JPH01503100A - 写真印刷における符合方法及びその方法を実施するための装置 - 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】 ！　８′］戸に−；ｌ　Ａ’　の　ｆ９−　ための３看□ この発明は支持基板上への光学的感応性コーティングを多数回露光に関するもの であり、半導体装置のためのマイクロサーキットの構成に特に関連している。一 つの応用として、この発明は、多数の像の正ミ符合を行わせるだめの改良方法に 関しており、その多数の像というのは光学的コーティングに次々に印加されるこ とが要求されるものであり、その後にコーティングは基板（たとえば、半導体物 質の単結晶ウェーハ）に付され、そのコーティングは更に処理（たとえば、半導 体チップのための複雑なマイクロサーキットの形成）を受ける。他の応用として この発明はそのような多数のマイクロサーキットを単一のウェーハ基板上にサイ ド−バイ−サイドに構成する装置（“ウェーハステッパ°として広く知られてい る）に関する。

先立１板夏考察 マイクロサーキットの構成における一つの鍵となるステップは写真製版、即ちシ リコンウェーハの表面上に入り組んだパターンを形成する能力である。４００ｎ ｎ＋付近の波長を用いた光学的な写真印刷はパターンの複写の主流の方法であり 、ここ当分はこれを維持するものと思われる。

マイクロサーキットを幾何学的により小さなものとし、マイクロサーキットを生 成するためのウェーハを直径を大きなものとする傾向があるが、そのためウェー ハステッパを使用した直接的な歩道技術を使用するようになってきている。この 技術は本質的には歩道及び繰り返しカメラを使用するものであり、マスクパター ンはウェーハのコートされた表面に直接に結像され、その際の縮小比は例を挙げ るとＩＯＸもしくは５×等である。

像の視野は普通は２０平方■より小さく限定することにより、高い数値を持った 口径の投影レンズを使用することができる。

このウェーハはカメラの光学系の下方を徐々に歩進され、要求されるパターンの 像形成がＸＹステージ機構上で繰り返され、ウェーハの使用可能な表面の全体が 露光され、パターンの符合及び焦点の修正は各露光地点においてなされる。

現在のもっとも進んだウェーハステッパ技術で使用される最も普通の照明源は水 銀蒸気ランプである。そのようなウェーハステッパでは、像平面での強度は、ポ ジティブの光学的レジストを使用したとして、１００−１０００　ｓｎＷ　ｃ＠ ″の程度であり、露光時間は場所当たり５００−５０　ｍｓの露光時間までであ る。即ち、ＸＹステージ機構は移動され、停止され、安定され、符合調整され、 つぎの個所に移動するに先立って露光の際に不動に保持される。

パルス作動レーザ源を使用することが提案されている。数多くのレーザが入手可 能であり、その波長は１ｌ６０−３５０ｎの範囲であり、毎秒１００パルスを超 える繰り返し速度で約１０ｎｓの出力パルスを与える。そのようなレーザ源の各 パルスのエネルギは普通のポジティブのレジストを露光するのに必要となる一回 の照射量より相当余裕があり１、そのため、連続的に移動ステージを具備した° 移動中露光（ｆｌａｓｈ−ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ）　’方式のシステムが提案さ れてきている。このシステムは効率を２倍若しくは３倍に改善し、ＸＹ機構の機 械的な設計が容易となる。停止−始動操作作動に伴う問題であるスティック−ス リップやへ力学的な揺動は排除される。走査キャリッジがウェーハ上の列をなし た領域（ｓｉｔｅ）を通過時に露光は行われるが、そのような露光は全て走査と 同一方向においてなされる（即ち、新規な列毎に始点にフライバックする）か、 露光は交互の列で反対方向に行われる。ウェーハステッパから出力は単一方向露 光によって減少されようが、ＸＹステージ機構の機械的な繰り返し能力をもっと 容易に達成することができる。

ウェーハの露光を成功裏に行うにはマイクロサーキットに要求される微細な幾何 学形状を良好に解像することができることだけでなく、各露光個所において新規 に投影された像を既存のウェーハパターンと正確に符合させることが必要である 。この発明は改良した動的な符合方法及びそれを実施するのに適当な装置に関連 している。

エーハスー−バ　に　れ　の−Ａシス−ムラニーハスチッパで像の符合のために 使用される整合マークのタイプ及びマークの検出技術の標準として同意に到った ものはない。製造されるでいるウェーハステッパの数と同じ数のシステムがある 。マークは単純な十字からフレネル領域ターゲット及び格子パターンまで色々と あり、検出システムは単純な光ダイオード及びスリット装置から複雑な像処理を 行うビデオカメラまで色々ある。しかしながら、公知のシステムは以下の点で共 通したものがある。

ａ）　ウェーハはステッピングの以前には全体的にはＸ、Ｙ。

Ｚ及びθにおいて整列している。従って、ウェーハの表面は光学の像平面におい て高さがそろっており、全体のパターンはウェーハを支持するステージのＸＹ軸 に平行に整列している。

