JPS6080223A - 光露光装置 - Google Patents

光露光装置

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JPS6080223A
JPS6080223A JP58187025A JP18702583A JPS6080223A JP S6080223 A JPS6080223 A JP S6080223A JP 58187025 A JP58187025 A JP 58187025A JP 18702583 A JP18702583 A JP 18702583A JP S6080223 A JPS6080223 A JP S6080223A
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秀司 杉山
Shuji Shoda
正田 修二
Shinji Kuniyoshi
伸治 国吉
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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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass

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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)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光露光装置、特に原画パターンを投影レンズを
介して被露光体に投影し、かつ被露光体に形成されてい
る位置合せ用マークを投影レンズを介して検出するタイ
プの光慮光装置に関する。
〔発明の背景〕
原画パターンを投影レンズを介して被露光体に投影して
転写する光露光装置においては、複数個の原画パターン
を被露光体に順次投影して転写するという重ね合せ露光
がひんばんに行われる。このよう身重ね合せ露光におい
てはその重ね合せ精度は厳格であることから、各原画パ
ターン間の位置ずれを補正することが必須である。
この位置補正のためには被露光体に位置合せ用のマーク
を形成し、このマークを投影レンズを介して検出する技
術が多く用いられる。この技術においては、マークは電
気信号波形として検出され、したがってマークの位置は
その電気信号波形から決定される。
しかし、本発明者の実験研究によれば、実際に検出され
る電気信号波形はマークの真の電気信号波形から大きく
ずれ、このためマークの正確な位置を決定することが極
めて困難であることがわかった。本発明者はその原因を
更に究明した結果、露光の解像力を向上させるべく投影
レンズとしては単色光専用レンズを用いられ、したがっ
てまたそのレンズに適する単色光がマーク検出用の光と
して用いられることから、この単色光が被露光体表面に
形成されている光の波長程度の薄いレジスト膜の厚さ分
布により干渉を起し、これがマークの電気信号波形を大
きく乱していることがわかった。
〔発明の目的〕
したがって本発明の目的は光の干渉にもとづく位置検出
用マークの正確な位置決定の困難さを解決することがで
きる光露光装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明にもとづく光露光装置によれば、原画パターンは
投影レンズを介して被露光体に投影されると共に、被露
光体に形成されている位置合せ用マークは投影レンズを
介して検出される。また、位置検出用マークの、級数波
長におけるベストフォーカス像信号が発生され、そして
これらのベストフォーカス像信号にもとづいて位置合せ
用マークの位置が決定される。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明を実施するのに適した光露光装置の概念
図である。同図において、1は被露光体であるウェハ2
が載置され、XY方向にステップアンドリピートされる
ステージで、駆動モータ3および4によってXY方向に
駆動キれ、レーザ測長系5によって位置制御されるよう
になっており、0.05μm程度の位置決め精度をもっ
ている。6は霧光照明系、7はコンデンサレンズ、8は
投影レンズとしての縮小レンズで、9は原版載置台10
に設置され、かつ原画パターンが形成されている原版(
レチクル)である。11および12はパターン検出系で
あり、lla、12aは検出系照明系、llb、12b
はパターン検出器、11C112Cはハーフミラ−1l
id、12dはミラー、11e、12eはコリメー〉で
ある。
投影露光を行なうに当っては、xYステージ1上にウェ
ハ2が載置され、原版載置台10に最初のレチクル9が
設置される。この状態で露光照明系6により発生し、コ
ンデンサレンズ7を通シ集光された光が、レチクル9を
通り、縮小レンズ8を経て、ステージ1のウェハ2上に
