JPH0652705B2 - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPH0652705B2
JPH0652705B2 JP63115534A JP11553488A JPH0652705B2 JP H0652705 B2 JPH0652705 B2 JP H0652705B2 JP 63115534 A JP63115534 A JP 63115534A JP 11553488 A JP11553488 A JP 11553488A JP H0652705 B2 JPH0652705 B2 JP H0652705B2
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  • 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、IC,LSI等の製造に使用される露光装置
に関するものであり、特に、アライメントに関する新し
い手法とシステムを提供するものである。
<従来技術> マスクアライナーに要求される基本的な性能は、解像性
能とアライメント精度である。あと一つ挙げるとすれば
生産機械としての価値感から処理能力(スループツト)
であろう。半導体素子の微細化、高集積度化に伴なっ
て、より高い解像性能とアライメント精度が際限なく要
求される。
マスクアライナーは、素子の微細化に伴ないコンタクト
/プロキシミテイ方式、1:1ミラープロジエクシヨン
方式、レンズプロジエクシヨン方式と、その露光方式の
変遷をたどったが現在は450nm〜350nmの波長の光
を露光光源とする縮小投影露光装置、いわゆるステツパ
ーが主流となっている。
さらに次世代のデバイス製造のための次世代アライナー
としては、より短い波長を持つ光源、例えばエキシマレ
ーザーの250nm程度の波長の光を露光光源とするステ
ツパーが有力視されている。又、これに伴なって、レチ
クルの回路パターンとウエハ上のパターンの重ね合わせ
精度も、解像力の向上に比例してより高い精度が要求さ
れることになる。例えば、16メガDRAMを例にとる
と、解像力0.5μmの場合には重ね合わせ精度0.1
5μm、アライメント精度0.1μmが必要である。
従って、高精度に重ね合わせを行なえる新規アライメン
トシステムが要望されており、本件出願人が、特願昭6
0−102727号や特願昭60−235924号で提
案したアライメントシステムもこの要望に対応するもの
であった。
これらの特許出願に示したアライメントシステムは、ウ
エハを吸着保持するウエハチヤツクをアライメントに用
いるものであり、ウエハチヤツク上にアライメントマー
クを作り込んでおき、オフアクシス顕微鏡とXYステー
ジを用いてウエハ上のアライメントマークとウエハチヤ
ツク上のアライメントマークの相対位置関係をXY座標
上(メモリ内)に位置付けた後、ウエハチヤツク上のア
ライメントマークとレチクルのアライメントマークの相
対位置関係を、露光用の投影レンズ系とXYステージと
を用いて検出することにより、レチクルとウエハとの位
置関係を求めるものである。
<発明の概要> 本発明は上記のウエハチヤツクを利用したアライメント
システムの応用に関するものであり、常に高精度のアラ
イメントを行なえる新規な露光装置を提供することを目
的とする。
上記目的を達成する為に、本露光装置は、レチクル上に
形成されているパターンをウエハ上に投影露光する投影
光学系と、前記ウエハを保持する保持手段と、前記保持
手段を担持して移動する可動ステージと、前記レチクル
上に形成されたマークに光を照射する照明光学系と、前
記投影光学系を介した前記マークの像を複数記録する為
に、前記保持手段上であって、前記ウエハを囲んで配設
された記録媒体と、前記可動ステージの移動量を計測す
る為の計測手段と、前記記録媒体上の複数の前記マーク
像及び前記ウエハ上のアライメントマークを検出する為
のオフアキシス光学系とを有することを特徴としてい
る。
本露光装置では、上記感光層として光磁気記録材料やフ
ェトクロミツク材料等の書込み・消去ができる記憶材料
