JPS6354721A - 投影露光装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えばマスク上のパターンを半導体ウェハ上
に投影露光する場合のマスクパターンと半導体ウェハと
の位置合わせを行う位置合わせ装置に関するものである
。

［従来の技術］ 縮小投影型の露光装置は、集積回路等の製造におけるリ
ソグラフィ工程の中心的役割を担うようになってきてい
る。この装置の従来のものにおいては、レチクルと呼ば
れるマスクのパターンをつエバ上の決められた位置に合
わせる場合の最終位置合わせは、ウェハを載置したウェ
ハステージ又はレチクルを載置したレチクルステージを
８動させることによって行われている。

ところで、集積回路は、近年増々集積度が向上しており
、パターン寸法の微細化が進んでいる。

従って、マスクパターンと半導体ウェハとの位置合わせ
に対しても従来にない高い精度が要求されている。

［発明９）解決しようとする問題点］ しかし、前者の方法によると、ウェハステージは−ｎ９
に貿ユが大きいため、ウェハステージを例えば０．０１
μｍの精度で位置決めするには相当の時間を必要とする
。別言すれば、一定の時間の間では必要な位置決め精度
を得られないという不都合がある。

これに対し後者の方法では、投影光学系によるマスクパ
ターンの投影倍率（例えば５倍）だけウェハの動きに対
して大きなスケールでの位置決めをレチクルに対して行
えばよく、レチクルステージのＸ量もウェハステージに
比へて小さいのて、高速で高精度のアライメントか可能
であるという長所がある。

しかしながらかかる方法では、レチクルステージにレチ
クルをローディングする場合の位置合わせ機構がＸ、Ｙ
、θ方向の三つの自由度に対しであるため、これを各露
光前の位置決め毎に高速で駆動しようとすると、構造が
複雑になるという不都合がある。

更に、サブミクロンオーダの最終位置決めにおいては、
Ｘ、Ｙ方向の位置決めで十分であり、θ方向の位置決め
は不要であるが、レチクルステージはθ方向の駆動も可
能なために、他の方向の動ぎに干渉されてθ方向にもレ
チクルステージが動いてしまうという不都合がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マス
クパターンと半導体ウェハとのサブミクロンオーダ以下
の位置合わせを、高速に高精度で行うことかできる位置
決め装置を提ｆ共することを、その目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段と作用］本発明は、例え
ば、マスクパターンと半導体ウェハとの間の露光光軸上
に、フィールドレンズを含む没景三光学系を配置し、こ
のフィールドレンズを移動させることにより、マスクパ
ターンと半導体クエへとの光学的な相対位置合わせを行
うことを技術的要点とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図には、本発明の一実施例のブロック図が示されて
いる。この図において、レチクル１０とウェハ１２との
間には、投影レンズ本体１４の他に、フィールドレンズ
１６が配置されている。

レチクル１０には、干イ歩フィルり、シャッタ、フライ
アイレンズ、コンデンサレンズ等を含む照明光学系１８
を介して照明光源２０の照明光束ＲＥが入射するように
なっている。

また、投影レンズ本体１４は、ウェハ１２側がテレセン
トリック、レチクル１０側が非テレセントリックとなる
ように光学的に構成されており、フィールドレンズ１６
を設けることにより、全体としてレチクル１０側もテレ
セントリックとなるように配慮されている。

従って、照明光束ＲＥによって照明されたレチクル１０
の下面のパターンは、フィールドレンズ１６、投影レン
ズ本体１４の作用によりウェハ１２上に像ＩＲとして結
像される。

次に、ウェハ１２は、Ｘ、Ｙ及び２方向に移動可能な移
動ステージ２２上に載置され、ステップアントリピート
の露光時にはステージトライバ２４によって駆動される
ようになっている。

次に、レチクル１０の像ＩＲとウェハ１２上のパターン
との相対位置ずれを観察する手段について説明する。木
実ｂｍ例では、以下に述べるようなスルーザレンズアラ
イメント検出系が用いられる。

第１図において、光ファイバ２６によって導かれた図示
しない手段からのアライメント用の照明光ＲＡは、コン
デンサレンズ２８、ハーフミラー３０、篤一対物レンズ
３２、ミラー３４を各々介してレチクル１０のアライメ
ントマークＭ　Ｒ部分に入射するようになっている。

