JPH01286309A - 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】 く技術分野〉 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の製造に使用される露光装置
に関するものであり、特に、アライメントに関する新し
い手法とシステムを提供するものである。

〈従来技術〉 マスクアライナ−に要求される基本的な性能は、解像性
能とアライメント精度である。あと一つ挙げるとすれば
生産機械としての価値感から処理能力（スループット）
であろう。半導体素子の微細化、高集精度化に伴なって
、より高い解像性能とアライメント精度か際限なく要求
される。

マスクアライナ−は、素子の微細化に伴ないコンタクト
／ブロキシミテイ方式、ｌ：ｌミラープロジェクション
方式、レンズプロジェクション方式と、その露光方式の
変遷をたどったが現在は４５０ｎ■〜３５０ｎｍの波長
の光を露光光源とする縮小投影露光装置、いわゆるステ
ッパーが主流となっている。

さらに次世代のデバイス製造のための次世代アライナ−
としては、より短い波長を持つ光源、例えばエキシマレ
ーザ−の２５０ｎ■程度の波長の光を露光光源とするス
テッパーが有力視されている。又、これに伴なって、レ
チクルの回路パターンとウェハ上のパターンの重ね合わ
せ精度も、解像力の向上に比例してより高い精度が要求
されることになる。例えば、１６メガＤＲＡＭを例にと
ると、解像力０．５．ｐｍの場合には重ね合わせ精度０
．１５１Ｌｍ、アライメント精度０．１ｐｍが必要であ
る。

従って、高精度に重ね合わせを行なえる新規アライメン
トシステムが要望されており、本件出願人が、特願昭６
０−１０２７２７号や特願昭６０−２３５９２４号で提
案したアライメントシステムもこの要望に対応するもの
であった。

これらの特許出願に示したアライメントシステムは、ウ
ェハを吸着保持するウェハチャックをアライメントに用
いるものであり、ウェハチャック上にアライメントマー
クを作り込んでおき、オフアクシス顕微鏡とＸＹステー
ジを用いてウェハ上のアライメントマークとウェハチャ
ック上のアライメントマークの相対位置関係なＸＹ座標
上（メモリ内）に位置付けた後、ウェハチャック上のア
ライメントマークとレチクルのアライメントマークの相
対位置関係を、露光用の投影レンズ系とＸＹステージと
を用いて検出することにより、レチクルとウェハとの位
置関係を求めるものである。

〈発明の概要〉 本発明は上記のウェハチャックを利用したアライメント
システムの応用に関するものであり、常に高精度のアラ
イメントを行なえる新規な露光装置を提供することを目
的とする。

上記目的を達成する為に、本露光装置は、レチクルを保
持するレチクルステージと、ウェハを保持する保持手段
と、該保持手段を担持して移動するウェハステージと、
前記レチクルを照明する照明手段と、前記レチクルの回
路パターンを前記ウェハ上に投影する投影光学系と、前
記ウェハステージの移動量を計測する為の計測手段と、
前記ウェハ上のアライメントマークを観察する為に前記
投影光学系の傍に配設した観察光学系とを有する露光装
置において、前記ウェハ保持手段に感光層を形成したこ
とを特徴としている。

本露光装置では、上記感光層として光磁気記録材料やフ
ェトクロミック材料等の書込み・消去ができる記録材料
を使用し、感光層の繰り返し使用を可能にしている。

本発明の更なる特徴及び具体的形態は後述する各実施例
に記載されている。

〈実施例〉 第１図は、本発明に基づくシステムの全体レイアウトを
示しである。

システム全体は定盤１上に組み上げられる。

（４Ｒ造体は不図示）、定盤ｌ上にはウェハーステージ
２があり、ウェハーチャック３及びそこに吸着保持され
たウェハー４を投影レンズ５の光軸に垂直な平面及び光
軸方向に沿って移動可使としている。ウェハーステージ
２は、その上に設けた光学ミラー６にレーザー干渉計７
０の光７を当てる既知の手法により、その位置座標を知
ることが出来、指定された量の移動がすべて制御される
。投影レンズ５の上方にはレチクル保持台８に保持され
たレチクル９があり、さらにその上方の照明光学系Ａか
ら光が照射された時レチクル９にとりこまれたパターン
が投影レンズ５を介してウェハー４表面に転写される様
に構成保持されている。

