JP2567811C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は、半導体製造工程で使用する走査型露光装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】 半導体集積回路等を製造のための転写工程では、マスクのパターンをウエハー
に転写する前に、マスクとウエハーを正確に整合することが要求される。 【０００３】 マスクとウエハーを整合するための方法としては、例えば図１(a)に示すアラ
イメントマーク１をマスクに設け、図１(b)に示すアライメントマーク２をウエ
ハーに設けると共に、アライメントマーク１、２を図１(c)に示すように、つま
りアライメントマーク１の間にアライメントマーク２が等間隔で位置するように
マスクとウエハーを相対移動して、マスクとウエハーを整合する方法が知られて
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、従来のこのような方法では、転写倍率や転写歪等による転写誤
差を補正することが困難である。また、光電測定装置でマスクとウエハーのそれ
ぞれに設けられているマークが実際に位置合わせされたことが検出されるまで、
マスクとウエハーの間に介在されている結像対物レンズやウエハーを、結像対物
レンズの光軸方向に移動させることにより所望の調整を行うことが、例えば特公
昭４９−２２５８７号公報で知られている。しかし、この方法は光電測定装置で
各マークを常に検出しながら、結像対物レンズやウエハーを光軸方向に移動させ
ることが必要となるため、光電測定装置の測定処理動作と、結像対物レンズやウ
エハーを光軸方向に移動させる際の移動動作の間で、常に一方が他方に干渉する
ので、調整を行うことが困難となる。 【０００５】 本発明の目的は、マウスとウエハーとの迅速で正確な位置合わせを可能にした
走査型露光装置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 前記目的を達成するための本発明に係る走査型露光装置は、マスクとウエハー
の間に介在し複数のミラーを有する反射投影型の転写光学系に対して、キャリッ
ジによってマスクとウエハーを水平面内で該キャリッジの走査方向に移動するこ
とにより、前記転写光学系を介して前記マスクのパターンを前記ウエハー上に転
写する走査型露光装置において、前記マスク上のアライメントマークと前記ウエ
ハー上のアライメントマークに前記転写光学系を介して照射された光を光電変換 する光電変換素子と、該光電変換素子の出力を用いて前記走査方向に並んだ複数
の前記マスク上と前記ウエハー上のアライメントマークの整合ずれを順に求める
ことにより、像面歪を発生させる要因となる 前記転写光学系の前記水平面内での
軸に対する前記走査方向の傾きを検出する手段と、該検出手段の出力に基づいて
得られた傾きを小さくするように補正する位置合わせ手段とを有することを特徴
とする。 【０００８】 【作用】 上述の構成を有する本発明に係る走査型露光装置は、位置合わせ手段によりマ
スクとウエハーの走査方向の傾きを検出し、この傾きを補正する。 【００１０】 【実施例】 図２は本発明の比較参考例の光学的な構成図であり、レーザ光源１０から発せ
られるレーザ光Ｌの光路に沿って、順次にコンデンサレンズ１１、レーザ光を走
査するためのポリゴン鏡１２、ｆ・θ特性レンズ１３、ハーフミラー１４、対物
レンズ１５、複数個所に正確なアライメントマーク１を有する標準マスク１６、
転写光学系１７、複数個所に正確なアライメントマーク２を有する標準ウエハー
１８が配列されている。また、マスク１６等からの反射光の一部はハーフミラー
１４で側方に反射され、この反射光の光路に沿ってコンデンサレンズ１９、光電
変換素子２０が配置され、光電変換素子２０の出力により所定の演算式に基づい
て測定量を演算し制御信号を出力する演算処理回路２１を介して、転写光学系１
７の倍率調整を実施する調整駆動機構２２に接続されている。標準マスク１６と
標準ウエハー１８は、調整に際して転写装置に取り付けられるものであり、実際
の転写時には他のマスク、ウエハーに交換される。 【００１１】 レーザ光源１０から発せられたレーザ光Ｌはポリゴン鏡１２によって走査され
、ハーフミラー１４を通過し標準マスク１６等に向かう。標準マスク１６のアラ