を使用し、感光層の繰り返し使用を可能にしている。
本発明の更なる特許及び具体的形態は後述する各実施例
に記載されている。
<実施例> 第1図は、本発明に基づくシステムの全体レイアウトを
示してある。
システム全体は定盤1上に組み上げられる。(構造体は
不図示)。定盤1上にはウエハーステージ2があり、ウ
エハーチヤツク3及びそこに吸着保持されたウエハー4
を投影レンズ5の光軸に垂直な平面及び光軸方向に沿っ
て移動可能としている。ウエハーステージ2は、その上
に設けた光学ミラー6にレーザー干渉計70の光7を当
てる既知の手法により、その位置座標を知ることが出
来、指定された量の移動がすべて制御される。投影レン
ズ5の上方にはレチクル保持台8に保持されたレチクル
9があり、さらにその上方の照明光学系Aから光が照射
された時レチクル9にとりこまれたパターンが投影レン
ズ5を介してウエハー4表面に転写される様に構成保持
されている。
照明光学系Aは、超高圧水銀灯10から発する光をレチ
クル9上に均等に照射すべく、第1〜第3のコンデンサ
ーレンズ11,12,13と光束を曲げるべく第1,第
2のミラー14,15で構成されている。シヤツター1
6は露光の制御を行う。
第2,第3のコンデンサーレンズ12,13と第2ミラ
ー15は、レチクルパターン面17と共役な面を図示B
の部分に作り出す様に設計されており、この部分にマス
キングブレードを置くことにより、レチクル9の特定の
部分だけ照明できる様になっている。マスキングブレー
ドは、USP4.474,463 に示す様に既知の技術なので図
示しないが、4枚の独立なブレードを駆動回路72で駆
動して、認意の矩形の開口を設定することが可能であ
る。
投影レンズ5に近接して、投影レンズ5の光軸と平行な
光軸を有するオフアキシスアライメント光学系Cが配置
される。
アライメント光学系Cにおいて、ハロゲンランプ22か
ら出た光は、集光ミラー23,集光レンズ24により集
光され第1の編光板31,ハーフプリズム25,対物レ
ンズ26,ミラー27を経てウエハー面(又はチヤツク
上面)を照射する。ウエハー面から反射した光は逆に可
動ミラー27,対物レンズ26を経てハーフプリズム2
5で上方に光軸を曲げ、リレーレンズ28を介して、一
旦基準マーク31上に結像する。
エレクター32は、前記ウエハー4の像と基準マーク3
1上のパターンヲ撮像管29の管面30の上に結像する
として、エレクター32と撮像管29の間には第2の編
光板33を配置する。これにより、アライメント光学系
Cは編光顕微鏡を構成している。
撮像管29からの信号はCCU71を介して画像処理回
路73へ送られ、画像処理回路73は、基準マーク31
の画像と、ウエハ上のアライメントマークの画像や後述
する磁化像の画像を処理する。(例えば両者の基準マー
ク31との位置関係を求める。) ウエハーチヤツク3のウエハー4の外側になる部分(即
ち、ウエハ面と接しない部膨)に表面が略ウエハー4の
表面と一致する様な凸起部分40があり、この表面に光
磁気記録材料106がコートされている。
光磁気記録材料は通常の状態では、磁極の方向が一つの
方向(例えば上向きに)に整列しているが、逆方向(下
向きに)の弱い磁場をかけて且つ光エネルギー(露光
光)をあてると、光の当った部分だけ極性が反転する。
そしてこの正逆の磁極のパターンを編光顕微鏡を成すア
ライメント光学系Cで観察することができる。
さらに記録時と逆方向の強い磁場(上向き)をかけると
磁極は通常の整列状態に復帰する。従って、パターンの
書き込みと消去が可能である。
この書き込み、消去をする為の手段はいくつか考えら
れ、これについては本件出願人による特願昭62−24
5244号で詳細に説明してある。
ウエハチヤツク3の部分断面図を第6図に示す。
磁化像形成時に弱い磁力線を発生させる手段は種々ある
が本実施例では、ウエハーチヤツク3に永久磁石を埋設
する方法を採用する。
こうすれば、いつでも磁化像形成の状態を作っておけ
る。なぜならば、コイル等を使う場合には、シーケンシ
アルな動作が入るし、電流・抵抗による熱の発生の心配
があるためであり、永久磁石の使用は安直で確実な方法