ｂ）符合のためのマークは、マイクロサーキットに以後分割される領域（このよ うな領域はよく　“スクライブチャン文ル。

と称される。）に通常位置される。

Ｃ）マークは面積が相当小さく、通常は２００平方μより狭くて、ステージは停 止しているか各露光個所付近で低速で移動しているかのどちらかのときに、局部 的な位置座標を更新するために使用を意図したものである。

ｄ）局部的な位置修正は、θの局部的な調整が必要となるウェーハステージが有 意な揺動エラーを示さない限りにおいて僅かのＸＹ補正に制限される。

１皿Ω！后 この発明の一つの面によれば、先立って行われた像形成により予め生成された特 徴をもつ、コートされた基板上に光学系の投影レンズによって形成されるレティ クルの一つの像を符合させるための方法であって、コートされた基板上への前記 一つの像の形成に先立ち、基板上に参照パターンを形成し、走査方向において基 板を通過するレティクルの相対移動により惹起される、光学系に対する参照パタ ーンの位置の変化を監視することを具備する方法において、特徴とするのは、そ の像が予め生成された特徴と符合する位置にレティクルが接近するに従って、参 照パターンが投影レンズを通して作動する光学的手段により照合され、走査方向 での移動を停止することなくコートされた基板上に像を正確に生成するのを可能 とすることである。

好ましくは、照合工程においては、基板上の参照パターンと比較されるレティク ル上に形成される第２の参照パターンが更に使用され、走査方向における符合の 唯一の表示が得られると共に、走査方向における符合の上流での走査方向と直交 する方向でる芯ずれに関する情報が得られる。

層一層の符合若しくは重複の公差は最小の特徴寸法の関数であり、かつ設計配置 規則に依存する。ＭＯ５処理の代表的な値は最小線幅の±１／３から±１７５の 範囲である。最小線幅が０．５μで重複公差が±０．５μ（３σ）というのが、 回路の特徴の寸法が期待のように減少するとすると、１９９０年の初めには達成 されよう。

停止させることなしに作動させるとすると、ウェーハステージの一つの軸線（即 ちＸ軸）での走査方向での移動（移動中露光モードで作動させる場合）は一つの 方向において走査され、一方走査するべき次の列のための適当な距離ステップ的 に横切るときｙ軸は列の端が来るまで不変に留まる。Ｘ方向における走査は走査 の開始時に加速が、走査の終点において減速が可能な限りにおいて円滑に行われ るように実行され、走査に必要となる時間を最短とし又はジャーク（ｊｅｒｋ） が起こらないことおよび最小時間の走行に関して走査の移動を最適化することが できる。ウェーハの分布及び局部的なパターンの誤配置を修正するため各露光個 所においてｙを調節することが通常必要となる。

これは、次の露光個所でのｙ座標上の先立った情報を与える適当なパターンを追 従することによりなされ、新規な露光個所のＸ座礁を規定するパターン若しくは 特徴によって閃光がトリガされる以前に必要なｙｔ！調節を行うこと許容する。

かくして、有効となるべき符合処理のため、露光に先立って動的に連続なやり万 で作動すべきものである。

露光に先立って連続的なｙ位置信号を提供するため、ブツシュ−プル配置に配置 された一対の検出器によってまたがれる単一の線が使用される。しかしながら、 そのようなシステムはアナログ回路に連結されるｄ、　ｃ、の全での問題を被る ものであり、加えて線の像の破片や非対称に感応する。

上記のうちＬ　Ｃ，連結のものは好適にも繰り返し若しくは格子パターンを使用 しており、ステージの走査に従ってａ、　Ｃ，信号を発生する。

望ましくは基板上の参照パターンは、双子の軌道の線型的な格子の形態をなす走 査方向に延びるチャンネル内に位置され、その軌道のラインは山形をなすように 走査方向に傾斜角度をなしている。別の参照パターンは基板上の参照パターンと 類似しているのが望ましい。なぜなら、そのような山形のパターンが重ねられる ときに、投影レンズを通して見られる参照パターンがＸ（走査）及びｙの双方の 方向における山形パターンの相対移動に感応するからである。もし、光検出器が 採用され、一つの山形パターンがＸ方向における他方を通して走査されたとき二 つの屈曲波形が得られ、その周波数は走査速度及びパターンのラインのピッチに 関連する。しかしながら、これらの二つの波形間の位相差は山形パターンの中心 線間のｙオフセットに直接関連している。

予めコートした特徴と符合した要求される像を生成する閃光はこれらの格子信号 の一つの零交叉を計測することによって正しいｘｇ標でトリガすることができる 。但し、そのトリガ回路に主ステージ計測システムを予め装備させておく必要が ある。

参照パターンのラインの傾斜角度は代表的には走査方向に対して＋４５″及び− ４５６で傾斜されるが、他の角度（好ましくは２０１１から７０°の範囲にある 。）を除外するものではない。山形がラインの一つの好適な配置であるが、傾斜 ライン及び直交ラインの他の組合せを使用することができる（例えば６角形の半 分若しくは１０角形の半分等）。