照明光学系Ａは、超高圧水銀灯１０から発する光をレチ
クル９上に均等に照射すべく、第１〜第３のコンデンサ
ーレンズ１１，１２゜１３と光束を曲げるべく第１．第
２のミラー１４．１５で構成されている。シャッター１
６は露光の制御を行う。

第２．第３のコンデンサーレンズ１２゜１３と第２ミラ
ー１５は、レチクルパターン面１７と共役な面を図示Ｂ
の部分に作り出す様に設計されており、この部分にマス
キングプレートを惹くことにより、レチクル９の特定の
部分だけ照明できる様になっている。マスキングブレー
ドは、　Ｕ　Ｓ　Ｐ　４．４７４．４６３に示す様に既
知の技術なので図示しないが、４枚の独立なブレードを
駆動回路７２て駆動して、認意の矩形の開口を設定する
ことか可能である。

投影レンズ５に近接して、投影レンズ５の光軸と平行な
光軸を有するオフアキシスアライメント光学系Ｃが配δ
される。

アライメント光学系Ｃにおいて、ハロゲンランプ２２か
ら出た光は、集光ミラー２３．集光レンズ２４により集
光され第１の偏光板３１゜ハーフプリズム２５．対物レ
ンズ２６．ミラー２７を経てウェハー面（又はチャック
上面）を照射する。ウェハー面から反射した光は逆に可
動ミラー２７．対物レンズ２６を経てハーフプリズム２
５で上方に光軸な曲げ、リレーレンズ２８を介して、−
旦基準マーク３１上に結像する。

エレクタ−３２は、前記ウェハー４の像と基準マーク３
１上のパターンを撮像管２９の管面３０の上に結像する
として、エレクタ−３２と撮像管２９の間には第２の偏
光板３３を配置する。これにより、アライメント光学系
Ｃは偏光顕微鏡を構成している。

撮像管２９からの信号はＣＣＵ７１を介して画像処理回
路７３へ送られ、画像処理回路７３は、基゛準マーク３
１の画像と、ウェハ上のアライメントマークの画像や後
述する磁化像の画像を処理する。（例えば両者の基準マ
ーク３１との位置関係を求める。） ウェハーチャック３のウェハー４の外側になる部分（即
ち、ウニへ面と接しない部分）に表面か略ウェハー４の
表面と一致する様な凸起部分４０があり、この表面に光
磁気記録材料１０６がコートされている。

光磁気記録材料は通常の状態では、磁極の方向か一つの
方向（例えば上向きに）に整列しているが、逆方向（下
向きに）の弱い磁場をかけて且つ光エネルギー（露光光
）をあてると、光の当った部分だけ極性が反転する。そ
してこの正逆の磁極のパターンを偏光１ｉ１１微鏡を成
すアライメント光学系Ｃて観察することができる。

さらに記録時と逆方向の強い磁場（上向き）をかけると
磁極は通常の整列状態に復帰する。

従つて、パターンの書き込みと消去が可能である。

この書き込み、消去をする為の手段はいくつか考えられ
、これについては本件出願人による特願昭６２−２４５
２４４号で詳細に説明しである。

ウェハチャック３の部分断面図を第６図に示す。

磁化像形成時に弱い磁力線を発生させる手段は種々ある
が本実施例では、ウェハーチャック３に永久磁石を埋設
する方法を採用する。

こうすれば、いつでも磁化像形成の状態をｔ！” 作っておける。なさならば、コイル等を使う場合には、
シーケンシアルな動作か入るし、電流・抵抗による熱の
発生の心配かあるためであり、永久磁石の使用は交直で
確実な方法である。

ウェハーチャック３のウェハー保持面は周辺に輪帯状の
シール面１０１かあり、その内側に多数のピン１０２を
配置したピンチャツク形状を成し、そこにチャック内管
路１０３を通して排気（真空）することにより、ウェハ
ー４の平面矯正を行う。