である。
ウエハーチヤツク3のウエハー保持面は周辺に輪帯状の
シール面101があり、その内側に多数のピン102を
配置したピンチヤツク形状を成し、そこにチヤツク内管
路103を通して排気(真空)することにより、ウエハ
ー4の平面矯正を行う。
ウエハーチヤツク3の外周には、リング105が配置さ
れ、ビス106によりチヤツク3と結合される。
リング105の表面には磁気記録材料106が蒸着(あ
るいはスパツタリング)により、層状に形成されてお
り、その表面の投影レンズ5の光軸方向の位置はウエハ
ー4の表面位置と略一致している。
リング105の溝部には永久磁石107が接着されてい
る。永久磁石の磁極の方向は上側N、下側Sに整列して
おり、破線で示す様な磁力線109を発生する。磁力線
109は光磁気記録材料層106の面に対し略垂直に交
わる。
第7図は投影レンズ5の周辺に設けられる磁界発生手段
を示している。
同図において、201が磁界発生手段であり、磁気ヘッ
ドから成る。光磁気記録材料106に記録された磁気像
の消去に用いられる。
磁化像消去の手順としては、ウエハステージ2を移動し
て、光磁気記録材料106の磁化像の形成された部分を
消去用磁気ヘツド201下部に送りこみ、第8図に示す
様に磁気ヘツド201のコイル202に駆動回路701
により電流を流し、コイル202の中心に配した鉄心2
03に磁力線を発生させる。
第6図と対応させると磁気ヘツド201側がN極になる
様にコイルに電流を流す。この磁力線が十分強ければ、
チヤツク3内部に埋設した永久磁石の磁力線に打ち勝っ
て光磁気記録材料層106に略垂直に逆方向の磁力線が
形成でき、磁化像を消去することができる。
第6図では1個の磁力線発生手段201が図示されてい
るが、実際には投影レンズ5の回りに複数個の磁力線発
生手段を設けた方が良い。これによりステージのわずか
な移動でウエハチヤツク3上の任意の箇所に形成した磁
化像を高速にして消去できる。
本発明の露光装置のアライメント−露光実施手順の1実
施例を第2図のフローチヤート図及び第3図のレチクル
平面図及び第4図(a),(b)のウエハー及びウエハ
ーチヤツク平面図を用いて説明する。
まずこのアライメント−露光の工程を第N番目の工程と
すると、第3図は第N工程用のレチクル50を示すこと
になる。第3図において実素子パターン領域51の周囲
のスクライブ線に相当する部分52にはN工程以降の工
程で使用するウエハーAA(Auto Aligment)用マーク
53L,53Rが入っている。本発明によりウエハチヤ
ツク周辺の光磁気記録材料部に投影する為のマークとし
て、もちろん53L,53Rは使えるが、本実施例で
は、実素子パターン領域51(52)の外で露光有効領
域54の内側に相当する領域に作りこんだマーク55
D,55U,55L,55Rを光磁気記録材料へのパタ
ーンの記録に使用することにする。
第2図のフローチヤート図に従えば、まずN−1工程が
終了したウエハー60がウエハー保持台3(ウエハーチ
ヤツク)の上に吸着セツトされる(STEP[10
1])。この時の状態を示したのが第4図(a)であ
る。第4図(a)において、配列している矩形パターン
61は、N−1工程で作られた実素子エリア(SHO
T)を示している。実素子エリア間のスクライブライン
には、前工程で用意されたN工程用のウエハーAAマー
ク62が配列されている。ウエハチヤツク3の周辺部で
あってウエハを囲んで配設された磁気記録材料面40に
は、未だパターンは形成されていない。
次にフローチヤート図に示すSTEP[102]で、す
くなくとも2ケ所以上のウエハーAAマークをアライメ
ント光学系Cで検出し、ウエハーの配列方向が装置の基
準方向(例えばX軸方向)に一致する様にウエハーチヤ
ツク3をθ方向に回転調整し、ウエハーの配列方向と基
準方向とが合致したところでウエハー4のθを固定す
る。この作業は従来のオフアクシスステツパーにおける
プリアライメントと同じ作業なので詳細は省略する。も
ちろんθ固定時のウエハーAAマークの検出値(△u
i,△vi)とその時のステージの位置座標(xi,y
i)はCPU74を介してメモリー75に収納する。