この発明の別の特徴によれば、光学的システムを介してレティクルプレートの像 を有したコーティングの移動中露光のための光感応コーティングを担持した基板 を支持するたその装置は基板の支持体を構成したキャリッジと、ふたつの相互に 直交する参照表面に近接してキャリッジを支持する手段及び移動する手段と、そ れらの表面の一方は走査方向における基板支持体の制御移動のために使用され、 それらの表面の他方は走査方向に直交する方向における基板支持体の制御移動の ために使用される装置において、この装置の特徴とするのは、光学的装置を介し て基板上の第一の参照パターンとレティクルプレートの第二の参照パターンとを 比較し、前記方向の少なくとも一つの方向に関する基板支持体の所望の位置及び 現実の位置との間の誤差信号を取り出すための手段が具備されること、並びに取 り出された誤差を減少するため現実の位置を電気的に調整するための手段が具備 されることをである。

好ましくは、誤差の減少手段は少なくとも一つの力コイルを具備し、各参照面に 近接してキャリッジを支持する手段は少なくとも一つの気体支持パッドを具備す る。

図面の簡単な説明 この発明を、添付図面を参照にして、実施例によって説明する。

第１図は複数のマイクロサーキットが形成されるべきウェーハの領域の一部の平 面図であり、第１ａ図は、マイクロサーキットの四個の個所だけを示す第１図の 拡大図である。

第２図は走査方向に延びる記載チャンネルにおけるウェーハ上に形成される参照 パターンの拡大図である。

第３図は第１図のウェーハ上のマイクロサーキットを製造するのに要求される必 要な組の特徴を結像するために使用されるレティクルプレートの平面図であり、 第３ａｔＫは、この発明の方法に応じた符合の目的のためのレティクルプレート 上に形成される整合パターンの拡大図である。

第４図は第３図のレティクルプレート、及び移動中露光符合のためその上の参照 パターンを利用するため要求される装置を備えた第１図のウェーハの相対位置を 示す図。

第５図は第４図に示す装置のより詳細な図であって、略示された電子制御装置が 具備されている。

第６図は山形パターンを監視する検出器から受け取られる代表的な信号を示す。

第７図は、エツチングによって山形パターンを生成する簡便な方法を示す、第１ 図のウェーハ上の刻印チャンネルの一部の拡大した平面図。

第８図はウェーハをその上にコーティングを露光しながら以降するため５月され る装置のウェーハ支持ステージの部分的斜視図。

第９図は第８図の装置に使用される力コイルプレートの一つを示す図。

発明の詳細な説明 第１図はウェー７％ｌの（例えば単一結晶シリコンの）表面の一部を示すもので あり、ウェーハは、そのウェーハに種々の異なったコーティングを写真印刷によ るパターン形成技術により付加することによるマイクロサーキットの製造のため に用意されるものである。各マイクロサーキットは領域２において位置しており 、複数の個所は第１図の行、列において示され、近接した領域はＸスクライブチ ャンネル３とＸスクライブチャンネル４（第１ａ図参照）によって分離されてい る。公知のようにウェーハはウェーハ走査装置上に支持されており、光学系（第 ５図に２０に示される）の下で後方及び前方に動かされる、その結果レティクル プレート５上の像（第３図参照）は領域２上に投影され、後に引き続く処理に先 立ってコーティングを修正することができる。ウェーハ１に投影されるパターン 及びマイクロサーキットを層から層に形成するために採用される技術は良く知ら れており、これはこの発明のいかなる部分も構成するものではないので、詳細に は説明しない。

第４図及び第５図のレティクルプレートは４個の近接領域のためのイメージ領域 ６を示しているが、これは純粋に例示のためであり、回路の複難さ及び／もしく はプレート５に対する領域の寸法に依存して、一つ以上のいかなる数のイメージ 領域をも使用することができる。

全ての領域のパターン形成を行うため、ウェーハは光学系の下で徐々に移動され 、かつこの移動は、第１図の上部において矢印によって示される蛇行したステッ ピングパターン、又は第１図の下部において矢印及び破線によって示される単一 方向ステッピングパターンにより行うことができる。複雑な高度に小型化された マイクロサーキットを得る必要がある場合には、レティクルプレート５に対する ウェーハｌの位置の精度が極端にまで要求され、支持／駆動システムがすこぶる 良好に設計されていることが要求される。図示されるいずれのステッピングパタ ーンについても、走査若しくはＸ方向における移動制御に移動に引き続いて、次 列のステッピングを達成可能とするためｙ方向の調整が行われなければならない 。

この明細書の冒頭から明らかであるが、この発明は領域２の移動中露光に関連し ており、特定すれば、各領域２においてレティクルプレート５から得られる投影 イメージの正確な符合を確保する方法、並びに、移動中露光方式による符合を正 確に達成することができる改良装置に関連している。

