JPH0430175B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は縮小投影露光装置に関し、特にパター
ンの重ね合せオフセツトを高精度で測定し、その
結果に基づいて重ね合せオフセツトを自動補正す
ることの可能な縮小投影露光装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 一般に縮小投影露光装置には、ウエハ上のパタ
ーンの位置を検出するパターン検出機能が具備さ
れている。

第１図は、パターン検出器を備えた縮小投影露
光装置の一構成例を示した概略斜視図である。図
において、１はXYステージ、２は水銀ランプ、
３はコンデンサレンズ、４は縮小投影レンズ、５
はレーザ測長器、６，７はパターン検出器、８は
レチクル、８Ａはレチクル窓、９はウエハ、１０
はサーボモータ、１１は合せ用パターン、１２は
露光照明光軸、２２はCPU（演算装置）である。

動作時には、水銀ランプ２より出てコンデンサ
レンズ３を通過した光が、レチクル８のパターン
を、縮小投影レンズ４を通して、XYステージ１
上に固定されたウエハ９に投影し、露光する。

XYステージ１は、レーザ測長器５によつてそ
の現在位置が検出され、サーボモータ１０によ
り、±0.1μｍ程度の精度で正確に位置決めされる。

また本装置では、後のレチクルパターンの前層
のレチクルパターンへの正確な重ね合せを実現す
るため、ウエハ９上の合せ用パターン１１を縮小
投影レンズ４とレチクル８に設けた窓８Ａを通し
て観察するパターン検出器６，７が設けられてい
る。

これにより、レチクル８とウエハ９上の合せ用
パターン１１との相対ずれ量すなわちオフセツト
量を検出し、演算処理装置２２で演算したのち、
XYステージ１の目標値に補正を加え、±0.2μｍ程
度の正確な重ね合せを実現することができる。

第１図に示すような縮小投影露光装置を用い、
第ｍ層と第ｎ層において形成したウエハ上のパタ
ーンの間隔を測定するときには、 (1) 例えばパターン検出器６によつて第ｍ層のパ
ターンの位置を認識した時のXYステージ１の
位置をレーザ測長器５で検出し、 (2) それから、移動量をレーザ測長しながら、第
ｎ層のパターン位置を認識できるように前記
XYステージ１を移動し、その時のXYステー
ジ１の位置を同様に検出し、 (3) 前記(1)および(2)におけるXYステージの位置
の差、すなわち前記ステージ１の移動量をパタ
ーンの間隔とする、 という手法がとられていた。

（発明が解決しようとする課題） しかし、前述の従来の方法では、レーザ測長器
５によるステージの位置計測誤差と、２度のパタ
ーン検出の誤差とが測定値に含まれるため、0.2μ
ｍ以下の精度での測定はできなかつた。

ところが、近年のLSI製作−例えば、１メガビ
ツトDRAM製作においては、より高精度な重ね
合め精度が必要であり、従来のようなウエハ上の
パターン間隔測定方法では、オフセツト評価がで
きないという問題があつた。

本発明の目的は、ウエハ９上の第ｍ層に対する
第ｎ層のパターンの重ね合せオフセツトを高精度
で測定し、２枚目以降のウエハについては、検出
したオフセツト量を、第ｎ層のパターンの重ね合
せ時にフイードバツクし、レチクルおよび被加工
物体の相対位置調整の目標値に加算することによ
り、オフセツトを自動的に補正することのできる
縮小投影露光装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、本発明では、１回
の検出光の走査で同一画像（視野）内において、
ウエハ上の第ｍ層パターンと第ｎ層パターンとの
間隔を測定し、この間隔が既知のデバイス設計値
に対していくらのオフセツト（誤差）を持つかを
知る機能を縮小投影露光装置に設けると共に、さ
らに前述のようにして求めた２つのパターン間の
オフセツト量を記憶し、次回以降のパターン合せ
の際に、前記オフセツト量をパターン合せ系にフ
イードバツクしてレチクルおよび被加工物体の相
対位置調整の目標値（例えば、XYステージの目
標座標）に加算することにより、オフセツトを低
減する機能を、縮小投影露光装置にもたせてい
る。

（作用） このように、１回の走査、もしくは、同一画像
内における各別個の層のパターンを同時に認識す
ることにより、本発明によれば、パターンのオフ
セツト検出のためにステージの移動やその位置計
測を必要としないので、ステージの位置計測誤差
が、パターンのオフセツト検出に関与しないよう
になり、精度の良いオフセツト検出が可能とな
る。

そして検出したオフセツト量をパターン合せ系
にフイードバツクしてレチクルおよび被加工物体
の相対位置調整の目標値に加算することにより、
各層パターン間のオフセツト（合せ誤差）を極め
て小さくし、その補正（低減）も簡単に行なうこ
とが可能となる。