次にSTEP[103]で磁化像の形成を行う。あらか
じめ、磁化像を形成する為の予定の位置(XY位置座標
上の)に、ウエハステージ2を移動し、シヤツター16
を開いて露光をかけ、光磁気記録材料層40の上に磁化
像を形成する。予定した数を教えるまでSTEP露光を
繰り返す。もちろん露光時のステージ座標位置(Ex
j,Eyj)は、読み取られ、メモリー75に収納す
る。尚、レチクル50上の磁化像用マーク55D,U,
L,Rのどれを光磁気記録材料層40の各位置に焼き付
けるかは、マスキングブレード20を働かせることによ
り行う。またこの磁化像用マーク55D,U,L,Rの
露光時にウエハー上の有効SHOTを露光しない為にも
マスキングブレード20を使用する。この露光の結果形
成された磁化像を第4図(b)に示す。
本実施例では第4図(b)に示す様に計4回の露光によ
りチヤツクの上下左右に計8個の磁化像マーク65を形
成している。
次にSTEP[104]で、アライメント光学系Cによ
り磁化像マーク65j(j=L,R,L,D…)とウエ
ハーAAマーク62i(i=1,2,3…)の位置(△
uj,△vj)(△ui,△i)検出と同時にその時の
ステージ位置座標値(xj,yj)(xi,yi)を読
み取る。この時、磁化像マークとウエハーAAマークの
読み取り順序は特に指定はないが、全体のステツプ時間
が最短になる様に手順を決めるのが好ましい。
又、STEP[102]〜[104]の中に於るウエハ
ーAAマークの検出の数、磁化像の焼付SHOT数と焼
付マークの個数及び検出数等は、N工程の重ね合せ必要
精度によって決定されるべきものである。
従って例えばSTEP[104]に於るウエハーAAマ
ークについていえば、最大は全SHOTの全マークであ
り、最小はSTEP[102]のデーターで事足りると
してSTEP[104]での検出数ゼロでもかまわな
い。
本実施例では、以上の[STEP]で投影レンズ5の投
影倍率、レチクル9のθ誤差を確認することができる。
又、場合によっては、磁化像のコントラスト等を検出す
ることにより、ウエハー4の光軸方向の位置ずれも検出
できる。
STEP[105]に於て、STEP[102]〜[1
04]で取ったデータから、実素子パターン露光時の配
列座標を決定する為の演算処理を行う。ここでも座標の
演算法について種々の方式があるが、いずれも既知の手
法なのでここでは省略する。基本的には、磁化像の形成
及び検出に於て得られた座標を基準としてウエハーAA
マークの検出座標を補正することになる。そしてSTE
P[106]でSTEP[105]で決められた配列座
標に従って、ウエハステージ2のステツプ移動と露光を
行う。
この時はもちろんマスキングブレード20によって照明
光の照明範囲を規制し、レチクル9上の磁化像用マーク
55は遮光する。
STEP[107]では、ウエハチヤツク3上の光磁気
記録材料40に形成されている磁化像を消去する。ウエ
ハチヤツク3自身が消去手段を持っている場合は、ST
EP[106]の前、あるいはSTEP[105]やS
TEP[106]の途中で磁化像を消去することができ
る。
又、ウエハチヤツク3自信に消去手段を付設する場合、
前述の磁気ヘツド201をチヤツク内部に埋設しておけ
ば良い。この様な構成にしておけばステージ2を駆動す
ることなく、任意の位置で磁化像の消去ができる。
以上説明した本露光装置におけるアライメントの方式
は、理解を容易にする為に単純化してあるが、この方式
に限定するものではない。つまりここでの要点は、ウエ
ハーのθを固定してから以降の作業として、 ウエハー4上の、あらかじめ指定されたアライメント
マーク(複数個)をアライメント光学系Cの視野にとら
え、その時の検出位置データーとステージ位置のデータ
ーを情報として取りこむこと。あらかじめ指定された
位置にレチクルの磁化像マークを形成し同時にその時の
位置情報を取りこみ、磁化像マークをアライメント光学
系Cの視野にとらえ、その時の検出位置データとステー
ジの位置のデーターを情報として取りこむこと。以上
,のデーターを使ってステツプ露光のシヨツト配列
座標を演算することであり、その中の手順前後は問題に
