JPH0546089B2 - - Google Patents

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、
更に具体的に伝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〓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 Bulletin13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１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
合する部材を鋼性高く製作しても温度変化が外部
振動などにより前記静止座標系に対して固有位置
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１
０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２７，２
８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
縮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３５，３６
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３７，３
８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
らたな座標に移動台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常なマスク合わせが
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が縮小レーズ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
点がある。

以上説明したごとく本発明によれば、ウエハと
マクス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)

1. 【特許請求の範囲】 １ レテイクルと、レテイクル上のパターンをウ
   エハ上に転写する露光光学系手段と、上記ウエハ
   を搭載する移動台と、上記ウエハの位置を検出す
   る検出手段とを備えた露光装置において、前記検
   出手段で検出されるマークが前記移動台上に設け
   られていることを特徴とする縮小投影露光装置。 ２ 請求項１に記載の縮小投影露光装置におい
   て、前記移動台上に設けられたマークが十字形を
   なしていることを特徴とする縮小投影露光装置。 ３ 請求項１に記載の縮小投影露光装置におい
   て、前記移動台上に設けられたマークが金属クロ
   ム膜から形成されていることを特徴とする縮小投
   影露光装置。 ４ 請求項１に記載の縮小投影露光装置におい
   て、前記移動台上に設けられたマークは光透過板
   上に設けられていることを特徴とする縮小投影露
   光装置。