イメージ符合の目的のためスクライブチャンネル３もしくは４が使用され、かつ チャンネル３もしくは４に設けられる参照波パターンとレティクルプレート５上 の整列ウィンドウの成る形態との間の一致を監視することが知られている。ここ に提案するのは、走査方向の移動を停止することなく、レティクルプレート５に より生成されたイメージにより領域２をスィーブするにしたがって、光学系２０ の投影レンズ２１（第４図及び第５図参照）としての光学的手段により、ウェー ハ上での参照パターン７を照合することにより、精度の高い符合を得るちるであ る。

この発明の方法は、問題を単純とするため、第２図において７ａで示すような２ 重の山形（ｃｈｅｖｒｏｎ）パターンをウェーハの最初の処理（例えば１のとこ ろ）時に印加すると仮定して説明する。山形参照パターン７ａは少なくとも数ミ リメートルの長さ、好ましくは露光領域の全長に亙った領域の一つの縁部に沿っ て印刷される。次いで、次回の層のためレティクルプレート５に、短い山形パタ ーン部分を具備した二つの観測ウィンドウ８ａ、８ｂ（第２図、第３ａ図、第４ 図、第５図参照）が形成される。関連する照明及び検出システム（第４図に示す ように、例えば、光源Ｓ１ビームスプリツタ９、及び二つの光検出器１１゜１１ より成る）が、移動する参照パターンの照合のため設けられる。

レティクルプレート５上でのイメージ（複数もある）に関する観測ウィンドウ８ ａ、８ｂの位置は好ましくは露光に先立ってのｙ整列誤差信号の継続時間を最大 とするように選択するのが好都合である。ウェーハｌを単一方向走査する場合に 、ウィンドウ８ａ、８ｂは、第４図に最もよく示すようにレティクルプレート５ のコーナーに位！される。ウェーハ１の双方向のジグザグパターンを走査するの に使用するときは、ウィンドウ８ａ。

８ｂはレティクルプレート５の向心線上に位置させることができる。当然である が他の配置も使用することが可能である。

双子軌道の山形パターン（第２図、第３ａ図において＝４５ｃでそのラインを示 すが、これは木質的なことではない。）を使用することにより、ウィンドウ８ａ 、８ｂを通して観測されるー参照パターンは走査方向及びＸ方向のいずれにおけ る相対移動にも感応することができる。各光検出器１０及び１１は周期的波形を 生成し、その周波数ｆはＸ方向における走査速度Ｖ及びパターンのラインのピッ チｐに関連する（ｆ＝ｖ／ｐ）。二つの周期的波形の間の位相差は山形パターン の中心線間のｙオフセットに直接関連する。例えば、もしパターン７上のライン のピッチおよびウィンドウ８ａ、８ｂにおけるラインのピッチが１０μであり、 走査速度が１００　ｍｍ／秒であるとすると、得られる信号の周波数は１０）Ｉ Ｋｚであり、２５μのｙオフセットは１８０゜の位相差を惹起せしめる。単純化 のため、山形パターンは位相が合ったラインパターンを持っているが、二つの軌 道間で９０゜もしくは１８０°の慎重に決められた位相オフセットを具備するこ とが好ましく、光検出器１０及び１１からのａ、　Ｃ，信号の処理を簡略化する ことができる。

制御システムの主要な特徴が第５図に示される。レティクルプレート５の各露光 領域で動的な整合を行いつつ、移動中露光方式で作動するときのシーケンスは以 下の通りである。

ウェーハステージ（第５図で２５によって略示し、第８図により詳細に図示され る。）はコンビニータ制御により一列の露光領域の始点まで駆動される。配線２ ７からのｙ軸要求信号により制＠されるｙサーボモータ２６によりその列の公称 Ｘ座標に）・軸を位！させて、配線２９によりのＸ軸要求信号を供給されるＸ駆 動モータ２８を使用してその列に沿ってｙ軸が走査される。）・方の調芯誤差ゲ 号は、光検出器１ｏ及び１１　（第５図には示されない）からの出力３１．３２ を受け取る整列制御回路２０によって監視される。ｙＬｉｉ調芯誤差信号が配線 ３３に一旦出力されると、この誤差信号によるｙ軸制御が、制御コンピュータ３ ４、その人力／出力インターフェース３５及び配線２７を通してイネーブルにさ れ、ｙ軸はスクライブチャンネルにおける参照パターンにより規定されるライン に追従せしめられることになる。Ｘ方向におけるウェーハステージの位置の初期 表示は配線３６上の信号によって与えられる。

ウェーハステージ２５のＸ軸センサ３７からのフィードバック位置は配線３８上 でも監視され、ｙ軸が露光領域の公称Ｘ座標に接近するにしたがって、配線３９ に出力されるＸ軸調芯誤差信号によるレーザトリガ４０の制御がイネーブルとさ れ、励起型レーザ光源４１の点火に到り、レティクルパターンは整列信号の一つ のゼロ交差によって規定されるＸ座標において閃光による露光せしめられる。

