ回路に固定
して、その他のアライメントマークの計測時に信号増幅
のゲインとして使っていた。

しかしながら、実際の工程のウェハーにおいてはレジス
トの塗布の不均一、及び工程上の同一ウェハー内でのバ
ラツキによりウェハー内での他の測定点例えば第７図の
Ｂ、Ｂ’　における７０の光電変換素子から出力される
電圧レベルが異なる場合が生じる場合がある。

その際最初の計測点Ａ、Ａ’　と同一アンプゲインでは
可変ゲインアンプの信号出力が小さすぎて信号が２値化
できなかったり、大きすぎて飽和してしまい精度のよい
計測が行なえないという欠点があった。

〔課題を解決するための手段（及び作用））本発明は、
反射型投影露光装置において、ウェハーとマスクのアラ
イメントマークの整合状態を計測し、その計測値から倍
率と投影光学系の光軸とキャリッジ走査軸の傾きを演算
し、キャリッジ駆動の制御を行なう場合、ウェハー面上
の一ケ所（一対）のアライメントマークにおいてゲイン
を求め、そのゲインをウェハー面上全てのアライメント
マークにおいて適用していたものを、ウェハー上全ての
アライメントマークにおいて国別に適正ゲインを求め、
計測信号の調整を行なうことにより、精度の良い計測を
行なうことを可能にしたものである。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に係る反射投影型の露光装
置の概略構成図であり、レーザ光源６０から出射される
レーザ先立の光路に沿って、順次２コンデンサレンズ６
１、ポリゴン鏡６２が配置されている。

ここで、レーザ光源６０．コンデンサレンズ６１、ポリ
ゴン鏡６２は、図面と直交方向（Ｘ方向）に配置された
ものをＺ軸のまわりに９０’回転して図示しである。レ
ーザ光立はポリゴン鏡６２の回転によりＸ方向に走査さ
れる。

ポリゴン鏡６２により反射されるレーザ光℃の光路に沿
って、順次にｆ・θ特性レンズ６３、レーザ光℃をＸ方
向に２分割するための分割プリズム７６．２つのハーフ
ミラ−６４（１個は紙面に垂直のＸ方向に在り、図示省
略、以下同じ）、２つの対物レンズ６５、複数個所に正
確なアライメントマーク１０１　（後述）を有するマス
ク６６、反射型の投影光学系６７、複数個所に正確なア
ライメントマーク１０２（後述）を有するウェハ〇８が
配置されている。

マスク６６とウェハ６８はキャリッジ７２により一体で
担持されており、キャリッジ７２はキャリッジ駆動機構
７７により流体ベアリングガイド７８に沿って図示Ｙ方
向に移動可能である。マスク６６の回路パターンがウェ
ハ６８上に露光されるときは、マスク６６の上方からＸ
方向に伸びた不図示のスリット状光源により照明され、
キャリッジ７２が移動する。

マスク６６、投影光学系６７、ウェハ６８からの反射光
は２つのハーフミラ−６４で反射され、この反射光の光
路に沿って２つのコンデンサレンズ６９．２つの充電変
換素子７０が配置されている。充電変換素子７０の出力
は演算処理回路７１に印加され、光電変換素子７０の出
力に基づいてマスク６６とウェハ６８の相対位置関係を
検知するとともに後述する演算式により倍率Ｍｘ、Ｍｙ
および投影光学系６７の光軸とキャリッジ走査軸の傾き
量θを演算し、キャリッジ駆動機構７７、制御弁７９お
よび８０を制御し、投影光学系６７の光軸とキャリッジ
走査軸の傾き調整および倍率調整を行なう。

演算処理回路７１は、この演算処理回路７１の動作をコ
ントロールする中央処理装置（ｃｐｕ）８１、ＣＰＵ８
１の動作シーケンスのプログラムが格納されているＲＯ
Ｍ８２、演算処理データを記憶するＲＡＭ８３、光電変
換素子７０の出力に基づいてマスク６６とウェハ６８の
マークの間隔を計測するマーク計測回路８４、キャリッ
ジ駆動機構７７をコントロールするキャリッジ駆動回路
８５、演算処理データをデジタル値からアナログ値に変
換してセットする駆動データセット回路８６、制御弁７
９．８０の駆動を行なう制御弁駆動回路８７、および人
出力インターフェース８８等を具備する。

