JPH0612754B2 - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JPH0612754B2
JPH0612754B2 JP59032356A JP3235684A JPH0612754B2 JP H0612754 B2 JPH0612754 B2 JP H0612754B2 JP 59032356 A JP59032356 A JP 59032356A JP 3235684 A JP3235684 A JP 3235684A JP H0612754 B2 JPH0612754 B2 JP H0612754B2
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light
wafer
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弘 西塚
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は投影露光装置に関し、特にマスク(レチクルを
含む)の投影パターン,ウェーハ等の被露光体との相対
位置決めを高精度に行なうアライナ機能を備えた投影露
光装置に関するものである。
〔背景技術〕
半導体装置の製造工程の一つであるホトリソグラフィ技
術ではマスクに形成したマスクパターンを等倍或いは縮
小して半導体ウェーハ上に投影露光し、ウェーハ上の薄
膜のパターニングを行なう工程が必要とされる。そし
て、この投影露光に際しては同一ウェーハ上に順次投影
するマスクのパターンは全てウェーハに対して同一位置
に投影露光されなければならず、このため各マスクの投
影露光時にはマスクとウェーハとの相対位置決めが必ず
行なわれる。
従来、この種の位置決めは、ウェーハ上に形成された前
工程のパターン一部に形成されたアライメントマーク
と、今工程のマスクのパターン一部に形成されたアライ
メントマークとを一致させることにより行なっている。
例えば、第1図は従来の投影露光装置の一例(工業調査
会発行電子材料1981年別冊103頁〜109頁、発
行日昭和56年11年10日)であり、移動ステージ2
上に載置したウェーハ1が載置され、一方、この移動ス
テージ2上に投影レンズ5を配設し、この投影レンズ上
にマスク3を設置し、マスク3上方から照射した光源4
光(g線)でマスクを照明する一方投影レンズ5でマス
クパターンをウェーハ1上に投影結像している。一方、
マスク3の側上方にはg線光源6,ハーフミラー7,レ
ンズ8,ミラー9およびパターン検出ユニット10から
なるアライナ部を設けており、g線光源6の光をマスク
3を通してウェーハ1上に投影しかつこの反射光をパタ
ーン検出ユニット10で検出する。g線はマスク3の隅
部を通した上でウェーハ1のアライメントマーク形成部
上に投射されており、これによりこのアライメントマー
クを検出して相対位置つまりマスク3とウェーハ1との
相対位置合せを行なうことができる。
しかしながら、この従来構成ではパターン検出に単色光
のg線を使用しているため、ウェーハ1表面の薄膜にお
いて干渉が生じ、この干渉が膜厚の変動により変化する
ためにパータン検出ユニットにおける信号波形の変動を
発生させ、位置合せ精度が不安定なものになる。また、
アライメントマークの検出に露光用の光と同じg線を使
用しているため、ウェーハの露光の影響のないウェーハ
上のチップ周辺部において位置合せを行なわなければな
らず、検出光がウェーハやマスクの中心軸に対して偏倚
する等して位置合せ精度が低下されるという問題もあ
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は安定した位置合せを可能にすると共に位
置合せ精度を向上し、かつ投影露光のスループットの向
上をも達成することのできる投影露光装置を提供するこ
とにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、単色光を用いた投影露光光学系内にビームス
プリッタを配設すると共に、このビームスプリッタに対
向して連続スペクトルのパターン検出用光源と、色収差
補正レンズ系と、パターン検出ユニットからなるパター
ン検出系を設け、このパータン検出系によってウェーハ
上に形成されたアライメントマークを検出してマスクと
の位置合せを行なうことにより、光の干渉を防止する一
方でチップ中央部における位置合せを可能とし、これに
より位置合せの安定化および精度の向上を達成できる。
〔実施例1〕 第2図は本発明の投影露光装置の一実施例の構成図であ
り、図において11はガラス基板に光不透過膜を所要の
パターンに形成した投影パターンとしてのマスク,12
はこのマスク11のパターンが投影露光される被露光体
としてのウェーハである。このウェーハ12は前工程に
おいて所定のパターンが表面に形成されており、そのパ
ターン一部にアライメントマークが形成されているが、
本実施例では後述のようにアライメントマークが必ずし
も設けられていなくともよい。前記ウェーハ12は移動
ステージ13上に載置され、ステージ移動機構14によ
ってX,Y,Z,θ方向に移動される。
そして、前記マスク11の上方位置には単色光(g線
等)を射出する露光光源15を設置してマスク11を照
射する構成とする一方、マスク11の下方位置には複数
枚のレンズからなる投影レンズ系16を設け、前記マス
ク11のパターンをウェーハ12表面上に所要の倍率
(1/10,1/5,1/1)で投影結像する。この投
影レンズ系16は、好ましくは前記露光光源光に対して
高NA(開口数),低光学歪,広域露光面積の特性とな