ウェハーチャック３の外周には、リング１０５か配置さ
れ、ビス１０６によりチャック３と結合される。

リング１０５の表面には磁気記録材料 １０６が蒸着（あるいはスパッタリング）により、層状
に形成されており、その表面の投影レンズ５の光軸方向
の位置はウェハー４の表面位置と略一致している。

リング１０５の溝部には永久磁石１０７が接着されてい
る。永久磁石の磁極の方向は上側Ｎ、下＠Ｓに整列して
おり、破線で示す様な磁力線１０９を発生する。磁力線
１０９は光磁気記録材料層１０６の面に対し略垂直に交
わる。

第７図は投影レンズ５の周辺に設けられる磁界発生手段
を示している。

同図において、２０１か磁界発生手段であり、磁気ヘッ
ドから成る。光磁気記録材料１０６に記録された磁化像
の消去に用いられる。

磁化像消去の手順としては、ウェハステージ２を移動し
て、光磁気記録材料１０６の磁化像の形成された部分を
消去用磁気ヘット２０１下部に送りこみ、第８図に示す
様に磁気ヘッド２０１のコイル２０２に駆動回路７０１
により電流を流し、コイル２０２の中心に配した鉄心２
０３に磁力線を発生させる。

第６図と対応させると磁気ヘッド２０１側がＮ極になる
様にコイルに電流を流す。この磁力線か十分強ければ、
チャツク３内部に埋設した永久磁石の磁力線に打ち勝っ
て光磁気記録材料層１０６に略垂直に逆方向の磁力線が
形成でき、磁化像を消去することができる。

第６図では１個の磁力線発生手段２０１か図示されてい
るが、実際には投影レンズ５の回りに複数個の磁力線発
生手段を設けた方か良い。

これによりステージのわずかな移動でウェハチャック３
上の任意の箇所に形成した磁化像を高速にして消去でき
る。

本発明の露光装はのアライメント−露光実施手順の１実
施例を第２図のフローチャート図及び第３図のレチクル
平面図及び第４図（ａ）。

（ｂ）のウェハー及びウェハーチャック平面図を用いて
説明する。

まずこのアライメント−露光の工程をｆｆ１Ｎｉ目の工
程とすると、第３図は第Ｎ工程用のレチクル５０を示す
ことになる。第３図において実素子パターン領域５１の
岡囲のスクライブ線に相当する部分５２にはＮ工程以降
の工程で使用するウェハーＡ　Ａ　（Ａｕｔｏ　Ａｌ　
ｉｇｍｅｎｔ　）用マーク５３Ｌ、５３Ｒが入っている
。本発明によりウェハチャック周辺の光磁気記録材料部
に投影する為のマークとして、もちろん５３Ｌ。

５３Ｒは使えるが、本実施例では、実素子パターン領域
５１（５２）の外で露光有効領域５４の内側に相当する
領域に作りこんだマーク５５Ｄ、５５Ｕ、５５Ｌ、５５
Ｒを光磁気記録材料へのパターンの記録に使用すること
にする。

第２図のフローチャート図に従えば、まずＮ−１工程か
終了したウェハー６０かウェハー保持台３（ウェハーチ
ャック）の上に吸着セットされる（ＳＴＥＰ　ｃ　ｌｏ
　ｔ　］）、この時の状態を示したのが第４図（ａ）で
ある、第４図（ａ）において、配列している矩形パター
ン６１は、Ｎ−１工程で作られた実素子エリア（Ｓ　Ｈ
ＯＴ）を示している。実素子エリア間のスクライブライ
ンには、前工程で用意されたＮ工程用のウェハーＡＡマ
ーク６２が配列されている。ウェハ未だパターンは形成
されていない。

次にフローチャート図に示す５ＴＥＰ ［１０２］で、すくなくとも２ケ所以上のウェハーＡＡ
マークをアライメント光学系Ｃで検出し、ウェハーの配
列方向が装置の基準方向（例えばＸ軸方向）に一致する
様にウェハーチャック３を０方向に回転調整し、ウェハ
ーの配列方向と基準方向とか合致したところでウェハー
４の０を固定する。この作業は従来のオファクシススチ
ッパ−におけるプリアライメントと同じ作業なので詳細
は省略する。もちろんＯ固定時のウェハーＡＡマークの
検出値（△ｕｉ。

