JPH01228130A

JPH01228130A - 投影露光方法およびその装置

Info

Publication number: JPH01228130A
Application number: JP63055442A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komoriya; 進小森谷; Shinya Nakagawa; 慎也中川; Shuichi Hanajima; 花島　秀一; Takayoshi Oosakaya; 大坂谷　隆義
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-03-08
Filing date: 1988-03-08
Publication date: 1989-09-12
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JP2662236B2

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〕本発明は、アライメント技術に関し、特に半導体装置製
造の際の縮小投影露光工程におけるマスクに対する半導
体ウェハ（以下単に、「ウェハ」と略称する）のアライ
メントに適用して有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

レチクル等のマスク上に遮光膜で形成された回路パター
ンをウェハ上に転写する技術としては、縮小投影露光装
置を用いた技術が一般的であるが、このときのウェハと
マスクとの位置合わせは、たとえば以下のようにして行
なわれる。

すなわち、ウェハの表面に凹凸の段差形状によって形成
されたアライメントマークに対して、縮小投影レンズを
通じて照明光を照射し、上記アライメントマークからの
反射光をビームスプリフタなどを介してＴＶカメラに入
射させ、この反射光の光量に基づいて電気信号を検出す
ることにより上記アライメントマークの位置を把握し、
マスクに対するウェハの目的露光領域の位置決めを行な
うものである。このような位置決め技術は、一般にスル
ー・ザ・レンズ（ＴＴＬ）方式と呼ばれている。

上記ＴＴＬ方式によるアライメント技術について記載さ
れている例としては、株式会社工業調査会、昭和６１年
１１月１８日発行、「電子材料別冊、超ＬＳＩ製造・試
験装置ガイドブックＪＰＩ０１〜Ｐ１０９がある。

ところで、半導体集積回路の回路パターンの微細化にと
もなって、転写されるパターンも微細化してきており、
露光前の光学系の機器調整が高精度な露光を実現する上
で必要不可欠となってきている。

このような機器調整に先だって、露光用プリセット値と
してＸＹθ方向のアライメントオフセット値ならびにベ
ストフォーカス値等の各値の測定を行なう必要があるが
、前者の測定に際しては、実際のテストウェハ上にバー
ニアパターンを露光し現像した後に、目視で位置誤差を
読取り、この誤差値に基づいて調整を行なっていた。ま
た、後者の測定に際しては、各種の線幅を有するライン
パターンをテストウェハ上に露光し現像した後に、最小
解像線幅が解像されるフォーカス値を求め、これによっ
て調整を行なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のように実際のテストウェハ上にテストパ
ターンの露光を行い、作業者の目視測定により最適値を
決定する方法では測定誤差が大きく、また複数回のテス
ト露光を繰り返すために測定時間も長く必要であり、こ
の測定結果に基づく機器設定にも多大な時間を必要とし
ていた。

本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、そ
の目的はアライメントにおける各種測定を高精度かつ迅
速に行い、機器設定を自動化することの可能な技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、概ね次の通りである。

すなわち、原版と露光対象物との位置決めに際して、原
版の配置される部位に所定の透光パターンの形成された
試料マスクを装着するとともに、露光対象物の配置箇所
に所定形状の透過パターンの形成された露光試料板を載
置し、上記原版の背後より照射された露光光の光量を測
定することにより露光対象物の最適位置を検出するもの
である。

〔作用〕

上記した手段によれば、原版の配置部位に装着された試
料マスクふよび露光試料板の透光パターンを通過した露
光光の元型を直接測定することにより、実際のテストウ
ェハによる露光工程を行なうことなく高精度かつ短時間
で最適な各種の露光用プリセット値を算出することがで
きる。

この結果、露光装置における機器設定を自動化でき、回
路パターンの露光を効率的かつ高精度に行なうことがで
きる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である露光装置を示す概略説
明図、第２図（ａ）、　（ｂ）および（Ｃ）は本実施例
で用いられる透過パターンを示す説明図、第３図は本実
施例の処理手順を示すフロー図、第４図（ａ）および（
ｂ）は光電管によるＸＹＺ方向の電圧変動を示す説明図
である。