るように設計される。これら、露光光源15と投影レン
ズ系16とで投影露光光学系を構成している。
一方、前記投影露光光学系の光軸中心位置にはプリズム
或いはハーフミラー等のビームスプリッタ17を介装
し、前記光軸に対して90°方向のパターン検出系の光
軸を形成している。このパターン検出系の光軸上には、
色収差補正レンズ系18と、ハーフミラー19と、パタ
ーン検出用光源20とを配設し、更にハーフミラー19
に対向してパターン検出ユニット21を設けてパターン
検出部を構成している。前記パターン検出用光源20は
白色光のような連続スペクトル光を射出でき、かつこの
光はウェーハ12上に設けたホトレジスト(図示せず)
を感光させないものとされる。一方、前記色収差補正レ
ンズ系18は、白色光を使用することにより前記投影レ
ンズ系16において生ずる色収差を補正解消させる構成
とされる。更に、パターン検出ユニット21はウェーハ
12表面からの反射光(パターン検出用光源20からの
光の反射光)を検出してウェーハ12上に前工程までに
形成されたパターンやその一部のアライメントマークの
パターン検出信号を出力し、かつこれを電気処理してパ
ターン認識することができる。このパターン検出ユニッ
ト21の出力は制御部22に送出され、前記ステージ移
動機構14や図外の種々の機構,回路をコントロールす
る。
以上の構成によれば、マスク11の投影前にパターン検
出用光源20の白色光をビームスプリッタ17を通して
ウェーハ12のアライメントマーク上に投射させ、かつ
その反射光をビームスプリッタ17、ハーフミラー19
で反射させてパターン検出ユニット21に入力させる。
これにより、パターン検出ユニット21では電気信号処
理によりアライメントマークやその他のパターンをパタ
ーン認識した上でウェーハ12の絶対位置を検出し、こ
れを制御部22においてマスク位置と比較する。この結
果マスク11とウェーハ12との相対位置ずれが検出で
き、このずれに基づいてステージ移動機構14を制御す
れば、ウェーハ12を移動ステージ13により移動さ
せ、マスク11との位置合せを行なうことができる。そ
してこのとき、パターン検出には連続スペクトル光を使
用しているので、ウェーハ12表面上のホトレジスト薄
膜における光干渉が生じることはなく、したがって従来
のようにホトレジスト薄膜の膜厚の変動に伴なう反射光
の変動等の現象が生じることはなく、安定した検出(電
気)信号を得て安定したパターン検出ないし位置合せを
行なうことができる。白色光を使用することにより投影
レンズ系16において生ずる色収差は色収差補正レンズ
系18で補正でき、検出誤差の発生を防止する。また、
白色光を使用することにより、位置合せ時におけるホト
レジストへの感光を防止できるので、光軸上、換言すれ
ばチップ中心部におけるパターン検出を行なってウェー
ハ位置の検出も可能とされ、位置合せ精度の向上を実現
できる。この結果、位置合せの自動化も可能とされ、ス
ループットの向上を図ることもできる。
なお、位置合せの後に露光光源15の単色光(g線)を
用いて投影光学系16でマスク11のパターンをウェー
ハ12上に投影結像し得ることはいうまでもない。
〔実施例2〕 第3図は本発明の他の実施例の構成図であり、投影露光
光学系とパターン検出部の構成を前記実施例と相違させ
たものである。図中、第2図と同一ないし均等な部分に
は同一符号を付している。
本実施例は、移動ステージ13上に載置したウェーハ1
2に対して投影レンズ系16を配置すると共に、その光
軸上にビームスプリッタとしてのダイクロイックミラー
17A,色収差補正レンズ系18,ハーフミラー19お
よびパターン検出ユニット21を配置する。そして、上
側のハーフミラー19に対向してパターン検出用光源2
0を配置する一方、ダイクロイックミラー17Aに対向
してマスク11および露光光源15を配置している。前
記パターン検出用光源20は連続スペクトル光である白
色光を使用し、色収差補正レンズ18により色収差を補
正解消できる。また、ダイクロイックミラー17Aはg
線のみを反射できるよう構成され、マスク11を通した
露光光源15のg線光をウェーハ12に向けて反射する
ことができる。
以上の構成によれば、パターン検出用光源20の白色光
はハーフミラー19,ダイクロイックミラー17A,投
影レンズ系16等を通してウェーハ12表面に投射さ
れ、逆の行程を経ながら色収差補正レンズ系18にて色
収差が補正されてパターン検出用ユニット21に入射さ
れ、ここでウェーハ12上のパターンが認識される。パ
ターンの認識により制御部22ではマスク11との位置
ずれを求め、ステージ移動機構14を作動して移動ステ
ージ13およびウェーハ12を移動させ、マスク11と
の位置合せを行なう。位置合せ後には、露光光源15光
にてマスク11を照明し、ダイクロイックミラー17A
の反射を利用して投影レンズ系16によりマスク11パ
ターンをウェーハ12上に投影露光することになる。
本実施例にあっても、ウェーハ12の位置合せのパター
ン検出に際して白色光を使用しているので、ウェーハ1
2上のホトレジスト薄膜における干渉による検出の不安
定を防止して安定化を向上できる。また、白色光を使用
しているので光軸中心、つまりチップ中心のパターン検
出を可能とし、位置合せ精度の向上を図ることができ
る。更に本実施例では、投影レンズ系16と色収差補正
レンズ系18とを直線光軸上に配設できるので、パター
ン検出精度を一層向上できる。
〔効果〕
(1)被露光体の位置検出に際してのパターン検出に連
続スペクトル光を使用しているので、被露光体表面のホ
トレジスト等の薄膜による光干渉が防止でき、薄膜の厚