９１は測定、調整モードを設定するスイッチ、９２は繰
り返し測定回数入力スイッチ、９０はこれらのスイッチ
９１．９２が取り付けられている操作パネルである。ス
イッチ９１．９２は演算処理回路７１の入出力インター
フェース８８に接続されスイッチ９１．９２の状態をＣ
ＰＵ８１に入力できるようになっている。

第２図は、第１図のキャリッジ６７およびガイド７８を
左手よりみた断面略図である。

アーム２５はガイド部材７８に浮上素子としての空気ベ
アリングを介して浮上している。３１は空気ベアリング
のパッドである。このパッドは不図示の高圧空気源に接
続し高圧空気を流出する。

そして、右側のアーム２５には上下左右に６個のパッド
が設けられ、左側のアームには上下２個のパッドが設け
られている。すなわち、右側のエアーベアリングは全方
向拘束軸受を形成し、左側のエアーベアリングは上下方
向拘束軸受を形成している。したがって、左側のエアー
ベアリングは右側のエアーベアリングに比べて上下方向
および左右方向が共に剛性が低い、５０は左側アームに
設けられた球面坐である。

第３図（ａ）は、マスク６６とウェハ６８に用いられる
アライメントマークであり、マークＩｏｔａ、１０１ｂ
、１０１ｃ、１０１ｄよりなるアライメントマーク１０
１はマスク６６に形成され、マーク１０２ａ、１０２ｂ
より成るアライメントマーク１０２はウェハ６８に形成
されている。実際は第７図に示すように同様なアライメ
ントマークがそれぞれ複数個所に形成されている。

上記構成における測定および調整の動作を説明する。第
１図を参照して、レーザ光源６０から発せられたレーザ
光℃はポリゴン鏡６２によって走査されて分割プリズム
７６によりＸ方向に２分割される。分割された２つの光
はハーフミラ−６４を通過し、マスク６６等に向かう。

マスク６６のアライメントマーク１０１とウェハ６８の
アライメントマーク１０２とは光学系６７を介してレー
ザ光Ａによって走査され、マーク１０１および１０２か
らの散乱光がハーフ主う−６４に達し、ここで一部は２
つの充電変換素子７０の方向に反射される。

マスク６６のアライメントマーク１０１とウェハ６８の
アライメントマーク１０２とは、第３図（ａ）に示すよ
うに重ね合わされると、マスク６６のアライメントマー
ク１０１ａ、１０１ｂの間にウェハ６８のアライメント
マーク１０２ａが存在し、アライメントマーク１０１ｃ
、１０１ｄの間にアライメントマーク１０２ｂが位置し
、レーザ光ぶは左から右の走査方向Ａ（Ｘ方向）に走査
される。そして光電変換素子７０は、第３図（ａ）のレ
ーザ光がアライメントマーク１０１゜１０２と交差する
個所で、パルス状の光を検出し、第３図（ｂ）に示すよ
うな波形の出力電圧を発生する。

ここで、マーク計測回路８４の内部構成を第４図を用い
て若干説明を加える。

２０１は７０の光電変換素子からの出力を増幅又は減衰
させる可変ゲインアンプ回路、２０２は可変ゲインアン
プの信号出力レベルを読み取る信号レベル計測回路、２
０３は前記信号出力を二値化するためのスライスデータ
ー出力回路、２０４は前記信号出力（アナログ信号）を
スライスデーターと電圧比較して二値化するコンパレー
ター２０６は二値化したパルス信号（デジタル信号）の
間隔を計測するパルス間隔計測回路である。

第５図は第３図（ｂ）の７０の光電変換素子の出力電圧
を２０１の可変ゲインアンプ回路で増幅した出力を示す
図である。（ａ）、（ｂ）。

Ｃｃ　）は可変ゲインアンプのゲインの違いを示す図で
、アンプゲインが適性アンプゲインより高すぎると（Ｃ
）のように飽和してしまう。

そこで、２０２の信号レベル計測回路により信号のピー
ク値を計測して適正な信号レベルになるように可変ゲイ
ンアンプ回路を調整するようになっている。いわゆるＡ
ＧＣ機能が付加されている。