（実施例） 本発明は、第１図に示したような縮小投影露光
装置において、第２図に示すような検出光学系を
付加した構成である。図において、図１と同一の
符号は同一または同等部分をあらわしている。

また、１２Ａは検出光軸、１３は検出光用照明
ランプ、１４はハーフミラー、１５は反射ミラ
ー、１６は第ｍ層でウエハ９上に形成されたパタ
ーン、１７は第ｎ層で同じウエハ９上に形成され
たパターン、１８は位置検出／スリツト板駆動装
置、１９はスリツト板、２０はホトマルチプライ
ヤ、２１はアンプ、２３は演算処理装置、２４，
２５はレンズ、２６はメモリである。

検出光用照明ランプ１３より発した光は、ハー
フミラー１４で反射されて検出光用軸１２Ａ中に
入り、反射ミラー１５、レチクル８、縮小投影レ
ンズ４を通して、第ｍ層にてウエハ９上に形成さ
れたパターン１６と、第ｎ層（ただし、ｎ≠ｍ）
にて同じウエハ９上に形成されたパターン１７と
を同時に照明する。

前記２つのパターン１６，１７よりの反射光は
縮小投影レンズ４、レチクル８を逆行する。そし
て、さらに反射ミラー１５で反射されて検出光軸
１２Ａにそつて進み、レンズ２４によつてスリツ
ト板１９上に前記２つのパターン１６，１７の像
が結像される。

スリツト板１９には微小なスリツトが穿設され
ており、そこを通過した光はレンズ２５によつて
ホトマルチプライヤ２０の受光面上に集束され
る。ホトマルチプライヤ２０に入射した光は、そ
の光量に応じた電気信号に変換され、アンプ２１
を介して演算処理装置２３に供給される。

一方、位置検出／スリツト板駆動装置１８は、
適宜の手段（図示せず）によつて、スリツト板１
９を、その面内で図の上下方向に駆動する。その
際、その移動量は前記演算処理装置２３に入力さ
れる。

したがつて、スリツト板１９を駆動して、例え
ば、まず第ｍ層で形成されたパターン１６の像に
スリツト板１９のスリツトを合致させた後、さら
にそのままスリツト板１９を駆動して、第ｎ層で
形成されたパターン１７の像にスリツト板１９の
スリツトを合致させると、第５図に示すように、
スリツト板１９の移動に応じて時間的に変化する
信号出力がアンプ２１から得られる。

演算処理装置２３は、アンプ２１よりの入力信
号と、位置検出／スリツト板駆動装置１８より入
力される信号に基づいて、後で詳述するような手
法で、前記２つのパターン１６，１７像の各々の
中心とその間隔Ｋを演算する。そして、デバイス
設計上予定した前記２つのパターン１６，１７の
距離のデータαと、検出した値Ｋとを比較する。

以上のようにして、第ｍ層に対して重ね合わせ
が行われた第ｎ層が、どちらの方向にどれだけオ
フセツトを持つているかがわかる。

第３図に、前記演算処理装置のフローチヤート
を示す。すなわち、位置検出／スリツト板駆動装
置１８より入力される位置の信号と、アンプ２１
より入力される光量検出信号とにより、同図中に
示したデータｆ(x)の波形を形成する（ステツプ
S1）。前記波形ｆ(x)を平滑化回路を通して、波形
ｆ(A)とする（ステツプS2）。さらに、前記波形ｆ
(A)を微分回路に通してその変曲点を求める（ステ
ツプS3、S4、S5）。

この場合、第ｍ層にて形成したパターン１６の
波形の変曲点は、x3、x4であり、第ｎ層にて形
成したパターン１７の波形の変曲点は、x1、x2
であると仮定する。

つぎに（x3＋x4）／２、（x1＋x2）／２をそれ
ぞれ演算してXR、XLを求める（ステツプS6、
７）。

前記値XL、XRは、それぞれのパターン１７，
１６の位置座標とみることができるので、XR−
XL＝Ｋを求めれば（ステツプS8）、これがパタ
ーン１６，１７の間隔となる。したがつて、デバ
イス設計上予定していたパターンの間隔αをＫよ
り引いた値、すなわちＫ−α＝βがパターン１６
と１７の重ね合わせオフセツトとなる（ステツプ
S9）。

前記のようにして得られた検出結果βをメモリ
２６に記憶し（ステツプS10）、次回重ね合わせ
露光する際に、このデータを、重ね合わせ補正値
βとして、パターン合わせ系にフイードバツク
し、自動的にXYステージの目標座標に補正を加
える。このようにすれば、その後のパターン重ね
合わせは正確に行われ、他の条件や環境が変化し
ない限り、オフセツトは生じなくなる。