レチクル9のパターンが投影され、転写される。
このようにして、ウェハ2上にレチクル9のパターンが
転写された後、この上に異なるレチクル9のパターンの
転写が行なわれるが、このウェハ2上に転写されている
レチクル9のパターン上に次段のレチクル9のパターン
を精度良く重ね合せて転写可能にするために、検出系照
明系11および12よシの光をそれぞれハーフミラ−1
1C112C1ミラーlid、12dを介してレチクル
9に設けられた基準窓穴から縮小レンズ8を通してウェ
ハ2に照射し、ウニノ・2上の位置検出用マークとして
の検出パターン13X、13Yの像をレチクル9上に結
像させ、この像を拡大したものをそれぞれミラーlid
、12d、ハーフミラ−11c、12Cを介してパター
ン検出器11b。
12bに導き、パターン検出器11b、12bによって
、ウェハ検出パターンの位置のX、Y座標をめ、これを
ウェハ2上の2つのチップの測定端、ζ 内イ1、リ 
L l/ 4−hn、Q In kシrWjlハd 奢
す圏ji:6知り、この相対誤差をXYステージ1を制
御して補正する。
第2図は本発明の光露光装置の要部の一実施例の概念図
を示す。ステージ1は±600μmの範囲内上下が可能
であシ、この範囲内で±0.2μmの位置決め精度を持
っている。縮小レンズ8はg線光(4358人)Ih光
光用用レンズあり、e線についてはg線のベストフォー
カス位置より130μm下位置にベストフォーカス面を
持つレンズである。つまシ通常では、g線ベストフォー
カスのステージ位置において、ウェハ2の検出パターン
13の像はレチクル9の下面側(クロムパターン側)に
結像する。またg線ベストフォーカスのステーオレベル
より下位置130μmにおいては、e線の像がレチクル
9下面側に結像する。パターン検出器19は、レチクル
18に結像した検出パターン13の像を光学系により導
きスリット21上に再結像させ、この像をスリットにて
スキャンし、スリットの位置に応じた光強度をホトマル
チプライヤ23にて光電変換する機能を持っている。
スリット21の位置計測はリニアエンコーダ22によシ
行なわれる。また、灯照明系29はg線、e線、d線が
混在した光を放出するので、検出光20中のg線光の像
を検出するときには、他の波長光によるゴースト像を除
去するため、g線バンドパスフィルタ24を光路中に挿
入する機能が付加されている。e a光の像の検出をす
るときは、同じようにe線バンドパスフィルタ25が光
路中に挿入される機能がついている。
このフィルタ挿入機能d1制御用計算機28よシフィル
タ選択モータ28に命令にあたえることで行なわれる。
このフィルタリング機能は、水銀灯照明系29とオグチ
カルファイバ30よシなる検出光供給光学系中に付加し
ても同等の効果を得ることができる。またステージ1の
上下動の制御も、制御用針n機28よりステージ駆動モ
ータ51に命令をあたえることにより行なわれる。Zス
テージ1の上下動の位置計測は、位置計測器52で行な
われる。ホトマルチプラーす4→イヤ23によシ得られ
た電気出力は、A/D変換器27によりA/D変換され
制御用計算器に入力される。
ここで、ステージ1をglAベストフォーカス位置にし
てパターン検出すると、第3図に示す波形データが得ら
れる。これは、ウェーハ2上のパターン段差上をブレー
ンサイズの大きな(約1μm)アルミニウム蒸着膜でお
おい、パターン近くニハ、段差の大きなロコス(LOG
O8)があり、レジストの平均膜厚は14000 人、
膜厚分布は約±1000人と大きな場合のデータである
同様に第4図にステージ位置をe線ベストフォーカス位
置において検出した波形データを示す。
各々のデータをX、(J)、 X、 (1)とし、バイ
パス処理したものをX t h (I) 、Y −h(
I) とする。バイパス処理とは波形の傾きや大きなう
ねりを除去するための波形整形処理で以下に示すもので
ある。
Xt h (I) =Xr−(I) Xt bただし また、 X、b(I) = X−−(I) X−b(I)ただし このようKして得られたバイパス処理波形Xgh(1)
Xahα)により なるデータを得ることができる。■は波形の横軸であり
本例においては第2図に示すリニアエンコーダ22によ
シ測定されるスリット21の位置である。本例の場合の
■の最小分解能は0.04μmである。
このような処理の後、検出パターンが可変基準レベルM
Lと一致する各点をIl〜I4とすると、/2という計
算式でめられる。
以上のことをフロー形式で示すと第5図のようになる。
このようKして得られる2つの波長データの平均値の結
果は、1つの単色光データに比べ膜厚依存性が小さい。
その理由を以下に説明する。
ウェハ上のホトレジストのような光の波長程度の薄い透
明膜は光学的薄膜と呼ばれており、第6図に示すように
、透明膜表面またはウェハ基板からの反射光および透明
膜中での繰り返し反射による反射光が互いに干渉する。
このときの反射光強度Eは次式で示される。