その領域が露光された後に、ｙ軸はＸ座標において、ｙ調芯誤差信号が次の領域 において再度出現するに至るまで、不動に留まり、その後以上のシーケンスが繰 り返される。

符合誤差信号が出なかった場合は、レーザ光源４１は、前回の領域の座標を基に 、最善予測される位置の座標で閃光が行われるように、ライン４２からのオーバ ライド制御によって起動される。レーザ光源４１をトリガするには色々の手法が ある。

纂１の手法として、カウンタは、第４図のスクライブチャンネル３０山形パター ンの“ライン°の通過に起因されるパルスの計測を、レティクルプレート５のウ ィンドウを山形イメージが通過するのに応じて、行う。第２の手法として、スク ライブチャンネル４に食刻されるランダムストライプのパターンを投影レンズ２ １を通して、レティクルプレート５上に形成される類似のランダムストライプパ ターンの拡大ネガティブ版上に落ちるように、観測する。ランダムストライプパ ターン間の符合の瞬間に、プレート５のストライプパターンを通して観測される 光強度は急峻に低下し、必要なトリガ信号を得ることができる。

ステージのＸ方向への走査の間にｙ軸は参照パターンを追従もしくは追跡可能で ある必要があり、露光領域でのレンズのｙ誤差を０．０５μより小さくするのこ とが実現される。　配線３３上でのｙ符合誤差はＸ位置の関数として緩慢に変化 し、露光領域の境界では不連続性がある。最大のｙ軸補正は２μ位と思われ、こ の誤差は５０位のＸ軸運動の間に除去する必要がある。

即ち、誤差勾配ｄｙ／ｄｘ　＜０．００１であることを要する。

山形の二つのアームからの信号間の位相差はクロス−トラック誤差の非常に敏感 な指標となる。山形信号はプッシュプルとして作動し、有効格子ピッチの１７４ の横方向の移動が１８０６の位相差を発生することになる。有効ピッチがｌＯμ のとき、格子からの１度の位相差はたった１４ナノメータのクロス−トラック呉 差に相当する。１度より小さい分解能の位相検出器を制作するのは困難ではない 。二つ以上のウィンドウをレティクルパターン５に設けることが可能である。第 ３図に示される二つ８ａ、８ｂに加えて、更に４個のウィンドウ（破線８ｃ、　 、　、　８ｆにて示す）を設け、イメージフィールドの対抗した側からの信号の 位相比較はヨー（ｙａｗ）誤差の指標として使用可能であり、イメージ領域にお ける４つのコーナーからの比較信号は倍率誤差の指標として使用可能である。

この発明の本来的な特徴は全てのトラッキング情報がウェーハ自体から得られる ということである。ウェーハは主の投影レンズを通過し、レティクルプレートパ ターンと参照される。ウェーハの寸法変、光学的及び機械フレームの歪みへの環 境の効果、ステージ移動の全ての誤差の修正が可能である。

レティクルプレートを移動させることによりトラッキング誤差を修正することが 可能である。しかしながら、好ましくは、２方向へのレティクルプレートの移動 を制限し、倍率の変化を小さクシ、ウェーハを担持するステージの移動によって 他の修正を可能とする。

この方法における各印刷段階において、参照パターンの視界もしくはコントラス トは以後に処理される層の付着形成により影響を受ける。第４図の配置では、符 合検出器１０．１１はウェーハからの零次の回折パターンにおいて作動し、必然 的に検出器は反射率、フィルム厚、層間干渉効果に起因する変動を受ける。

零次の回折におけるコントラストを保証するため、■型溝もしくは孔としての符 合マークを使用することができる。これらのマークは零次基準層として裸のシリ コンウェーハに食刻することができ、代表的なＭＯＳ処理シーケンスを通して３ ０％より大きいコントラストを示すことが分かった。

第２図に示されるような参照パターンを得るためウニーハ上に（１００）通常に 指向された回路アレイを持ったシリコン結晶面に４５°でＶ状溝を異方性を持た せてエツチングすることはできない。しかしながら、第７図に示すようなチェッ カーボードの形態の矩形孔列パターンをエツチングすることは可能である。

このチェッカーボードパターンは二つの線型格子の組合せもしくは重ね合わせと 見なすことができ、ここでは各格子はＸ軸に対して４５°をなす孔列より成る。

この形式の参照パターンはチェッカーボードと同一のピッチを持つ線型格子の二 つの短い部分−第６図に示すようにその一方はＸ軸に対して＋４５°のラインを 持ち、他方はＸ軸に対して一４５°のラインを持つ−を重ね合わせることにより 照合される。この結果、第２図及び第３ａ図のパターンと同様に正確な、Ｘ及び ｙの双方の方向における格子の相対移動に対して感応する干渉パターンが得られ る。この孔エツチング方式の他の利点は各光検出器がスクライブチャンネルにお ける参照パターンの全幅からの信号を取り出すことができる点である。