しないという事である。さらに、磁化像は次にその領域
に次の磁化像を形成する時までに消去されていれば良
い。
この様なアライメント方式ではウエハステージ2は頻繁
に移動することになり、第2図のフローチヤート図の手
順を送っていては、ウエハステージ2の移動量が大きく
なり(即ち移動時間が大きくなり)、ウエハー一枚当り
の処理時間が長くなってしまうという欠点を持ってしま
う。
従って実際には検出すべきウエハーのアライメントマー
クの配置及び、形成し、検出すべき磁化像の位置は決っ
ているのだから、ステージの移動時間がより短くなる様
に手順を組み合わせるのが妥当であり、CPUをもって
これらをプログラムするのは容易なことである。
以上本露光装置によれば、従来のオフアクシス方式のア
ライメントシステムを利用するものでありながら、従来
持っていた精度上の欠点を大幅に改善でき、精度の向上
が見込めることである。
更には上記の効果がシステムとしての弱点なしに、かつ
実施上の大きな障害なく達成できるという事である。
前述の実施例に対して、光磁気記録材料をホトクロミツ
ク材料に置き換えることも可能である。ホトクロミツク
材料の場合には書き込みに磁場という様な特殊な条件が
不要な事、蓄積型の反応なので露光エネルギーが弱くて
も時間をかければ必ず像が形成できるというメリツトが
あり消去の場合も熱又は白色光で簡単に消去できる。
又、ホトクロミツク材料を使用する場合は、オフアキシ
スアライメント光学系は編光顕微鏡で構成する必要はな
く、通常の顕微鏡を使用する。
一方、前述の実施例で用いた光磁気記録材料の方は、エ
ネルギーの蓄積性が無く、単位時間当りの光エネルギー
がある臨界値より下がると磁化像が形成できない性質を
持っているために、像面での露光光の照度を十分な値に
設定する必要がある。
この場合には、構成的にやや複雑になるが第5図に示す
様に正規の露光用照明光よりも強い光エネルギーを磁化
像用マーク部分に集中して与えてやる方法が考えられ
る。第5図の場合、正規露光時に使用されるミラー90
を退避可能に構成し、磁化像露光時にはこれを90′に
退避させ露光光源91からの光を直接ファイバー92に
取りこみその射出光を磁化像用マーク位置に相当するレ
チクル上面95に直接あるいはマスキング面95′から
間接的に照射し露光する方法が有効である。又、フアイ
バー92を用いる代りに、別途レーザ光源を配設し、レ
ーザ光源からのレーザ光でレチクル上面95を照射し、
露光しても良い。
また、第5図に示す露光用光源91はKrFエキシマレ
ーザーであり、本発明をエキシマレーザステツパーに於
て実施することを考えた場合、磁化像の焼付時に、ステ
ージを走らせながら露光する、いわゆるFlosh on the F
ly方式の使用によりスループツトの短縮が可能である。
エキシマレーザーはパルスレーザーであり、そのパルス
時間は20nsec/pls 前後であり、仮にステージが10
0mm/sec で走行していたとしても、20nsecに走る時
間は0.002 μmであり、像流など問題になり得ない。ま
た、従来から良く知られているFlash on the Fly方式に
よる露光は、すくなくともXY座標の2軸方向の目標地
点をステージが通過することが前提で、その瞬間に露光
するというものだが、ここでのFlash on the Fly方式は
ステージがあるトレランス領域を通過中に露光をかけ、
その露光の瞬間のステージ座標位置を読み取るという事
であって前者よりもはるかに容易であることは言うまで
もない。
第5図に示すKrFエキシマレーザステツパーは、エタ
ロンやグレーテイング等から成る狭帯域化手段を光源9
1内部に格納してある。この狭帯域化手段によりKrF
レーザのバンド幅を△λ=0.005nm程度に狭帯域化して
いる。又、投影レンズ5を構成する複数枚のレンズ素子
はSi2 のみから成り、λ=248.4nm程度の波長のK
rFレーザ光を十分に透過する投影レンズとなってい
る。
この様な露光装置では、多層レジストが形成されたウエ
ハ上のアライメントマークを投影レンズを介して観察す
るのは非常にむずかしいが、本発明によれば、投影レン
