JPS611020A - 露光装置 - Google Patents

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】 本発明は露光装置に関する。ここでは特にプロジェクシ
ョンアライナにおいてウェハ表面をマスク面に対して平
行度を保って焦点面に設定する装置について説明する。

ノンコンタクト露光方式によるマスク合せ装置として、
ウェハ面にマスクパターンを投影結像し位置合せと露光
を行なうプロジェクションアライナがある。このプロジ
ェクションアライナにおいては、ウェハの焦点深度内で
の位置決めが重要であるが、提案されているレベリング
法によれば、第１図に示すように、例えば平行出し部３
上の３点のレベリングパッドＩＡ、ＩＢ、ＩＣで構成し
た基準面Ｘ−Ｘに対してウェハチャック２に支持された
ウェハ５を下から押付けて平行出しを行なった後、焦点
位置まで下げて露光を行なう方法が採られる。上記ウェ
ハチャックは球面座４に取付けてありウェハを基準面に
押付けることでウェハの基準面への平行出しを図るよう
になっているが、この機構のみでは実際には第２図に示
すようにウニバカ△ｔ＝±１０μｍ８度傾いてもそのま
ま露光されてしまい、ウニへの周辺部分で解像度が劣化
してしまう欠点がある。このアライナではレベリングを
繰り返丁うちにウェハ表面のレジストがレベリングパッ
ドに堆積し、±１０μｍ程度の傾きが発生することがあ
った。又、ウェハ自体に凹凸やわん曲があった場合には
レベリングパッドへの接触によってもウェハ表面の基準
面との平行が保たれず、ウェハ表面の一部は焦点深度外
に出てしまいここでは十分な解像度が得られないという
問題を生じていた。

尚、エアマイクロを用いて基準面とウェハとの間の距離
を測定し、露光する露光装置については、特開昭５２−
１４３７７５に記載されている。

本発明は上記した技術の欠点を取除くためになされたも
のである。したがってその目的は、プロジェクションア
ライナにおいて、ウェハ表面すなわち被露光物表面を基
準面との平行を保って焦点面に設定することによりウェ
ハ周辺での解像度を良くし歩留りを向上させるウェア・
位置設定技術を提供することなどにある。

上記目的を達成するため本発明の一実施例の概要は、プ
ロジェクションアライナにおいてウェア１表面を焦点面
に設定するにあたって、基準面を構成てる複数のレベリ
ングパッドに対してウェハな接触させて平行出しを行な
った後に基準面からウェハを下降させた位置で基卑面に
設けた複数のエアマイクロメータによりウェハの平行度
を測定し、この平行出し、平行度測定を反覆して行ない
平行度が所定基準値内に入ったウェア・の状態でウェア
・を焦点面に設定することを特徴とするもので、かかる
状態で露光に移行することによりウェア・周辺での良い
解像度などを得ようとするものである。

以下本発明を実施例にそって詳述する。

第３図及び第４図は本発明の一実施例の装置におけるウ
ェハ位置設定法の原理を説明するためのもので、第３図
において大円６はウニ／％の位置を示し、３個の一重丸
ＩＡ、ＩＢ、ＩＣはレベリングバンド、４個の二重光７
Ａ、７Ｂ・・・・・・はエアマイクロメータの各ノズル
の位置を示す。これらノズルのうち３個（７Ａ、７Ｂ、
７Ｃ）はレベリングパッドの近傍に開口し、他の一個（
７Ｄ）はほぼ中心の位置に開口する。