第４図に、前述のフローチヤートを実現するた
めに用いた演算処理装置２３の詳細を示す。同図
において、２３ａは平滑化処理回路、２３ｂは微
分回路、２３ｃは変曲点サーチ回路、２３ｄは対
称性計算回路である。その動作は、第３図に関す
る前述の説明から明らかであるので、ここでは説
明を省略する。

なお、以上の説明では、オフセツト量測定のた
めの検出系（反射ミラー１５、位置検出装置１
８、ホトマルチプライヤ２０など）を別個に設け
た例について述べたが、その機能上の比較から容
易に分かるように、オフセツト検出系を第１図の
パターン検出器６，７等で代用してもよい。具体
的には、パターン検出器６，７の前方に配置され
たスリツトを、第２図のスリツト１９に関して説
明したのと同様に移動させ、その移動距離を測定
すればよい。

また、上記の説明では、検出器がホトマルチプ
ライヤである場合を例に用いたが、ホトマルチプ
ライヤは一次元配列の光電変換アレイ（例えば、
半導体ホトアレイ）やビデオカメラにおきかえる
ことができる。この場合は、スリツト１９と位置
検出装置及び駆動装置１８を省略することができ
る。

さらに、以上では、パターン１６，１７の検出
光が縮小投影レンズ４を通る、いわゆるスルーザ
レンズ方式についてのべたが、本発明は、基本的
には、１回の走査もしくは同一画像視野内におい
て、ウエハ上の２つのパターンの間隔を検出でき
る機能を有し、必要があれば、この検出値を次回
のレチクルの重ね合わせのために利用して、次回
の重ね合わせ検出値すなわちステージの目標座標
に自動補正を加えることのできる機能を有してい
る縮小投影露光装置ならば、検出系の構成方式に
関係なく適用可能なものである。

それゆえに、本発明は、検出（パターンよりの
反射光）が、露光照明光軸１２を通過しない、い
わゆるオフアクシス検出法にも適用可能である。

（発明の効果） 以上に詳細に説明したように、本発明によれ
ば、XYステージを固定したままで、２本のパタ
ーン間隔を測定できるので、0.1μｍ程度の高精度
なパターン間隔測定が容易にできる。すなわち、
第ｍ層において形成したパターンと第ｎ層におい
て形成したパターンとの間隔を、同程度の精度で
測定することができる。それゆえに、第ｍ層と第
ｎ層の重ね合わせオフセツトを、所要の精度で測
定することができる。

このように正確に測定されたオフセツトデータ
は、次回の２枚目以降のウエハに対する重ね合わ
せ露光の際に、XYステージの位置決め系すなわ
ちレチクルおよび被加工物体の相対位置調整手段
にフイードバツクされてその目標値（例えば、
XYステージの目標座標）加算されるので、前記
相対位置調整手段の目標値（XYステージの目標
座標）が自動的に補正され、重ね合わせオフセツ
トを十分に低減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用するのに好適な縮小投
影露光装置の概略斜視図、第２図は、本発明の一
実施例を示す要部の概略構成図、第３図は、本発
明における信号処理の一例を示すフローチヤー
ト、第４図は、本発明の一実施例に用いられた演
算処理装置のブロツク図、第５図は２つのパター
ンに対応して得られれる波形図である。 １……XYステージ、４……縮小投影レンズ、
８……レチクル、９……ウエハ、１６……第ｍ層
において形成したパターン、１８……位置検出／
スリツト板駆動装置、１９……スリツト板、２０
……ホトマルチプライヤ、２３……演算処理装
置、２６……メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ その上に被加工物体を固定するためのXYス
   テージと、前記XYステージをXY平面上で駆動
   する手段と、XYステージの位置を検出する手段
   と、複数のレチクルの像を順次に、前記被加工物
   体の上に縮小投影して露光する露光手段と、前記
   レチクルおよび被加工物体の相対位置を調整し
   て、後のレチクルパターンの前層のレチクルパタ
   ーンへの重ね合せを行なうレチクルパターン重ね
   合せ手段とを有する縮小投影露光装置において、 異なるレチクルパターンによつて被加工物体上
   に形成された２つのパターンの光学像を、同一視
   野内に、同時に結像させる手段と、 前記２つのパターンの光学像を電気信号に変換
   する手段と、 得られた電気信号の形状に基づいて前記２本の
   パターンの間隔を測定する手段と、 得られたパターン間隔の測定値をその設計値と
   比較してオフセツト量を求める手段と、 前記オフセツト量を前記レチクルパターン重ね
   合せ手段にフイードバツクして前記相対位置調整
   の目標値に加算することにより、後のレチクルパ
   ターンの前層のレチクルパターンへの重ね合せオ
   フセツトを補正する手段とを具備したことを特徴
   とする縮小投影露光装置。