ズを介して観察する所謂TTL方式のアライメントと同
程度の精度で、ウエハのアライメントマークとレチクル
のアライメントマークの位置関係(即ち、ウエハとレチ
クルの回路パターンとの位置関係)を知り、レチクルと
ウエハの位置合わせを可能にする。
<発明の効果> 以上、本露光装置によれば、ウエハを吸着保持するウエ
ハチヤツクの周辺部であってウエハを囲んで光磁気記録
材料やホトクロミツク材料等から成る感光層を形成して
おくことにより、この感光層にレチクルのアライメント
マークを投影レンズを介して転写して、転写したアライ
メントマーク像とウエハ上のアライメントマークとの位
置関係に基づいてレチクルとウエハ或はウエハ上の各シ
ヨツト領域との位置合わせを行なうことができる。
従って、ウエハの処理プロセスによらず、常に高精度の
位置合わせが行なえる。
又、記録媒体上にウエハを囲んで複数のアライメントマ
ーク像を形成できる為、ウエハステージの移動の際のク
セやウエハチヤツクの熱的変形等の影響を軽減できる。
又、光磁気記録材料やホトクロミツク材料は書き込み及
び消去が可能な記録材料である為、繰り返し使用ができ
るという格別の効果がある。
又、ウエハチヤツクの感光層に転写したアライメントマ
ーク像の状態(位置、コントラスト)に基づいて、投影
レンズの倍率やレチクルの回転方向(θ)のずれやウエ
ハの投影レンズの光軸方向の位置ずれ(ピントずれ)等
も検出でき、極めて多種多用の機能を備えた露光装置を
提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る露光装置の一実施例を示すシステ
ム構成図。 第2図は本露光装置によるアライメント−露光の実施手
順の一例を示すフローチヤート図。 第3図は第N工程に使用するレチクルの平面図。 第4図(a),(b)は第N工程におけるウエハとウエ
ハチヤツクの平面図。 第5図は第1図の露光装置の変形例を示すシステム構成
図。 第6図はウエハチヤツクの部分的断面図。 第7図は投影レンズの周辺に配設される磁界発生手段を
示す図。 第8図は第7図の磁界発生手段による磁化像消去方法を
説明する為の説明図。 A……照明光学系 C……オフアキシスアライメント光学系 3……ウエハチヤツク 4……ウエハ 40……ウエハチヤツクの凸起部分 106……光磁気記録材料層 107……永久磁石 201……磁気ヘツド(磁化像消去用)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レチクル上に形成されているパターンをウ
    エハ上に投影露光する投影光学系と; 前記ウエハを保持する保持手段と; 前記保持手段を担持して移動する可動ステージと; 前記レチクル上に形成されたマークに光を照射する照明
    光学系と; 前記投影光学系を介した前記マークの像を複数記録する
    為に、前記保持手段上であって、前記ウエハを囲んで配
    設された記録媒体と; 前記可動ステージの移動量を計測する為の計測手段と; 前記記録媒体上の複数の前記マーク像及び前記ウエハ上
    のアライメントマークを検出する為のオフアキシス光学
    系とを有することを特徴とする露光装置。
  2. 【請求項2】前記複数の記録媒体に各々前記マーク像を
    記録し、前記可動ステージを一定量送って前記マーク像
    を前記オフアキシス光学系の下にもってくると共に、前
    記マーク像の位置を検出する制御手段を有することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光装置。
  3. 【請求項3】前記記録媒体が、光磁気記録媒体であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光装置。
  4. 【請求項4】前記記録媒体が、フォトクロミック材料で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光
    装置。
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