本実施例の縮小投影露光装置１は、図示されないフィル
タ等によりＧ線（４３６ｎｍ）波長を放射する水銀ラン
プからなる露光光源２と、この露光光＃１２から照射さ
れる露光光を集束する集光レンズ３と、縮小投影レンズ
４とからなる露光光学系を有している。

上記集光レンズ３と縮小投影レンズ４との間には、透明
な石英ガラス基板等にクロム（Ｃｒ）等の遮光膜６で集
積回路パターンを形成したレチクル５（原版）が着脱可
能に配置されている。本実施例で用いられるレチクル５
はアライメント専用のテストマスクであり、透明の石英
ガラスの一面にクロム（Ｃｒ）等の蒸着で形成された遮
光膜６により、第２図（ａ）に例示される透過パターン
７が形成されているものである。

なお、上記レチクル５は、図示されない回転駆動機構に
よりθ方向への所定量の回転が可能となっている。

一方、上記縮小投影レンズ４の下方には、ＸＹ方向駆劾
源８により制御されたＸＹテーブルｌＯが載置されてお
り、該ＸＹテーブル１０の主面上にはウェハチャック１
１に固定されたウェハ１２および光量検出機構１３がそ
れぞれ設けられている。上記ウェハチャック１１は、近
傍に設けられたレーザ測長器９により、ＸＹ子テーブル
０の移１ｌＩｉ等が測定されるようになっている。

光量検出機構１３はその上面に試料板１４を載置する構
造とされており、当該試料板１４は上記レチクル５と同
様な透過パターン７ａ（第２図ら））を有している。当
該透過パターン７ａは上記縮小投影レンズ４の縮小率に
対応した大きさで形成されており、上記透過パターン７
ａの近傍には第２図（Ｃ）で示されるような十字形状の
第２の透過パターン７ｂが設けられている。

この光量検出機構１３の内部には、反射鏡１５を経て光
信号をその光量に対応した電気信号に変換する光電管１
６が設けられている。上記光電管１６は光電変換した電
気信号を第１図中において破線で囲まれた制御部１７に
送出する構造となっている。

上記に説明したＸＹ子テーブル０は装置基体１８上に載
置されており、該装置基体１８よりＬ字状に上方に延設
されたスタンド２０にはＺ軸駆動モータ２１によって上
下動を制御される前述の露光光学系が取付けられている
。

この露光光学系は、その側方にアライメント光学系を備
えている。該アライメント光学系は、上記露光光Ｒ２と
共通あるいはそれから独立した水銀ランプあるいはキセ
ノンランプ等からなる検出光源２２を有しており、該検
出光源２２から放出された照射光がフィルタ２３を通過
してＥ線（５４６１ｍ）あるいはＤ線（５８９ｎｍ）か
らなる検出光としてコンデンサレン：Ｘ、２４およびハ
ーフミラ−で構成されたビームスプリッタ２５に入射さ
れる。ビームスプリッタ２５により屈折された上記検出
光は、中継レンズ２６および反射鏡２７を経て露光光学
系に進み、縮小投影レンズ４を経て上記光量検出機構１
３上の試料板１４を照射する。上記試料板１４の透過パ
ターン７ａを通過した検出光は光量検出機構１３の内部
で入射方向に対して反射され、この反射光は上記光路を
逆進して縮小投影レンズ４、反射鏡２７、中継レンズ２
６を介してビームスプリッタ２５に入射される。

ここでビームスプリッタ２５に入射された反射光はその
まま直進して画像認識手段としてのＴＶカメラ２８に入
射される構造となっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、ウェハ１２の露光に先だって、本実施例に右ける
機器調整のための各値を測定する必要がある。

露光光学系が光量検出機構１３の上方に位置された状態
で、露光光源２より露光光が放射されると、当該露光光
は集光レンズ３を経てレチクル５を通過し、さらに縮小
投影レンズ４によって１１５に縮小されて光量検出機構
１３上の試料板１４に照射される。これによって試料板
１４上には上記レチクル５の透過パターン７が投影され
、これに対応して縮小形成された試料板１４上の透過パ
ターン７ａを通過した露光光のみが光量検出機構１３の
内部に導かれ、反射鏡１５を経て光電管１６に入射され
る。このようにして光電管１６に入射された露光光は、
アナログ電気信号に変換されて制御部１７の光量検出回
路１７ａに入力される。