ウェハ５はウェハチャック２上に低真空吸着した状態で
上昇（レベリング）させていったんレベリングパッドに
接触させることにより平行出しをした後、約５０μｍ程
度下降させ、第４図に示すようにその位置で上記エアマ
イクロメータの３個の７Ａ〜７Ｃノズルによりエアを噴
出させ、各ノズルの背圧を測定することにより各ノズル
からウェハ表面までの距離ｄｔ、ｄｔ・・・・・・を算
出してウェハの平行度（傾き）を求める。このウニへの
傾きが例えば２μｍ以内に入らないときは再びレベリン
グを行なうこととする。ウェハの傾きにあらかじめ基準
を設け（例えば±２μｍ）、その基準内に入るまで数回
レベリングを繰り返え丁。基準れたとし、露光を行わせ
る。なお、規定のレベリング回路（例えば５回程度）以
上繰り返した場合ハコミ等の影響があると考えられるの
でアラームを出す。

前記マイクロメータによる測定を４個のノズルを用いて
行なえばウニへの極端なわん曲や凹凸の状態を測定でき
る。すなわち３個のノズルを用いてウェハの平行出しを
行なった後、又は同時に中心のノズル７Ｄを加えた４個
のノズルによりウニへの凹凸状態を測定する。次にウェ
ハのどの高さに焦点面があったとしたら最も有効に全表
面が焦点深度内に入るかを計算する。このウェア・にと
って理想的な焦点面が光学系の焦点面ＦＦに一致するよ
うにウェハをチャックに来せたまま移動して焦点面に設
定し、しかるのち露光する。

以上のような方法でウェハ表面を光学系の焦点に合致さ
せておけば、焦点深度はレジンで２０μｍあるので＋１
５μｍの凸ウェハも一１５μｍの凹ウェハも完全な焦点
深度内にその表面が含まれるので全面にわたって良好な
プロジェクション焼付けができる。

第５図り本発明によるプロジェクションアライナの一つ
の実施例の全体構成を示し、１０は、アライナを設置す
るグラニット（みかげ石）よりなる定盤で、エアクッシ
ョン１１を有する脚部を介して基台１３上に水平に支持
される。１４はスキャンテーブル（可動基板）でエアベ
アリング１５を介して定盤１０上に水平方向摺動可能に
支持される。スキャンテーブルの一部に設けたマスクホ
ルダ１６にマスク１７が設置され、定盤下の光源１８（
水銀ランプ）よりの光をコンデンサレンズ１９、スリッ
ト２０を経てマスク１７のパターンを光学ヘッド２１内
の複数の曲面、平面反射鏡からなる光学系を経てウェハ
５表面に結像する。ウェハはスキャンテーブル１４の他
部に設けた上下駆動部２２を有するウェハチャック２上
に密着支持される。定盤の一側には平行出し部３が連設
され、第８図、第９図、第１０図に示すように下面に３
個のレベリングパッドＩＡ、ＩＢ、ＩＣを配置するとと
もに、パッド近傍を含めて４個のエアマイクロメータの
ノズル７Ａ、７Ｂ・・・・・・７Ｄが開口する。なお第
９図はＯ調整用のプレート５、第１０図は倍率調整用の
プレート５を示す。尚、このＯ調整用プレートは平面度
をたとえば±１μ以内に仕上げたプレートで、ウェハの
かわりにこの０調プレートをパッドに押しつげて基準面
を作り、各エアマイクの読みが０μｍになるようにエア
マイクのＯ調つまみを調整するだめのものである。

この調整によりエアマイクロを基準面にセットできる。

次に、倍率調整用のプレートはたとえばｈ＝８０μｍの
段差をつけた、上下両面の平行度がたとえば±１μｍ以
内のプレートであり、これをウェハのかわりにパッドに
押しつけた時各エアマイクロの読みが８０μｍになるよ
うにエアマイクロの倍率調整を行なうためのものである
。上記スキャンニングテーブル１４は同図の破線で示し
である位置でウェハの平行出しとエアマイクロ測定忙よ
る焦点面への設定を行ないその後定盤上を水平移動し、
実線で示す位置で露光を行なうようになっている。