レチクル１０のアライメントマークＭＲ部分に入射した
照明光ＲＡは、フィールドレンズ１６及び投影レンズ本
体１４を各々透過してウェハ１２上に達し、ウェハ１２
上のアライメントマークＭＷ上に達するようになフてい
る。

照明光ＲＡは、ウェハ１２で反射され、反射光は再び投
影レンズ本体１４及びフィールドレンズ１６を各々透過
してレチクル１０に入射し、更に、ミラー３４、第一対
物レンズ３２、ハーフミラ−３０、第二対物レンズ３６
を各々透過して工業用のテレビカメラ３８に入射するよ
うになりている。すなわち、レチクル１０上のアライメ
ントマークＭＲとウェハ１２上のアライメントマークＭ
Ｗの光学的重ね合わせ像がテレビカメラ３８によって観
測されるようになっている。

そしてかかるアライメントマークＭＲ，ＭＷの光学的重
ね合わせ像から、マーク間の一次元又は二次元方向の相
対位置ずれが検出されるようになっている。

次に、テレビカメラ３８は、上述したステージトライバ
２４とともに制御処理用のＣＰＵ４０に各々接続されて
いる。更に、このＣＰＵ４０には、フィールドレンズ１
６を照明光束ＲＥの光軸に対して略垂直のｘ、７面内で
移動させるフィールドレンズドライバ（以下、ｒＦＬＤ
Ｊという）４２が接続されている。このＦＬＤ４２は、
フィールドレンズ１６をＸ、Ｙの二次元方向に独立に駆
動する機能を有する。そして、フィールドレンズ１６が
Ｘ、Ｙ方向に移動すると、レチクル１０上のパターンが
ウェハ１２上でＸ、Ｙ方向に移動するように構成されて
いる。

以上のＣＰＵ４０によって、テレビカメラ３８からの人
力に基いた位置ずれ修正用の制御信号がステージドライ
バ２４およびＦＬＤ４２に出力されるようになっている
。

次に、第２図を参照しながら、上記実施例の全体的動作
について説明する。第２図には、木実流側における位置
合わせのルーチンを示すフローチャートが示されている
。このフローチャートには、レチクル１０がロードされ
て、更にウェハ全体としてのグローバルアライメントが
修了した以後の動作が示されている。

まず、ウェハ１２の８動ステージ２２のステップ指令が
出力される（第２図ステップＳＡ参照）。次に、かかる
指令に従って、オートフォーカス系（図示せず）により
ウェハ１２の表面の検出が行われ、ウェハ１２のＺ方向
のアライメント（合焦動作）が行われる（ステップＳＣ
参照）。

次に、レチクル１０とウェハ１２とのＸ、Ｙ方向のアラ
イメントが行われる。このアライメントは、第−及び第
二のステップから成っている。

第一のステップは、レチクル１０とウェハ１２との位置
ずれ量が一定以上ある場合で、υ勅ステージ２２をステ
ージドライバ２４によりＸ。

Ｙの必要方向、場合によってはθ方向にυ勤させて位置
合わせ誤差の低減が図られる。

第二のステップは、かかる位置ずれ量が一定以下の場合
で、ＦＬＤ４２によってフィールドレンズ１６をＸ、Ｙ
方向にわ動させ、レチクル１０上のの像をウェハ１２上
で移動させて相対的に位置合わせが行われる。

具体的に説明すると、まず、移動ステージ２２の移動に
よるＸ、Ｙ方向のアライメントと同時に、テレビカメラ
３８よって、レチクル１０とウェハ１２のアライメント
マークＭＲ，ＭＷが同時に重畳して観察され、両マーク
のずれ量からレチクル１０とウェハ１２のアライメント
誤差、すなわち位置すれ舒が求められ、ＣＰＵ４０に人
力される（ステップＳＣ参照）。

次に、ＣＰＵ４０では、求められた位「ずれ量の大きさ
が判断される（ステップＳＣ参照）。位置ずれ量か、Ｘ
、Ｙ方向とも一定値、例えば１μｍ以上あるときは、ス
テージトライバ２４に対し、Ｂ勤ステージ２２の移動に
よるアライメントを続行するようＣＰＵ４０から制御指
令が行われる。（ステップＳＤ、ＳＣ参照） 他方、ＣＰＵ４０による判断の結果、位置ずれ三が１μ
ｍ以下の場合には、８勤ステージ２２によるアライメン
トが停止されるとともに（ステップＳＥ参照）、ＦＬＤ
４２に対し、フィールドレンズ１６のり動によるアライ
メントを行うようＣＰＵ４０から制御指令が行われる（
ステップＳＦ参照）。