該光量検出回路１７ａでは上記アナログ電気信号をデジ
タル信号にＤ／Ａ変換し、マイクロプロセッサ等で構成
される制御回路１７ｂに人力する。

制御回路１７ｂでは、上記検出光量に基づいてＸＹＺ駆
動回路１７ｃを通じてｘＹ方向駆動Ｊ８およびＺ軸駆動
モータ２１を駆動してｘ、ｚ、ｙ方向に微小変位を繰り
返しながら光電管１６からの検出光量が最大となるＸｏ
、　Ｙｏ、　Ｚｏ　の座標位置を算出する。このときの
検出電圧と各方向の座標位置との関係を示したものが第
４図（ａ）である。

ここで、検出光量が最大となる位置は、露光光学系上に
おいて、上記レチクル５の透過パターン７と試料板１４
の透過パターン７ａとが一致している場合であり、この
場合には露光光の透過ｌは最大値となる。

上記の最大光量検出のための手順を第３図によってさら
に具体的に説明すると、ｘＹｚそれぞれの方向への移動
時の電圧変化を検出しく第３図ステップ３０１）、Ｘ方
向、Ｙ方向および２方向へのそれぞれの目標移動１値を
演算する（ステップ３０２）。このときの各方向への検
出電圧の変動と座標値との関係を示したものが第４図ら
）である。

上記により算出された各方向への目標移動量値に基づい
てＸＹＺ駆動回路１７ｃを通じてＸＹ方向駆動源８およ
びＺ軸駆動モータ２１を駆動制御する。以上の処理をあ
らかじめ設定された回数（ｎ回）分だけ繰り返して（ス
テップ３０３）各領域におけるＸＸＡＸＩ　Ｙ）ＩＡＸ
Ｉ　Ｚｌ、ＩＡｘ　をそれぞれ算出する。

これらの各領域での算出値に基づいて、平均結像位置、
ベストフォーカス位置、像回転量、像縮小率、像面傾斜
率等の容筒が算出される。

このようにして得られた容筒より、各方向についてのず
れ量が調整される。当該調整は、たとえば平均結像位置
についてはＸＹテーブルｌＯを３区勤することにより行
なわれ、ベストフォーカス位置についてはＺＳ＋ｔ＋駆
動モータ２１を制御することにより行なわれる。また、
像回転量の調整については、図示されなレチクル５アラ
イメント機構により、レチクル５を所定量だけ回転させ
て像回転誤差の補正を行なう。像縮小率に関しては、図
示されない縮小倍率補正機構を駆動してたとえばレチク
ル５と縮小投影レンズ４との距離を調整する等の方法を
利用して、適正値となるよう補正するっ像面傾斜率の補
正については、ウェハ１２を載置するウェハチャツク１
１自体の傾斜方向を変化させることにより行なわれる。

このように、光学像の各算出値による誤差が最小となる
ように補正を行なうことにより、実際のウェハ１２上に
転写されるパターンの合わせ精度と解像度を向上させる
ことができる。

上記の容筒が調整された後に、今度はアライメント光学
系の較正が行なわれる。当該較正は、まず検出光源２２
からの検出光の照射によって、十字形状の第２の透過パ
ターン７ｂをＴＶカメラ２８によって認識し、この認識
画像より当該透過パターン７の座標値を検出する。続い
て、この座標値を上記の露光光学系の調整の際の算出値
により得られた平均結像位置と比較して補正値を加えて
アライメント光学系のオフセット値を得る。