第６図は本発明の一実施例によるプロジェクンョンアラ
イナにおけるウェハ位置設定のための装置を示す。２３
はパルスモータであり、ベルト等の伝達機構２４を介し
てシリンダーガイド（エアベアリング）２５内のマイク
ロメータヘッド２６に繋がり、その回転によって感圧素
子２７に圧力変化を与えるようになっている。４は平行
出しのための球面座で受け２８により自由な角度でウェ
ハチャック２を支持固定する。ウエノ・チャックの表面
には真空吸着用の溝２９を有し、その上に載置したウェ
ハ５を真空吸引して固着させる。３は平行出し部であり
、第８図に示すようにレベリングパッドＩＡ、ＩＢ、Ｉ
Ｃとともにエアマイクロメータのノズル７Ａ、７Ｂ、７
Ｃ，７Ｄを配置する。第６図において各ノズルはＡ／Ｅ
コンバータ３０を介してディジタルコンバレーｐ　３１
　Ｖｃ！気的に接続されている。３２はディジタルスイ
ッチ、３３はシーケンスコントローラでモータ駆動部３
４を動作させてパルスモータ２３の回転又は停止を行な
う。

はじめにパルスそ一夕２３の回転によりマイクロメータ
ヘッド２６を動作させてウェハ５を上昇させ、ウェハが
平行出し部のレベリングパッドに接触すると球面座の作
用により平行出しがなされる。このとき球面座には低真
空が作用している。

さらにマイクロメータヘッドのわずかな上昇により感圧
素子が変形して設定圧力を検出する。このとき同時に真
空を低真空から高真空に切り替えて球面座ケ真空で固定
する。その後パルスモータ２３を逆転してウェハな例え
ば５０μｍ下降させる。ここでエアマイクロメータの３
個のノズルよりエア（Ｎ２　）を噴出し３点でウェハ面
と基準面Ｘ−Ｘとの間隔を測定し、ディジタルコンパレ
ータによりウェハの傾きを測定する。この傾きが２μｍ
以上あるどきはモータ駆動部によりパルスモータを正回
転させてウェハを再びレベリングし、同様の動作を行な
う。ウニへの傾きが基準値（例えば±２μｍ）以内にな
ったときウェハの平行出しがなされたものとし、平行出
し部の中心のノズル７Ｄを加えたウェハの凹凸度測定を
行なう。すなわち、４個のエアマイクロのノズルでウニ
へ表面が基準面Ｘ−Ｘに対してどれだけ各部が変位して
いるかを測定し、それらの変位量のたとえば平均を取る
とする。この平均位置に光学系の基準面があればウェハ
全面は十分露光範囲内に入るであろう。

ここで平均を考えたが、エアマイクロメータの設置場所
やウェハ面の曲がり方などにより変位量に対してどのよ
うな計算を行なうと最も有効な焦点位置が決定できるか
は種々に考えられる。

さて光学系の焦点面Ｆ−Ｆは基準面Ｘ　−Ｘ’に対して
平行に例えば８０μｍ下げた所に設置してあり、前述の
変位量の平均値が８０μｍになるまでエアマイクロメー
ターで測定しながらパルスモータ−を駆動してウェハを
下げてやる。このようにすると、ウェハの凹凸の平均的
な高さに光学系の焦点面が設定できてウェハ全面を焦点
深度内に入れることができる。

第７図はこの発明の一実施例ウェハ位置設定装置を用い
て２回レベリングを行なった場合のレベリングシーケン
スを横軸に時間（Ｔ）、縦軸にウェハ高さくｈ）で示し
たものである。

この発明の一実施例によれば、ウェハの平行出しが自動
化でき、ウニへ周辺での解像度が向上し、焼付歩留りが
１〜５％程度に向上した。又１本発明の一実施例により
±１５μｍ程度の平面度である現状のウェハの表面全域
が±１０μの光学系の焦点範囲内に入ることになり、３
μｍプロセスなどの微細なプロセスにおいてパターンの
解像度不良が発生しなくなり、ＬＳＩチップの歩留りが
大幅に向上することＫなった。