ただし 1:入射光強度 n:ホトレジストの屈折率 nヨ:基盤の屈折率 λ:波長 t:ホトレジスト厚さ シリコンウニノ1上にホトレジストAZ1350Jを塗
布したとし、空気の屈折率をn。−1、基板の屈折率を
”g”4.86とし、縦軸はホトレジストのないときの
ミラーウニノ1の反射強度Eo = ((no n、 
)/ (no 十〇g 112 に対する相対強度で示
し、横軸をホトレジスト膜厚tとすると、g線の相対反
射強度は第7図に示すごとく周期関数となり、1つの単
色光をウニノ・)(ターンの検出に使用した例として、
パターン周辺のレジスト膜厚分布に検出波形が影響を受
けやすいことがわかる。第8図にe線の相対反射強度と
ホトレジスト膜厚tの関係を示す。e線による検出もg
線の検出と同様のことがいえることがわかる。
第7,8図中のEgo(t)とE −o (t)の平均
値つまり反射強度は、特定膜厚を除き膜厚依存性が小さ
くこのように2つの波長による検出データの平均値をと
ったデータをパターン認識することにより膜厚分布によ
る干渉の影響を小さくすることができる。
第10図は本発明の光露光装置のもう一つの要部の実施
例を示す。第10図において、ウェハ2に形成された位
置合せ用マークとしての検出パターン13Xと13Yを
縮小レンズ8とレチクル5上に形成されたレチクルの基
準窓穴全通してパターン検出g%31.32により各々
検出する。パタれた検出パターン13Xの像はスリット
34上に結像し、番線により得られる像はスリット35
上に結像する。スリン)34.35にて結像した像をス
リットにてリニアエンコーダ36.37.により位置を
測定しながらスキャンしホトマルチプライヤ38.39
にて光強度を測定する。このようにg線、G線により検
出された2つのデータは、果が得られるが、本実施例に
よれば更に同時に異なる波長の像を検出できるので処理
スピードが速いという利点がある。
第10図に示した実施例では検出光学系中または検出光
供給光学系中に検出光の波長を制限するフィルタを挿入
する機構は示していないが、このようにフィルタを用い
なくとも2m検出ではe線による像が、0m検出ではg
線による像が光路長差によりデフォーカスしてしまうの
で検出波形の若干のコントラスト低下ですみ、特に実用
上問題とならないことが実験で確認されている。
本発明は、2つもしくはそれ以上の波長の光による検出
データの加算もしくは平均化を施したデータをパターン
認識に用いるということであり、使用する波長やその数
を限定するものではない。
また、本発明者の実験ではi線、h線1g線、e線、d
線等において自由に組み合せた場合においての同様の効
果も確認されている。
更に、かならずしも、縮小レンズは、単色光専用レンズ
でなくてもよく、使用されるデータもたとえばg −h
色消しレンズの場合であればg線とh線混在検出光によ
る検出データとe線波長光による検出データの組合せで
も可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、光の干渉にもと
づく位置検出用マークの正確な位置決定の困短さを解決
することができる光露光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実1+iiするのに適した光露光装置
の一実施例の概念図、第2図は本発明にもとづく光露光
装置の要部の一実施例の概念図、第3図はg線光による
検出パターンの波形図、第4図はe線光による検出パタ
ーンの波形図、第5図は本発明の実施例の検出パターン
の波形処理フローを示す図、第6図は光の干渉を説明す
るための説明図、第7図はg線光による干渉効果を示す
図、第8図はe線光による干渉効果を示す図、第9図は
平均化による干渉効果軽減を示す図、第10図は本発明
にもとづく光gW光装置の要部のもう一つの実施例の概
念図である。 2・・・pHt )K光体であるウニノ・、8・・・投
影レンズとしての縮小レンズ、9・・・レチクル、19
,31゜τ1図 Jfr2図 8 73図 ¥ip辺 yS図 ′TItr乙口 ”!; 7 I2I

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、原画パターンを投影レンズを介して被露光体に投影
    するように構成されていると共に、前記被露光体に形成
    されている位置合せ用マークを前記投影レンズを介して
    検出するように構成されている光露光装置であって、前
    記マークの、複数の波長におけるベストフォーカス像信
    号を発生するように構成され、かつこれらのベストフォ
    ーカス像信号にもとづいて前記マークの位置を決定する
    ように構成されていることを特徴とする光露光装置。
JP58187025A 1983-10-07 1983-10-07 光露光方法 Expired - Lifetime JPH0732109B2 (ja)

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