次に、本実施例における露光工程について説明する。

まず、レチクル５が実際の集積回路パターンを備えたも
のと交換されて、ＸＹテーブル１０の移動によって、縮
小投影レンズ４の直下にウェハ１２が位置された状態と
なると、検出光源２２より検出光が照射され、これがフ
ィルタ２３、コンデンサレンズ２４、ビームスプリッタ
２５、中継レンズ２６、反射鏡２７、縮小投影レンズ４
を経てウェハ１２０所定領域を照射する。このウェハ１
２からの反射光は上記光路を逆進してビームスプリッタ
２５よりＴＶカメラ２８に入射される。ＴＶカメラ２８
で認識された上記ウェハ１２の所定領域の画像は、図示
されない信号処理部により処理されて、ウェハ１２の位
置認識、および位置修正が行なわれる。

このようにウェハ１２が位置決めされた状購で、今度は
露光光源２が点灯されて、レチクル５および縮小投影レ
ンズ４を経た露光光がウェハ１２上の所定領域に照射さ
れると、レチクル５の集積回路パターンに対応したパタ
ーン形状がウェハ１２上のフォトレジスト膜上に転写さ
れる。

以上のようにして各領域での集積回路パターンの転写を
順次操り返して露光工程を完了する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、透過パターンについては第２図に示した形状
のものに限られず如何なる形状であってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野である、いわゆる半導体装置の製造に用
いられる縮小投影露光装置に適用した場合について説明
したが、これに限定されるものではなく、他の露光装置
にも広く適用可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、本発明によれば、原版の配置部位に装着され
た試料マスクおよび露光試料板の透光パターンを通過し
た露光光の光量を直接測定することにより、実際のテス
トウェハによる露光工程を行なうことなく高精度かつ短
時間で最適な各種の露光用ブリセラ）１を算出すること
ができる。この結果、露光装置における機器設定を自動
化でき、回路パターンの露光を効率的かつ高精度に行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である露光装置を示す概略説
明図、第２図（ａ）、　（ｂ）および（Ｃ）は本実施例で用い
られる透過パターンを示す説明図、第３図は本実施例の処理手順を示すフロー図、第４図（
ａ）およびｂ）は本実施例における光電管によるｘＹｚ
方向の電圧変動を示す説明図である。ｌ・・・縮小投影露光装置、２・・・露光光源、３・・
・集光レンズ、４・・・縮小投影レンズ、５・・・レチ
クル（原版）、６・・・遮光膜、７゜７ａ、７ｂ・・・
透過パターン、８・・・ＸＹ方向駆動源、９・・・レー
ザ測長器、ｌＯ・・・ＸＹ子テーブル１１・・・ウェハ
チャック、１２・・・ウェハ、１３・・・光量検出機構
、１４・・・試料板、１５・・・反射鏡、１６・・・光
電管、１７・・・制御部、１７ａ・・・光量検出回路、
１７ｂ・・・制御回路、１７ｃ・・・ｘＹｚ駆劾回路、
１８・・・装置基体、２０・・・スタンド、２１・・・
Ｚ軸駆動モータ、２２・・・検出光源、２３・・・フィ
ルタ、２４・・・コンデンサレンズ、２５・・・ビーム
スプリッタ、２６・・・中継レンズ、２７・・・反射鏡
、２８・・・ＴＶカメラ。代理人　弁理士　筒　井　大　和第１図第２図（ａ）　　　　（ｂ）　　　　（ｃ）第４図（ａ）　　　　　（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、原版と露光対象物との位置決めに際して、原版の配
置される部位に所定の透光パターンの形成された試料マ
スクを装着するとともに露光対象物の配置箇所にに所定
形状の透過パターンの形成された露光試料板を載置し、
上記原版の背後より照射された露光光の光量を測定する
ことにより露光対象物の最適位置を検出することを特徴
とする露光方法。２、所定波長の露光光を放射する露光光源と、原版の装
着位置に配置され所定形状の透光パターンを有する試料
マスクと、露光対象物の装着位置に配置され上記試料マ
スクの透光パターンに対応した縮小透光パターンを有す
る露光試料板と、上記試料マスクと露光試料板とを通過
した露光光の光量を測定する受光手段とを備えた露光装
置。３、上記透光パターンを露光試料板上の露光領域に複数
点設け、各点における測定光量が最大となる位置データ
を算出し該情報を制御系に送出して機器設定を行なうこ
とを特徴とする請求項２記載の露光装置。