JPS62181430A - 露光装置の校正方法 - 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
係をもって露光する装置、更に具体的に云えば集積回路
製造工程においてウェ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。

ウェハ全面を一括露光でき生産的であるなどの利点があ
る反面、ウェハ全面にマスクを完全に密着することが困
難であり、そのため間隙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
ェハ表面を損傷しやすい、などの欠点がある。これに対
し後者ではウェハに非接触で露光できるためウェハさら
にはマスクをも損傷することがないという利点を有いて
いる。しかしながら投影露光法によって微細パターンを
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
面積が小さくなってしまう。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
なウェハに焼付けるためにはウェハを順時ステップ送り
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ェハの１ステップ送りごとに、
ウェ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ｗＡ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って
いた。そのため一枚のウェハを露光するために進回ない
し数十回の位置合せ操作を必要とし、生産的な装置でな
かった。また２両マークの位置合わせ時にはウェハ上に
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、フィルタなどの切換え機構
など装置自体も複雑なものであった。この従来の投影露
光装置における欠点を改良した装置、すなわち各ウェハ
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、Ｉ　ＢＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃ
ｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　１３巻７号Ｐ１８１
６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ェハ位置決め専用の
顕微鏡観察装置を設け、ウェ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
ウェハを移動して露光光学系内に導びき間接的にマスク
とウェハの位置合わせを行なう。その後はウェハをある
決められた絶対的な量づつＸＹに精密にステップを送り
、露光を行なって一枚のウェハ全面の露光を完了する。

この方式によればウェ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
ことが回層であり、マスクとウェ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、一枚のウェハ露光に
際して１度のウェハ位置決めで済み、さらに長期間安定
して高精度のマスクとウェ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図によって説明する。第１図は１軸のみについて示
しであるが、ＸＹＺ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の微小レンズ
３による光学像をウェハ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、微小レン
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
照明系からなる顕微鏡光学系によりウェハ４上のパター
ン５をＩＩし、顕微鏡光学系の中心光軸Ｑ１と微小レン
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
うウェハ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＠Ｑ２上にあれば
、該中心光軸Ｑ２と前記平面Ｐの交点０にウェハ４上の
パターン５が一致するように該ウェハ４を移動する、す
なわちある一定の距離ＡＯ＝Ｌ１だけウェハ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
像をウェハ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Ｑ
２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微小
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剛性高
く製作しても温度変化や外部振動などにより前記静止座
標系に対する固有位置１０は数日間程度で５〜１０μｍ
程度も変化し、長期間にわたって０．１〜０．２μｍ精
度のマスク合わせをすることは困薙である。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ＩＭ固有位置
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】３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、ウェハ４をＡ位置よりＢ位置に移動すると
ウェハ４上のパターン５からの反射光を縮小レンズ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ｉ整糸により
、たとえば第２図のように中型をしたウェハ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】１の
像１５が同−視野内にｔａ察できる。以後ノ説明では、
ウェハパターン５のような士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位置においてウェハパターン像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
０Ｂ＝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ェハパターン５の中心を割り
出した後から該ウェハパターンの拡大像１４が検出マー
ク像１５と一致するまでウェハ５を移動した距離を測る
ことにより、ＡＯ＝ＬＬを知ることが可能となり、これ
によって、前記固有位置１０の変化にかかわらずウェハ
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轍図である。

前処理工程で位置決めパターン５が形成されているウェ
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［１９゜２ｏ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はパルスモータ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つの振動スリッ
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゜２８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のパターンをウェハ４上に１
／１０に微小投影する微小レンズ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
本のウェハ位置決め用顕微鏡［１光学系が設けられてお
リウエハ４上の２つのウェハ位置決めマーク３７．３８
の中心位置を割り出す。この顕微鏡ａｍ光学系の２つの
視野十字マーク３５．３６に対し前記２つのウェハ位置
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をリセットして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
ェハ上の回路パターン（図には示していない）にマスク
１上の断回路パターン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
ャッタ４０が開き、水銀ランプ４１の光はコンザンサレ
ンズ４２により平行光とされてマスク１を照射し。

微小レンズ３を介してウェハ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１Ｂ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の目標座標に対す位置決めに関しては、既に本発
明者らによっ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
の指令に従ってその誤差の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ェハ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
常に正確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４
４．オプチカルファイバ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、ファイバによ
って導びかれた光で反射鏡４７．集光レンズ４８を介し
てターゲットマーク４９を照明する。このターゲットマ
ーク４９は通常一般に用いられているホトマスク作成工
程によって作られ、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
記ターゲットマーク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５ｏ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５０の上方には反射鏡
５１．対物レンズ５２．接眼レンズ５３からなる顕微鏡
光学系が設けられている。今、前記オプチカルファイバ
４５により導びかれた光でターゲットマーク４９を照明
しつつ、該ターゲットマーク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２９と該ターゲット
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。次に該ターゲットマーク４９が縮小レンズ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を含む顕微鏡光学系をＩＲ察する。視野内には
ターゲットマーク４９の十字像と共にマスク１上の検出
マーク５０が＆ｌｌ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り、−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
てのし２がわかっているから容易に各Ｘ、Ｙ軸について
のＬｌを知ることができるにれによって縮小レンズ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ラ１−マーク４９は１つとなって
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ァイバ照明系が若干複雑になる。

またこれら専用のターゲットマークを移動台１８上に設
けず、ウェハ位置決めマーク３７．３８が形成されてい
る基準ウェハを用いても同様の校正を行なうことが可能
であるが、この場合ターゲッ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、ウェハとマスクの
相対位置合わせが１枚のウェハにつき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図はウェ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
の実施例の俯撤図である。 １・・・マスク、３・・・縮小レンズ、４・・・ウェハ
、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)

【特許請求の範囲】
1. １、一連のマスク図形を露光光学系内の投影レンズを介
   して感光性基板の所望位置に結像露光する場合、前記一
   連のマスクは前記投影レンズに対して常に同一関係位置
   におく一方、前記投影レンズ光路外に固着されているマ
   ーク検出用光学系により前記感光性基板上に設けられて
   いる基準マーク中心を検出することにより前記一連のマ
   スクと前記感光性基板の光学的相対位置合わせを行ない
   、前記投影レンズにより前記マスク面上に結像せられた
   前記投影レンズ焦点面内の位置合せマークの実像と前記
   一連のマスクの位置合せ用図形を同時に観察すべく拡大
   光学系を備えた露光装置の露光学学系とマーク検出用光
   学系の空間的位置関係を校正する方法であって、前記マ
   ーク検出用光学系により上記位置合せマークの中心を検
   出してマーク検出用光学系の光軸中心に対応する上記位
   置合せマークの位置を求め、上記位置合せマークが移動
   されて上記拡大光学系により位置合せマークの実像と位
   置合せ用図形の一致が検出された状態における上記位置
   合せマークの位置を求め、上記マスクの中心から位置合
   せ用図形までの距離と前記投影レンズの倍率に基づいて
   上記拡大光学系により位置合せマークの実像と位置合せ
   用図形の一致が検出された状態における上記位置合せマ
   ークの位置と上記露光光学系の中心位置との間の距離を
   求めることにより前記露光光学系と前記マーク検出用光
   学系の空間的位置関係を求めて校正するようにしたこと
   を特徴とする露光装置の校正方法。