イメントマーク１と標準ウエハー１８のアライメントマーク２とは転写光学系１
７を介してレーザ光Ｌによって走査され、アライメントマーク１、２を走査した レーザ光Ｌは再びハーフミラー１４に達し、ここで一部は光電変換素子２０の方
向に反射される。このとき、標準マスク１６のアライメントマーク１と標準ウエ
ハー１８のアライメントマーク２とは、例えば図３(a)に示すように位置してい
る。即ち、標準マスク１６のアライメントマーク１ａ、１ｂの間に標準ウエハー
１８のアライメントマーク２ａが存在し、アラーイメントマ−ク１ｃ、１ｄの間
にアライメントマ−ク２ｂが位置している。そして、レーザ光Ｌは左から右に方
向Ａに沿って走査される。光電変換素子２０は図３(a)のＡ上のレーザ光Ｌがア
ライメントマーク１、２と交差する個所でパルス状の出力を検出し、図３(b)に
示すような出力電圧波形が得られる。Ｗ₁、Ｗ₂、…、Ｗ₅はパルス信号の間隔で
あり、この時間々隔Ｗ₁、Ｗ₂、…、Ｗ₅を測定することにより整合ずれが求めら
れる。 【００１２】 即ち、図３(a)のｘ方向のずれをΔｘ、ｙ方向のずれをΔｙとすると、 Δｘ＝（Ｗ₁−Ｗ₂＋Ｗ₄−Ｗ₅）／４ …(1) Δｙ＝（−Ｗ₁＋Ｗ₂＋Ｗ₄−Ｗ₅）／４ …(2) となる。整合された状態では、Ｗ₁＝Ｗ₂＝Ｗ₄＝Ｗ₅であるから、Δｘ、Δｙは共
に零となる。 【００１３】 図４に示すような標準マスク１６、標準ウエハー１８におけるｘ方向に距離Ｃ
だけ離れた２個所のアライメントマーク１、２をそれぞれ測定し、整合ずれ量を
(1)、(2)式で求め、その量のR₁を（ΔXR₁，ΔYR₁）、L₁を（ΔXL₁，ΔYL₁）とす
ると、ｘ方向に関する倍率Mxは次式で与えられる。 Mx＝（１／Ｃ）・{(Ｃ＋ΔXL₁−ΔXR₁)²＋(ΔYL₁−ΔYR₁)²}^1/2…(3) 【００１４】 また、ｙ方向に距離Ｄだけ離れた２個所のアライメントマーク１、２を測定し
、整合ずれ量R₂を（ΔXR₂，ΔYR₂）、L₂を（ΔXL₂，ΔYL₂）とすると、ｙ方向に
関する倍率Myは次式となる。 My＝（１／Ｄ）・{(ΔXL₁−ΔXL₂)²＋(Ｄ＋ΔYL₁−ΔYL₂)²}^1/2…(4) 【００１５】 これらの演算は演算処理回路２１で行われ、(3)、(4)式で求めた倍率Mx、Myに
基づいて調整駆動機構２２により、転写光学系１７の倍率を自動調整する。かく
することにより、倍率に伴う転写誤差をなくすことが可能となるが、現実にはこ
れらの操作を数回試みて、確認をとりながら調整を実施することが好適である。 【００１６】 次に本発明の一実施例について説明すると、図５は転写光学系として反射投影
型を用いた転写装置の光学的な構造図であり、図２と同一の符号は同一の部材を
示している。標準マスク１６とウエハー１８とはキャリッジ３０により連結され
ており、これらの間には転写光学系１７が介在されている。この転写光学系１７
は台形ミラー３１、凹面ミラー３２、凸面ミラー３３から成り、調整駆動機構３
４により標準マスク１６、標準ウエハー１８の面と平行に回転し得るようになっ
ている。台形ミラー３１の反射面３１ａ、３１ｂに対向して凹面ミラー３２が配
置され、更に台形ミラ−３１と凹面ミラー３２との間には凸面ミラー３３が凹面
ミラー３２側を見るように配置されている。ｆ・θレンズ１３とハーフミラー１
４との間には分割プリスム３５が挿入され、レーザ光Ｌを２分割してｘ方向に距
離Ｃだけ離れた２個所において、同時にアライメントマーク１、２の測定を行う
。対物レンズ１５、コンデンサレンズ１９、光電変換素子２０は２系列設けられ
、光電変換素子２０、２０の出力は演算処理回路２１に送られ、更に演算処理回
路２１の出力は調整駆動機構３４及びキャリッジ３０を矢印Ｂ方向に移動するキ
ャリッジ駆動機構３６に送信されている。 【００１７】 従って、レーザ光源１０から発しポリゴン鏡１２によって走査され、分割プリ
ズム３５で分割されたレーザ光Ｌのそれぞれは、ハーフミラー１４、対物レンズ
１５、標準マスク１６を経由して台形ミラー３１の一方の反射面３１ａに入射し
て、凹面ミラー３２、凸面ミラー３３、凹面ミラー３２、台形ミラー３１の他の
反射面３１ｂと反射を繰り返しながら進行し、標準ウエハー１８に到達する。そ
して、標準マスク１６と標準ウエハー１８のアライメントマーク１、２の情報を
含んだレーザ光Ｌは元の光路を戻り、ハーフミラー１４により光電変換素子２０ に送出される。この光路は前述したように２系列存在し、２個の光電変換素子２