このフィールドレンズ１６の移動による光軸の変化（像
シフト）を利用したアライメントは、位置ずれ量が所定
の許容値以下になるまで続行される（ステップＳＧ参照
）。

次に、位置ずれ検出量が、例えば０５０５μｍ程度の許
容ｔになれは（ステップＳＧ参照）、アライメントは終
了し、露光用のシャッタ（図示せず）か開かれてウェハ
１２上にレチクル１０のパターンの転写が行われる（ス
テップＳＨ参照）。

露光が終了すると、位置ずれ検出系の動作が停止し、フ
ィールドレンズ１６が移動中心位置に戻され（ステップ
ＳＴ参照）、露光すべき領域がウェハ１２上に残されて
いないかが判定され（ステップＳＪ参照）、残されてい
なければこのウェハ１２の露光は終了する。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものではな
く、例えはフィールドレンズの位置を検出できる位置検
出器（レーザ干渉計等）を設けると、最終位置決めの時
に、既に検出された位置ずれ量に基いて高速に位置合わ
せができるという利点がある。この場合、そのレーザ干
渉計とステージ２２の位置検出用の干渉計との差動によ
ってフィールドレンズを移動させるとよい。

フィールドレンズの位置も実施例に限定されるものでは
ない。このフィールドレンズを、パターン投影の歪が最
小となる位置を基準とし、所定の歪許容値の範囲内で８
肋させるようにすれば、没させるようにすれば、投影倍
率を変化させることができるし、傾斜させるようにすれ
ば投影位置による像の歪（ディストτジョン）を変化さ
せることもできる。

また、上述したようなレチクル上のパターンのウェハ上
に対する投影のみならず、他のもののパターンの投景三
等に対しても、本発明は適用されるものである。

［発明の効果コ 以上のように本発明によれば、投影光学系に含まれるレ
ンズ素子のうち、投影像の位置を可変できる素子、例え
ばフィールドレンズを穆勤させることによりレチクルと
ウェハとの最終の相対位置決めを行うこととしたので、
位置決めの精度がウェハ上の精度の投影倍率分だけ大き
い値でよく、容易に所要の位置合わせ精度が得られるの
みならず、ＸＹ方向の像の移動に回転方向の動きを伴う
恐れがないという利点もある。

また、微小なアライメントをフィールドレンズの移動で
行うこととしているので、他の構成部分、例えばウェハ
ステージやレチクルステージの構成を簡略（ヒすること
ができ、サーボ系の制御も容易になるという効果もある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
位置決めシーケンスを示すフローチャートである。 １０・・・レチクル、１２・・・ウェハ、１６・・・フ
ィールドレンズ、２２・・・移動ステージ、２４・・・
ステージドライバ、３８・・・テレビカメラ、４ｏ・・
・ＣＰＵ、４２・・・フィールドレンズドライバ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一の対象物上のパターンを第二の対象物上の所
   定位置に位置合わせする位置合わせ装置において、 前記第一の対象物と第二の対象物の間に配置されて、第
   一の対象物のパターンを第二の対象物上に投影するとと
   もに、複数のレンズ素子のうち、少なくとも一部の位置
   が可変に構成されて、前記第二の対象物上における第一
   の対象物のパターン投影像の位置を変化させる投影光学
   系と、 前記第一の対象物のパターン投影像と前記第二の対象物
   との相対位置ずれを検出する位置ずれ検出手段と、 前記投影光学系を構成する複数のレンズ素子のうち、パ
   ターン投影像の位置変化に寄与するレンズ素子の位置を
   変化させるレンズ駆動手段と、前記位置ずれ検出手段の
   出力に基き、前記レンズ駆動手段を駆動し、第１の対象
   物のパターン投影像を第２の対象物上の所定の位置に合
   わせる制御手段とを具備したことを特徴とする位置合わ
   せ装置。
2. （２）前記パターン投影像の位置変化に寄与するレンズ
   素子はフィールドレンズであり、前記レンズ駆動手段は
   該フィールドレンズを投影光学系の光軸と略垂直な面内
   で二次元移動させる特許請求の範囲第１項記載の位置合
   わせ装置。