△ｖｉ）とその時のステージの位置座標（ｘｉ、ｙｉ）
はＣＰＵ７４を介してメモリー７５に収納する。

次に５ＴＥＰ　［１０３］て磁化像の形成を行う。あら
かじめ、磁化像を形成する為の予定の位ｚ　（ｘｙ位置
座標上の）に、ウェハステージ２を移動し、シャッター
１６を開いて露光をかけ、光磁気記録材料層４０の上に
磁化像を形成する。予定した数を終えるまで５ＴＥＰ露
光を緑り返す。もちろん露光時のステージ座標位置（Ｅ
ｘｊ、Ｅｙｊ）は、読み取られ、メモリー７５に収納す
る。尚、レチクル５０上の磁化徴用マーク５５Ｄ、Ｕ、
Ｌ、Ｒのどれを光磁気記録材料層４０の各位置に焼き付
けるかは、マスキングブレード２０を働かせることによ
り行う、またこの磁化徴用マーク５５Ｄ、Ｕ、Ｌ。

Ｒの露光時にウェハー上の有効５ＨＯＴを露光しない為
にもマスキングプレート２０を使用する。この露光の結
果形成された磁化像を第４図（ｂ）に示す。

本実施例では第４図（ｂ）に示す様に計４回の露光によ
りチャックの上下左右に計８個の磁化像マーク６５を形
成している。

次に５ＴＥＰ　［１０４］で、アライメント光学系Ｃに
より磁化像マーク６５ｊ　（ｊ＝Ｌ。

Ｒ，Ｕ、Ｄ・・・）とウェハーＡＡマーク６２ｉ　（ｉ
＝１，２．３・・・）の位置を諭＝出（△ｕ　Ｊ　＋△
ｖｊ）（△ｕｉ、△ｖｉ）検出と同時にその時のステー
ジ位ご座標値（Ｘ　Ｊ　１ｙｊ）（ｘｉ、ｙｉ）を読み
取る。この時、磁イＧ ）像マークとウェハーＡＡマークの読み取り順序は特に
指定はないが、全体のステップ時間か最短になる様に手
順を決めるのか好ましい。

又、５ＴＥＰ　［１０２］〜［１０４］の中に於るウェ
ハーＡＡマークの検出の数、磁化像の焼付５ＨＯＴ数と
焼付マークの個数及び検出数等は、Ｎ工程の重ね合せ必
要精度によって決定さるべきものである。

従って例えば５ＴＥＰ　［１０４］に於るウェハーＡＡ
マークについていえば、最大は全５ＴＥＰ　［１０４］
ての検出数ゼロでもかまわない。

ることかできる。又、場合によっては、磁化像のコント
ラスト等を検出することにより、ウェハー４の光軸方向
の位置ずれも検出できる。

５ＴＥＰ［１０５］に於て、５ＴＥＰ ［１０２］〜［１０４］で取ったデータから、実素子パ
ターン露光時の配列座標を決定する為の演算処理を行う
。ここでも座標の演算法について種々の方式かあるが、
いずれも既知の手法なのでここでは省略する。基本的に
は、磁化像の形成及び検出に於て得られた座標を基準と
してウェハーＡＡマークの検出座標を補正することにな
る。そして５ＴＥＰ［１０６］で５ＴＥＰ［１０５］で
決められた配列座標に従って、ウェハステージ２のステ
ップ移動と露光を行う。

この時はもちろんマスキングプレート２０によって照明
光の照明範囲を規制し、レチクル９上の磁化徴用マーク
５５は遮光する。

５ＴＥＰ［１０７］ては、ウェハチャック３上の光磁気
記録材料４０に形成されている磁化像を消去する。ウェ
ハチャック３自身か消去手段を持っている場合は、５Ｔ
ＥＰ　［１０６］の前、あるいは５ＴＥＰ［１０５］や ５ＴＥＰ［１０６］の途中で磁化像を消去することかで
きる。

又、ウェハチャック３自身に消去手段を付設する場合、
前述の磁気ヘッド２０１をチャック内部に埋設しておけ
ば良い。この様な構成にしておけばステージ２を駆動す
ることなく、任意の位置で磁化像の消去ができる。