他の光学的配置として光検出器をウェーハの第１次の回折パターンにおいて作動 せしめるようにすることである。光検出器の強度は減少するが、処理表面の変動 に対する信号の敏感でなくなるのが期待され、加えて、符合誤差に対する感度が ２倍となる。この配置は上述の動的符合システムに適用することができる。

この発　のニムー鯵の云占 この発明によって提冥された符合システムはＨ，Ｃ，連結のモアレ縞計測システ ムの全ぞの利点を持つものである。即ち、１、信号が多数の格子線から取り出さ れており、そのため、線対線間の誤差及び局部的欠陥の効果が平均化される。

Ｚ　零交差の位相関係が振幅もしくは波形の形態における変化により影響を受け ない。同様に、参照パターンのコントラスト反転が許容される。

３、参照パターンはどのタイプの符合装置にも印刷可能であり、同一のステッパ である必要はなく、移動中露方式は後に継続する層上の局部的な歪みに追従する 。

４、信号処理は今日の技術のハードウェアに組み込むことが容易であり、１００ 　ｍｍ／秒において、１μｓの期間は０．１μのステージ移動に相当し、符合シ ステムからの信号は格子ピッチ及び走査速度の選定に応じて１Ｏ−５０ＫＨｚで ある。

整列誤差信号を取り出す双トラック目盛の使用は工作機械もしくは座標計測機械 等の他の分野では応用ができたものであった。直線からの偏差及びこの線に沿う 移動を計測する能力はシステム全体の精度を向上せしめることが可能であったろ う。例えば、線型目盛と直線エツジの組み合せは機械工具を較正するだめのレー ザ干渉計の有益な他の手段である。このような二つの目盛は矩形断面の参照バー の近接面上に取り付けることにより、ピッチおよびヨー並びにキャリッジの運動 の直線性計測が可能となる。

第８図はウェーハ支持装置の一実施例を示す。図示されるＸ。

ｙキャリッジ５９は、平坦テーブル６２によって規定される第１の参照表面６１ の上方を５ミクロン移ｌする第一の気体軸受セット６０上に機械的な運動可能に 取り付けられる。走査運動の初期の直線性は第２の参照表面６４を規定するバー ６３により決定される。第二の気体軸受セット６５はキャリッジ５９を表面６４ に対して支持する。

キャリッジ５９は支持体６６を含み、その支持体上にウェーハ（図示しない）が 設けられる（例えばチャック取付具６７）。

キャリッジ５９とテーブル６２との間に電子的ステッピングモータ６８が位置さ れ、キャリッジ５９を走査（もしくはＸ）方向に移動させることができる。この モータ６８は、印刷回路巻線を使用したりニアモータとすることができる。各Ｘ 方向走査の終端でのＸ方向のキャリッジの移動はテーブル６２を横切ってステー ジ内でバー６３を前進させる手段（６９によって略示する）によって行うことが できる。

気体軸受６０及び６５の供給圧力及び供給インピーダンスは軸受に通常よりもっ と大きなコンプライアンス（例えば０．２ミクロン／ニュートン）が付されるよ うに選定される。これは、力の制御により良好な修正を行い得ることを意味する 。

公称の５ミクロンの隙間の両側に±２．５ミクロンの調節範囲を設けることがで きる。

パッド隙間のフィードバック計測がガス軸受パッドに組み込まれた容量トランス デユーサにより実現される。パッド隙間及びステージの軌道は０．５％の調整可 能範囲より相当小さく、例えば２５ナノメータより良好に調整可能であることが 期待される。

参照パターンにより先に述べた誤差信号が発生され、この誤差信号は、補正を行 うべき方向における所期の位置からｙ及びＸ方向における移動を表示する。これ らの修正は、Ｕ字状マグネット７１．７３及び７５の対間に夫々が位置する力コ イル７０゜７２及び７４を使用することにより達成される。

修正力は一組の力コイル７０，７２．７４　（その一つが第９図に示される）に おける電流によって発生される。コイル７０゜７２および７４はキャリッジをｙ 及び２方向に駆動することができるように配置され、ヨー、ピッチ及びロール誤 差を修正するのにも使用することができる。力コイルを使用することでパッド自 体に対するガス供給のいかなる空気圧制御より帯域の広い制御システムが実現さ れる。永久磁石７１．７３及び７５は力コイルＴｏ、７２．７４を励磁し、当然 のことながら反対方向の力が発生する。これらのマグネットは第２のもしくはガ ードキャリッジ（その一部を８０にて示す）に取り付けられ、この第２キヤリツ ジはウェーハ支持キャリッジ５９の回りに組み立てられ、同一の機械運動的参照 平面６１及び６４に対して作用する気体軸受（図示せず）上を移動する。連結用 リード線及び空気配管はガードキャリッジ８０を介して連結され、ウェーハに悪 影響を与えるウェーハキャリッジ５９に対する外力もしくは引きずりを最小とす ることができる。