本発明は前記実施例に限定されるものでなく、これ以外
に下記のように種々な変形例が考えられる。

（１）ウェハの平行度検出手段として、エアマイクロメ
ータ以外に静電容量型マイクロメータのごとき非接触型
測定手段を使用できる。又わずかな力で接触する電気マ
イクロメーターも利用することができる。

（２）実施例では、ウェハをレベリングパッドから５０
μでいと離して無負荷の状態で測定しているが、レベリ
ングパッドにおしつけた状態で測定して、傾き及び凹凸
を判断した後で同様なウェハの焦点面への設定を行なう
こともできる。ただし、ウェハに負荷のかかっていない
実施例の状態の方が精度は高い。

（３）実施例では４本のエアマイクロメーターを用いて
いるが、中央部に一本測定手段を有した状態で、ウェハ
をバンドに接触させたまま測定してウェハの傾き凹凸の
判断を行うこともできる。即ちウェハなパッドに圧しつ
けた状態では０μｍ程度の読みになるのが普通であるが
一１０μ程の読みのときは傾きが大と判断されもう一度
レベリングをくり返させ、又＋１０μの場合にはウェハ
が１０μ凸型であると判断して焦点設定を行なえる。

ただし、この方法ではウェハの凹凸が小さいときにはき
わめて実用的であるが、ウェハが凹型であったり凸型で
あったりし、しかも±１０μ程度もある場合には実用性
に乏しくなる。

（４）　　レベリングパッドを固定することなく可動と
する。丁なわち、ウェハをレベリングパッドにおしつげ
てエアマイクロメータにより平行出しの状態をモニター
しながらそれが完全になるまでパッドを突出又は後退さ
せて修正する。各パッドはパルスモータ駆動等圧より突
出、後退動作できるようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はレベリング装置の正面図、第３図及
び第４図は本発明の一実施例におけるウェハ位置設定法
の原理を説明するための装置の平面図及び正面図である
。９５図は本発明の一実施例によるプロジェクションア
ライナの全体構成を示す正面（一部断面）図、第６図は
本発明の一実施例によるウェハ位置設定装置の要部断面
図及び電気系のブロック線図、第７図は本発明の一実施
例によるウェハ位置設定プロセスを示す曲線図、第８図
乃至第１０図は本発明の一実施例によるウェハ位置設定
装置の要部を示し、第８図は平面図、第９図、第１０図
は正面図である。 ＩＡ、ＩＢ・・・レベリングパッド、２・・・ウェハチ
ャック、３・・・平行出し部、４・・・球面座、５・・
・ウェハ、６・・・ウェハの位置を示す大円、７に、７
Ｂ・・・エアマイクロメータのノズル、１０・・・定盤
、１１・・・エアクッション、１２・・・脚部、１３・
・・基台、１４・・・スキャンテーブル、１５・・・エ
アベアリング、１６・・・マスクホルダ、１７・・・マ
スク、１８・・・水銀ランフ’、１９・・・コンデンサ
レンズ、２０・・・スリット、２１・・・光学ヘッド、
２２・・・上下駆動部、２３・・・パルスモータ、２４
・・・ベルト、２５・・・シリンターカイト、２６・・
・マイクロメータヘッド、２７・・・感圧素子、２８・
・・球面座受け、２９・・・溝、３０・・・Ａ／Ｅコン
バータ、３１・・・ディジタルコン／くレータ、３２・
・・ディジタルスイッチ、３３・・・シーケンスコント
ローラ、３４・・・モータ駆動部。 第　　１　　図 第　　　２　　図 第　　３　　図 Ａｉｒ４．勺′２ゝ 第　　７　　図 第　　８　　図 第　　９　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パターンを被露光物に転写する露光装置において （ａ）基準となる面上に設けられた複数の非接触型測定
   手段と （ｂ）上記被露光物にとって露光の際の理想的な焦点面
   を算出する手段と （ｃ）上記被露光体の傾きを変化させる手段と（ｄ）上
   記被露光体を上下動させる手段とからなることを特徴と
   する露光装置。