以上説明した本露光装置におけるアライメントの方式は
、理解を容易にする為に単純化しであるが、この方式に
限定するものではない。つまりここでの要点は、ウェハ
ーのθを固定してから以降の作業として、 ■ウェハー４上の、あらかじめ指定されたアライメント
マーク（複数個）をアライメント光学系Ｃの視野にとら
え、その時の検出位置データーとステージ位置のデータ
ーを情報として取りこむこと。・■あらかじめ指定され
た位置にレチクルの磁化像マークを形成し同時にその時
の位置情報を取りこみ、磁化像マークをアライメント光
学系Ｃの視野にとらえ、その時の検出位置データーとス
テージの位はのデーターを情報とてあり、その中の手順
向後は問題にしないという事である。さらに、磁化像は
次にその領域に次の磁化像を形成する時まてに消去され
ていれば良い。

この様なアライメント方式てはウェハステージ２は頻繁
に移動することになり、ｆ５２図のフローチャート図の
手順を送っていては、ウェハステージ２の移動量が大き
くなり（即ち移動時間が大きくなり）、ウェハー−枚当
りの処理時間か長くなってしまうという欠点を持ってし
まう。

従って実際には検出すべきウェハーのアライメントマー
クの配置及び、形成し、検出すべき磁化像の位置は決っ
ているのだから、ステージの移動時間がより短くなる様
に手順を組み合わせるのが妥当であり、ＣＰＵをもって
これらをプログラムするのは容易なことである。

以上本露光装置によれば、従来のオフアクシス方式のア
ライメントシステムを利用するものでありながら、従来
持っていた精度上の欠点を大幅に改善でき、精度の向上
か見込めることである。

更には上記の効果がシステムとしての弱点なしに、かつ
実施上の大きな障害なく達成できるという事である。

前述の実施例に対して、光磁気記録材料をホトクロミッ
ク材料に置き換えることも回走である。ホトクロミック
材料の場合には書き込みに磁場という様な特殊な条件か
不要な事、蓄植型の反応なので露光エネルギーが弱くて
も時間をかければ必ず像が形成できるというメリットが
あり消去の場合も熱又は白色光で簡単に消去できる。又
、ホトクロミック材料を使用する場合は、オフアキシス
アライメント光学系は偏光顕微鏡で構成する必要はなく
、通常の顕微鏡を使用する。

一方、前述の実施例で用いた光磁気記録材料の方は、エ
ネルギーの蓄積性か無く、単位時間当りの光エネルギー
かある臨界値より下がると磁化像が形成できない性質を
持っているために、像面での露光光の照度を十分な値に
設定する必要がある。

この場合には、構成的にやや複雑になるが第５図に示す
様に正規の露光用照明光よりも強い光エネルギーを磁化
徴用マーク部分に集中して与えてやる方法が考えられる
。第５図の場合、正規露光時に使用されるミラー９０を
退避可能に構成し、磁化像露光時にはこれを９０’に退
避させ露光光源９１からの光を直接ファイバー９２に取
りこみその射出光を磁化徴用マーク位置に相当するレチ
クル上面９５に直接あるいはマスキング面９５′から間
接的に照射し露光する方法が有効である。又、ファイバ
ー９２を用いる代りに、別途レーザ光源を配設し、レー
ザ光源からのレーザ光でレチクル上面９５を照射し、露
光しても良い。

また、第５図に示す露光用光源９１は ＫｒＦエキシマレーザ−てあり、本発明をエキシマレー
ザステッパーに於て実施することを考えた場合、磁化像
の焼付時に、ステージを走らせながら露光する、いわゆ
るＦｌｏｓｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｌｙ方式の使用により
スループットの短縮が可能である。