第８図に示す装置の制御の基本方針は、−回の移動が露光及びコンピュータメモ リに記録されるパターン誤差なしになされるようにすることである。この情報は 力修正信号を演算するのに使用され、この信号はプレイバックされ、より正確な ２回目の通過を行うことができる。即ち、全てのシステム的なニラ−の有効な予 備知識が制御システムに与えられることになる。第２の望ましい特徴というのは 正確な位置決めが閃光の瞬間だけに必要となることである。制御システムは他の 時点でオーバシュートする軌道を設計することができる。最後にもし通常から外 れた事象が発生すると、コンピュータ制御装置はウェーハを仕様の範囲ないで位 置決めすることができないことを予測し、あとのトラバースでは閃光は遅らされ る。

新規な列の領域をカバーするキャリッジ対のｙ方向移動は参照バー６３の各端部 でリードねじ駆動部（ユニット６９）！、：より行われ、その結果テーブル６０ の表面を横切って摺動することができる。このような二重端を持った駆動部はバ ーの真直度をソフトウェアにより調整可能とする。気体昇降式であることからこ の移動のステックは防止され、バー６３がその新規な位置に来た時にバー６３を 表面６３に拘束するためバキューム保持を採用することができる。

全体の精度は閃光のタイミングの精度に直接に依存する。したがって、最大の有 効山形領域から情報を得ると共に、できる限りの最大の時間にわたって観察をす ることが望ましい。

領域を最大とするという要求はレティクルプレート上で山形パターンの長いウィ ンドウを使用することにより達成される。

倍率、ヨー及びスウェイ（ｓｗａｙ）を計測すべきとき、二つの列をなす６信の ウィンドウ８ａ−８ｆが使用され、各ウィンドウはその領域の長さの１７３であ る。もっと良好な配列として４個のウィンドウを２列とし、その各々の列が領域 の長さの１／４である。２０Ｔｍで山形の間が１０ミクロンのピッチの領域のた めに、ウィンドウ当たり５００の山形があり、その結果各ウィンドウにおける幾 分の欠陥が許容されることになる。

処理が進行するにつれてフォトレジストの層が重ねられ、基板上に材料が処理さ れることからレティクルプレートを通して観察されるモアレ縞光信号の濃度、コ ントラスト、及びマーク／空間比率を変更せしめることが予測される。これらの 効果はモアレ縞信号のＡ、　Ｃ一連結により、及び継続的な上方及び下方への零 交差時間の平均を使用することにより減少される。雑音の減少のため光信号がバ ンドパスフィルタを通され、通過バンドは期待されるモアレ縞周波数に適合する ように調整される。

タイミングシーケンスの基本となるのは極度に高い周波数の水晶発進器である。

この発進器の周波数は、走査方向におけるステージの最大速度で除したＸ方向の 要求される空間分解能より高くなければならない。３２ＭＨｚのクロック（３１ ３ナノ秒周期）および０．６　ｍ　７秒の最大ステージ速度は１８．８ナノｍの 空間分解能を意味する。

発信器出力は、リップルスルー出力よりは同期した一連の二進カウンタに供給さ れる。３２ＭＨｚで０．５秒テーブルスィーブのため、２４ビツトのカウンタを 使用するのが便利である（なぜなら、２の２４乗＝１６．７７７．２１６である からである。）カウンタは、ステージが走査方向に新規なスイープを開始した瞬 間において零にセットすることができる。

キャリッジ５９及びガードステージ８０の組合せが質量、弾性及び粘性が既知で ある、完全に単純な調和振動を提供するのなら、各露光地点を通過する時刻を正 確に予想することができる。それから、予想時間をレジスタに入れておき、レジ スタ値がカウンタ値に一致したきトリガすることが可能である。しかしながら、 幾分の不完全が予測される。例えば、キャリッジ５９上に取り付けられるウェー ハの重量に幾分の変動があろう。弾性速度は温度及び経年変化によっても影響を 受け、粘性は一定ではない。外力はシステムを摂動させる。当然ながら、理論的 な予測は充分に正確ではない。

予測される閃光時刻を修正する提案というべきものは次の通りである。予想ソフ トウェアが各山形の移行が起こる時間の予測のため使用され、これらの予測値は 移行が発生した現実の時間と比較することができる。各山形の移行の現実の時間 と予測時間との違いは次の露光時間の予測を改善するのに使用される。

修正ルーチンは、粘性を持った単純な調和振動のよく知られた性質を充分考慮に 入れていることが望ましい。

このシステムは、各山形及び各ウィンドウのために、負となる各々の零交差の時 間を次の負とな（零交差時間を加えることができ、これにより各ウィンドウの観 察を谷だけに固定することができる。次に、各正の交差は次のフィルタの負の交 差に加算されピーク固定を得る。各観察は１６個の数の平均であり、これは２進 での算術平均に特に便利である。最大のステージ速度であっても、各加算のため ８マイクロ秒を割り当てることができる。