次に、第３図に説明を戻す。第３図（ｅ）は可変ゲイン
アンプの信号出力を二値化した計測用のパルス信号を示
す図である。Ｗ、、Ｗ、、・・・Ｗ、はパルス信号の間
隔であり、演算処理回路７１のマーク計測回路８４でこ
の時間間隔Ｗ１゜Ｗ２．・・・、Ｗ、を測定することに
よりマスク６６とウェハ６８との整合すれか、求められ
る。

すなわち第３図（ａ）のＸ方向のずれをΔＸ。

Ｘ方向のずれをΔｙとすると、 Δｘ　＝　（Ｗ　１−　Ｗ　２　＋　Ｗ　４−　Ｗ　ｓ
　）　／　’・・・（１） Δ　ｙ　　−（−Ｗｌ　　　＋Ｗ２　　　＋Ｗ　　４　
−Ｗｓ　　　）　　／　　４・・・（２） となる、整合された状態では、Ｗ、−Ｗ、÷Ｗ４＝Ｗ、
であるからΔｘ１Δｙは共（零である。

第６図に示すように、マスク６６、ウェハー６８のＸ方
向に距Ｉｌｌ　Ｃ＋だけ離れた２個所のアライメントマ
ーク１０１，１０２をそれぞれ測定し、整合ずれ量を（
１）、（２）式で求め、その量のＲ，を（Δｘ　Ｒｒ　
＊　ΔｙＲＩ）、Ｌｌを（Δｘ　Ｌ　ｌ　、ΔｙＬ＋）
とすると、横（Ｘ方向）倍率Ｍｘは次式で与えられる。

・・・　（３） 又、Ｙ方向に距１１ＤＩだけ離れた２個所のアライメン
トマーク１０１，１０２を測定し、整合ずれ量Ｒ２を（
ΔｘＲ２，Δ３／Ｒ２）、Ｌ２を（Δｘ　Ｌ　２１　Δ
ｙＬ２）とすると、縦（Ｙ方向）倍率Ｍｙは次式となる
。

・・・　（４〉 これらの演算は演算処理回路７１で行なわれる。

第７図は光学系６７の水平面内のＸ′軸、ｙ軸とキャリ
ッジ７２の走ｊ℃方向ｙ軸とＸ軸の関係を示している。

この場合光学系６７のｘ、ｙ軸と走査軸ｘ、ｙとのなす
角度θによる像面量が発生している。第７図の１０ｍｍ
おきに描かれている矢印８１は転写歪の方向と大きさを
示している。このとき第８図（ａ）に示すような１字の
パターン８２は、光学系６７の像として第８図（ｂ）に
示すようにウェハー上に左右に像反転をし、かつｙ軸方
向のパターンの像がｙ′軸より角度２θだけ傾くことに
なる。

次に′ｓ６図に戻って、上記の角度θの測定について述
べる。

Ｘ方向の図示下部の２組のアライメントマーク１０１．
１０２が２個の対物レンズ６５の光軸に位置するように
して図示Ａ方向にレーザ光℃を走査すると、２つの光電
変換素子７０．演算処理回路７１によって整合状態が検
出され、左側の整合ずれ量ΔｘＬ、、ΔｙＬＩ　右側の
ずれ量Δｘ　Ｒ＋　＋　ΔｙＲ＋が求められる。続いて
演算処理回路７１の指令によりキャリッジ駆動機構３６
を介してキャリッジ７２をＹ方向に距ｉ　ｏ　＋だけ移
動し、図示Ｂ方向にレーザ光ユを走査して、別のアライ
メントマーク１０１．１０２の整合状態を測定し、同様
にそのずれ量ΔｘＬ２゜ΔｙＬ　２１　ΔｘＲ２，Δｙ
Ｒ２を得る。ここでマスク６６、ウェハー６８のＸ方向
に距１１ｔｃｒだけ離れたアライメントマーク１０１．
１０２の左右間のずれ角θ８は近似的に次式で表わされ
る。

θ　、　　−（１／２Ｇ）・（ΔｙＬ＋−ΔｙＲｔ＋Δ
ｙＬ２−ΔｙＲ２）・・・（５） となり、Ｙ方向に距ｌ１ｌＩＤｌだけ離れたアライメン
トマーク１０１，１０２の上下間のずれ角θｙは近似的
に次式で表わされる。