エキシマレーザ−はパルスレーザ−てあり、そのパルス
時間は２０　ｎ５ｅｃ／　ｐｉｓ前後であり、仮にステ
ージか１００　ａｓ／　ｓｅｃで走行していたとしても
、２０　ｎ５ｅｃに走る時間は０．００２　ｔＬ　ｍ　
テあり、像流なと問題になり得ない。また、従来から良
く知られているＦ１ａ５ｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｌｙ方式
による露光は、すくなくともＸＹ座標の２軸方向の目標
地点をステージか通過することか前提で、その瞬間に露
光するというものだが、ここでのＦ１ａ５ｈ　ｏｎ　ｔ
ｈｅ　Ｆｌｙ方式はステージがあるトレランス領域を通
過中に露光をかけ、その露光の瞬間のステージ座標位置
を読み取るという事てあって前者よりもはるかに容易で
あることは言うまでもない。

第５図に示すＫｒＦエキシマレーザステッパーは、エタ
ロンやクレーテインク等から成る狭帯域化手段を光［９
１内部に格納しである。

この狭帯域化手段によりＫｒＦレーザのバント幅をΔ入
＝０．００５ｎｍ程度に狭帯域化している。又、投影レ
ンズ５を構成する複数枚のレンズ素子は５ｉ０２のみか
ら成り、入＝　２４８．４ｎｍ程度の波長のＫｒＦレー
ザ光を十分に透過する投影レンズとなっている。

この様な露光装置では、多層レジスｌ−か形成されたウ
ェハ上のアライメントマークを投影レンズを介して１Ｉ
１２察するのは非常にむずかしいが、本発明によれば、
投影レンズを介して観察する所謂ＴＴＬ方式のアライメ
ントと同程度の精度で、ウェハのアライメントマークと
レチクルのアライメントマークの位置関係（即ち、ウェ
ハとレチクルの回路パターンとの位置関係）を知り、レ
チクルとウェハの位置合わせを可能にする。

〈発明の効果〉 以上、本露光装置によれば、ウェハを吸着保持するウェ
ハチャックに光磁気記録材料やホトクロミック材料等か
ら成る感光層を形成しておくことにより、この感光層に
レチクルのアライメントマークを投影レンズを介して転
写して、転写したアライメントマーク像とウェハ上のア
ライメントマークとの位置関係に基づいてレチクルとウ
ェハ成はウェハ上の各ショット匍誠との位置合わせを行
なうことができる。

従って、ウェハの処理プロセスによらず、常に高精度の
位置合わせか行なえる。

又、光磁気記録材料やホトクロミック材料は書き込み及
び消去か可能な記録材料である為、繰り返し使用ができ
るという格別の効果かある。

又、ウェハチャックの感光層に転写したアライメントマ
ーク像の状態（位置、コントラスト）に基づいて、投影
レンズの倍率やレチクルの回転方向（θ）のずれやウェ
ハの投影レンズの光軸方向の位置ずれ（ピントずれ）等
も検出てき、極めて多種多用の機能を備えた露光装置を
提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る露光装置の一実施例を示すシステ
ム構成図。 第２図は本露光装置によるアライメント−露光の実施手
順の一例を示すフローチャート図。 第３図は第Ｎ工程に使用するレチクルの平面図。 第４図（ａ）、（ｂ）は第Ｎ工程におけるウェハとウェ
ハチャックの平面図。 第５図は第１図の露光装置の変形例を示すシステム構成
図。 第６図はウェハチャックの部分的断面図。 第７図は投影レンズの周辺に配設される磁界発生手段を
示す図。 第８図は第７図の磁界発生手段による磁化像消去方法を
説明する為の説明図。 Ａ・・・照明光学系 Ｃ・・・オフアキシスアライメント光学系３・・・ウェ
ハチャック ４・・・ウェハ ４０・・・ウェハチャックの凸起部分 １０６・・・光磁気記録材料層 １０７・・・永久磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レチクルを保持するレチクルステージと、ウェハ
   を保持する保持手段と、該保持手段を担持して移動する
   ウェハステージと、前記レチクルを照明する照明手段と
   、前記レチクルの回路パターンを前記ウェハ上に投影す
   る投影光学系と、前記ウェハステージの移動量を計測す
   る為の計測手段と、前記ウェハ上のアライメントマーク
   を観察する為に前記投影光学系の傍に配設した観察光学
   系とを有する露光装置において、前記ウェハ保持手段に
   感光層を形成したことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記感光層が光磁気記録材料から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の露光装置。
3. （３）前記感光層がフオトクロミツク材料から成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の露光装置
   。