０、２０の出力が同時に演算処理回路２１に入力することになる。 【００１８】 図６の例では転写光学系１７の水平面内の軸ｘ’、軸ｙ’とキャリッジ３０の
走査方向Ｂである軸ｙと軸ｘの関係を示している。この場合に転写光学系１７の
軸ｘ’、軸ｙ’と走査軸ｘ、ｙとのなす角度θによる像面歪が発生している。図
６において、１０ｍｍおきに描かれている矢印３７は転写歪みの方向と大きさを
示している。このとき、図７(a)に示すようなＬ字のパターン３８は、転写光学
系１７の像として、図７(b)に示すようにウエハー上で左右に像反転をし、なお
かつｙ軸方向に２θだけ傾くことになる。 【００１９】 ｘ方向の２組のアライメントマーク１、２が２個の対物レンズ１５の光軸に位
置するようにすると、光電変換素子２０、２０と演算処理回路２１とによって整
合状態が検出され、左側の整合ずれ量ΔXL₁、ΔYL₁、右側のずれ量ΔXR₁、ΔYR₁
が求められる。続いて、演算処理回路２１の指令によりキャリッジ駆動機構３６
を介してキャリッジ３０を矢印Ｂ方向に距離Ｄだけ移動し、別のアライメントマ
ーク１、２の整合状態を測定し、同様にそのずれ量ΔXL₂、ΔYL₂、ΔXR₂、ΔYR₂
を得る。ここで、標準マスク１６、標準ウエハー１８のＸ方向に距離Ｃだけ離れ
たアライメントマーク１、２の左右間のずれ角θｘは近似的に次式で表される。 θx＝（１／２Ｃ）・（ΔYL₁−ΔYR₁＋ΔYL₂−ΔYR₂） …(5) 【００２０】 また、ｙ方向に距離Ｄだけ離れたアライメントマーク１、２の上下間のずれ角
θｙは近似的に次式で表される。 θy＝（１／２Ｄ）・（ΔXR₁＋ΔXL₁−ΔXR₂−ΔXL₂） …(6) 【００２１】 これらの計算は演算処理回路２１でなされ、このずれ角を減少するように調整
駆動機構３４を介して転写光学系１７を回動し、転写歪み誤差を解消することが
できる。この駆動すべき角度は、 θ＝（θy−θｘ）／２ …(7) であり、θｘ はミスアライメントで光軸と走査軸が水平面内で平行になってい
ない成分である。 【００２２】 【発明の効果】 以上説明したように本発明に係る走査型露光装置は、マスクとウエハーの正確
な位置合わせを行う。

【図面の簡単な説明】 【図１】 マスクとウエハーの整合状態を説明するための説明図である。 【図２】 比較参考例の光学的構成図である。 【図３】 アライメントマークに対する光電変換素子の出力特性図である。 【図４】 マスクとウエハーのアライメントマークの整合状態を示す平面図である。 【図５】 光学的構成図である。 【図６】 転写歪の説明図である。 【図７】 転写歪の説明図である。 【符号の説明】 １、２ アライメントマーク １０ レーザ光源 １２ ポリゴン鏡 １６ 標準マスク １７ 転写光学系 １８ 標準ウエハー ２０ 光電変換素子 ２１ 演算処理回路 ２２、３４、３６ 駆動機構 ３０ キャリッジ ３４ 調整機動機構

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 マスクとウエハーの間に介在し複数のミラーを有する反射投影
   型の転写光学系に対して、キャリッジによってマスクとウエハーを水平面内で該
   キャリッジの走査方向に移動することにより、前記転写光学系を介して前記マス
   クのパターンを前記ウエハー上に転写する走査型露光装置において、前記マスク
   上のアライメントマークと前記ウエハー上のアライメントマークに前記転写光学
   系を介して照射された光を光電変換する光電変換素子と、該光電変換素子の出力
   を用いて前記走査方向に並んだ複数の前記マスク上と前記ウエハー上のアライメ
   ントマークの整合ずれを順に求めることにより、像面歪を発生させる要因となる
   前記転写光学系の前記水平面内での軸に対する前記走査方向の傾きを検出する手
   段と、該検出手段の出力に基づいて得られた傾きを小さくするように補正する位
   置合わせ手段とを有することを特徴とする走査型露光装置。 【請求項２】 前記マスク上又は前記ウエハー上のアライメントマークは前記
   走査方向とは異なる方向に並んだ複数のマークを含む請求項１に記載の走査型露
   光装置。 【請求項３】前記位置合わせ手段は前記傾きを小さくするために前記転写光学
   系を動かす手段を備えた請求項１に記載の走査型露光装置。