θｙ　　−（１／２Ｄ）・（ΔｘＲ，＋ΔｘＬ４−Δｘ
Ｒ，−ΔＸＬ２）・・・　（６） これらの計算は演算処理回路７１でなされ、このずれ角
を減少するように制御弁７９をキャリッジ移動中に調整
し転写歪み誤差を解消する。この調整すべき量は θ＝（θウーθ、）１２　　　　　　・・・（７）とな
り、θ、はミスアライメントと光軸と走査軸が水平面内
で平行となっていない成分である。

上記の調整すべき角度θを複数個で求めれば、転写歪み
誤差の解決はより正確となる。

そして、この様な計測をウェハ、マスク上の複数箇所に
おいて行なう。

その際複数箇所における複数個のアライメントマークを
計測する際の本発明のフローを第９図に示す、まず最初
に第７図で言えばＡ、Ａ’のマスクとウェハーの信号レ
ベルの調整を行ない、適正な信号レベルになるようゲイ
ンを決める。その後、マスクとウェハーのずれ量を計測
を行なう。

つぎはキャリッジを移動し第６図のＢ、Ｂ’を観察する
。そこでマスクとウェハーの信号レベルの調整を行ない
、適正な信号レベルになるようゲインを決め、ずれ量を
計測する。その後計測するアライメントマークがなくな
るまで同様な動作を繰り返えす。すべての計測点の計測
が終ったら計測データに基づいて前記Ｍ、、　　、、　
θの計算を行なう。

この計算結果に基づいてキャリッジの姿勢制御を行なう
ことによりマスクとウェハー間の転写歪の補正を行なう
。

すなわち本発明においては、マスク及びウェハの複数箇
所に設けられているアライメントマーク（本実施例では
各箇所マスク、ウェハに各々一対のアライメントマーク
が設けられている。）を各箇所で計測毎に、検出する信
号の信号レベルを各箇所毎にＡＧＣにより調整している
のである。

（他の実施例） 計測する手段としてレーザー走査型のアライメント技術
を用いてそれぞれアナログの信号レベルを調整したが、
計測手段としてＴＶアライメント方式を用いた際も、計
測点すべてにおいて信号調整を行なうことにより同様な
問題点を解決できる。

（発明の効果） 以上説明したようにウェハー上のレジストの塗布ムラだ
けでなく、ウェハープロセスにおいてウェハー中の計測
点における信号バラツキを均一化することが出来る。

それより小信号（低反射率のウェハー）における計測不
可能を防げる。

また、大信号（特に高反射率のウェハー、例Ａ１１）に
よりＳ／Ｎが悪くなり、計測精度の悪化を防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の略断面図である。 第２ｒＸＪは、第１図のマスク及びウェハーのキャリッ
ジ機構の断面図。 第３図はマスク及びウェハーのアライメントマークの上
面図及び充電素子からの出力信号。 第４図は８１図の８４のマーク計測回路の内部ブロック
図。 第５図はアライメント信号の信号レベルの説明図。 第６図はマスク及びウェハーの上面図。 第７図はマスクとウェハーの転写誤差の説明図。 第８図はマスクとウェハーの転写歪の説明図。 第９図は本発明のゲイン調整の説明図（フローチャート
）。 ６６・・・マスク　　　　６７・・・反射型投影光学系
６８・・・ウェハ　　　　７０・・・光電変換素子７１
・・・演算処理回路 ７２・・・キャリッジ機構 ７７・・・キャリッジ駆動機構 ７８・・・流体ベアリングガイド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）整合マークを複数箇所に有するマスクとウェハを
   一体的に搭載するキャリッジ を結像光学系に対して相対移動させ ることによりマスク上のパターンをウェハ上に転写露光
   する露光装置において、前記マスク及びウェハ上の整合
   マークをレザーにより走査する走査手段、 前記走査手段によるレーザ走査の際、前記整合マークか
   ら発生した信号を検出する検出手段、 前記検出手段の出力に応じて、前記出力の増巾レベルを
   調整する調整手段、 前記調整手段により調整された増巾レベルで処理された
   前記検出手段の出力に基づき前記キャリッジの移動時の
   姿勢制御を行なう姿勢制御手段とを備え、 前記調整手段は、前記マスク及びウェハ上の複数の計測
   箇所毎に前記検出手段の出力の増巾レベルを調整するこ
   とを特徴とする露光装置。