さの変動に伴なう被露光体表面反射光の変動を防止で
き、安定したパターン検出を行なって安定した被露光体
とマスクの位置合せを行なうことができる。
(2)投影露光光学系内にビームスプリッタを配置する
と共に、このビームスプリッタに対向してパターン検出
系を設け、このパターン検出系におけるパターン検出用
に連続スペクトルよりなるパターン検出光を使用して被
露光体上のパターン検出を行なうように構成されている
ので、光軸中心である半導体チップの中心部のパターン
検出を可能とし、パターン検出精度を向上して位置合せ
精度の向上を達成できる。
(3)パターン検出系内に色収差補正レンズ系を配設し
ているので、連続スペクトル光よりなるパターン検出光
を使用したことにより投影レンズ系において生じた色収
差を解消し、パターン検出を好適に行なうことができ
る。
(4)前述のパターン検出の安定化に伴なって信号処理
方式の単純化が図られ、位置合せの自動化を達成すると
共に時間の短縮化を図ってスループットの向上を達成す
る。
(5)パターン検出光としての連続スペクトル光に白色
光を用いることにより、たとえば半導体ウェーハへの投
影露光を行なう際の位置合せ時におけるホトレジストへ
の感光を防止できるので、光軸上、換言すれば半導体チ
ップの中心部におけるパターン検出を行なって半導体ウ
ェーハの位置を検出することも可能となり、位置合せ精
度の向上、ひいては位置合せの自動化やスループットの
向上も可能となる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、ビームスプ
リッタには一般的なハーフミラーを使用してもよく、そ
の配設位置も投影レンズ系との構成上から若干相違させ
ることができる。また、パターン検出用の光は干渉を防
止し得る波長域の連続スペクトル光であればよい。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体ウェーハ上へ
のマスクパターンの投影露光技術に適用した場合につい
て説明したが、それに限定されるものではなくレティク
ルまたはホトマスクの製造技術やその他の写真技術一般
に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の概略構成図、 第2図は本発明の一実施例装置の構成図、 第3図は本発明の他の実施例装置の構成図である。 11……マスク、12……ウェーハ、13……移動ステ
ージ、15……露光光源、16……投影レンズ系、17
……ビームスプリッタ、17A……ダイクロイックミラ
ー、18……色収差補正レンズ系、20……パターン検
出用光源、21……パターン検出ユニット、22……制
御部。
フロントページの続き (72)発明者 入来 信行 東京都小平市上水本町1450番地 株式会社 日立製作所武蔵工場内 (56)参考文献 特開 昭52−52579(JP,A) 米国特許4355892(US,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マスク、レチクル等の投影パターンを半導
    体ウェーハ等の被露光体上に単色光を用いて投影露光す
    る投影露光光学系を備えた装置であって、前記投影露光
    光学系を通してウェーハ上のターゲットパターンを観察
    するパターン検出系を設け、このパターン検出系におけ
    るパターン検出用に連続スペクトル光よりなるパターン
    検出光を使用して前記被露光体上のパターン検出を行な
    うように構成し、前記パターン検出系は、連続スペクト
    ル光を射出するパターン検出用光源と、前記投影露光光
    学系において生じた色収差を解消させる色収差補正レン
    ズ系と、この色収差補正レンズ系からのパターン検出光
    としての前記連続スペクトル光をパターン検出信号とし
    て入力し、このパターン検出信号に基づいてパターン認
    識を行なうパターン検出ユニットと、前記パターン検出
    ユニットで検出されたウェーハの位置をマスク位置と比
    較してマスクとウェーハの相対位置のずれを検出し、そ
    の位置ずれに基づいてステージ移動機構を制御する制御
    部とを備えてなる投影露光装置。
  2. 【請求項2】前記投影露光光学系は、前記パターン検出
    系と対向して配置されたビームスプリッタを有している
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の投影露光
    装置。
  3. 【請求項3】前記ビームスプリッタは、前記投影露光光
    学系の光軸中心位置に設けられ、パターン検出光として
    の前記連続スペクトル光を投影パターンの中心相当位置
    に投射してこの中心相当位置のパターン検出を行ない得
    るよう構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第2項記載の投影露光装置。
JP59032356A 1984-02-24 1984-02-24 投影露光装置 Expired - Lifetime JPH0612754B2 (ja)

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US4355892A (en) 1980-12-18 1982-10-26 Censor Patent- Und Versuchs-Anstalt Method for the projection printing

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