絶対位置はそれ自体のネガティブに落ちるランダムストライプパターンからの信 号によって決定することができる。予測時間は、励起レーザの潜伏期間及びその 点火回路の如何なる観察されたシステム的ドリフトの修正も含むものである。

以上説明した装置は広い範囲のバリエーションが実現可能であり、以下の請求の 範囲により規定され〈発明の範囲を何ら制限するものではない。

昭和６３年１２月ノλ日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １　特許出願の表示 ＰＣＴ／ＧＢ８７１００４４４ ２　発明の名称 写真印刷における符合方法及びその方法を実施するための装置 ３　特許出願人 ４代理人 ５　補正書の提出年月日 １９８８年７月７日 １９８８年７月１５日 で共通したものがある。

ａ）　ウェーハはステッピングの以前には全体的にはＸ、Ｙ。

２及びθにおいて整列している。従って、ウェーハの表面は光学の像平面におい て高さがそろっており、全体のパターンはウェーハを支持するステージのＸＹ軸 に平行に整列している。

ｂ）符合のためのマークは、マイクロサーキットに以後分割される領域（このよ うな領域はよく“スクライブチャンネル′と称される。）に通常位置される。

Ｃ）マークは面積が相当小さく、通常は２００平方μより狭くて、ステージは停 止しているか各露光個所付近で低速で移動しているかのどちらかのときに、局部 的な位置座標を更新するために使用を意図したものである。

ｄ）局部的な位置修正は、θの局部的な調整が必要となるウェーハステージが有 意な揺動エラーを示さない限りにおいて僅かのＸＹ補正に制限される。

又肌辺亙り この発明の一つの面によれば、半導体材料の基板上に複数のマイクロサーキット を構成する写真印刷方法であって、基板とレティクルとの間でガウス座標系にお けるＸ方向に相対移動が起こる際に、レティクルのイメージを基板上にその複数 の領域各々において投影し、Ｘ方向に延びる基板上の参照パターンとレティクル 上の参照パターンとの間の符合はＸ方向における偏差を修正するのに少なくとも 使用され、かつ光源を閃光せしめて、正確な時点において基板上にレティクルの イメージ投影するようにした方法において、その特徴とするのは、Ｘ方向におけ る基板の支持は気体軸受を使用して行われ、Ｘ方向における偏差の修正は少なく とも一つの力コイルを使用して実行されることである。

層一層の符合若しくは重複の公差は最小の特徴寸法の開数であり、かつ設計配置 規則に依存する。ＭＯＳ処理の代表的な値は最小線幅の±１．′３から±１，１ ５の範囲である。最小線幅が０．５μで重複公差が±０．５μ（３σ）というの が、回路の特徴の寸法が期待のように減少するとすると、１９９０年の初めには 達成されよう。

停止させることなしに作動させるとすると、ウェーハステージの一つの軸線（即 ちＸ軸）での走査方向での移動（移動中露光モードで作動さぜる場合）は一つの 方向において走査され、一方走査するべき次の列のための適当な距離ステップ的 に横切るときｙ軸は列の端が来るまで不変に留まる。Ｘ方向における走査は走査 の開始時に加速が、走査の終点において減速が可能な限りにおいて円滑に行われ るように実行され、走査に必要となる時間を最短とし又はジャーク（ｊｅｒｋ） が起こらないことおよび最小時間の走行に関して走査の移動を最適化することが できる。ウェーハの分布及び局部的なパターンの誤配置を修正するのラインのピ ッチに関連する。しかしながら、これらの二つの波形間の位相差は山形パターン の中心線間のｙオフセットに直接関連している。

予めコートした特徴と符合した要求される像を生成する閃光はこれらの格子信号 の一つの零交叉を計測することによって正しいＸ座標でトリガＴることができる 。但し、そのトリガ回路に主ステージ計測システムを予め装備させておく必要が ある。

参照パターンのラインの傾斜角度は代表的には走査方向に対して＋４５°及び− ４５６で傾斜されるが、他の角度（好ましくは２０°から７０°の範囲にある。

）を除外するものではない。山形がラインの一つの好適な配置であるが、傾斜ラ イン及び直交ラインの他の組合せを使用することができる（例えば６角形の半分 若しくは１０角形の半分等）。斜線を基礎とした参照パターンはＥＰ−Ａ−１１ １６４８およびＥＰ−Ａ−１２３９８２に開示されている。

この発明の別の観点によれば、光学系を介してレティクルプレートのイメージを 有したコーティングの移動中露光のための光感応コーティングを担持した基板を 支持するための装置であって、基板の支持体を構成したキャリッジと、二つの相 互に直交する参照表面に近接してキャリッジを支持する手段及び移動する手段と を備え、前記の表面の一方は走査方向における基板支持体の制御移動のため使用 され、前記の表面の表面の他方は走査方向に直交する方向における基板支持体の 制御移動のために使用され、更に、光学系を介して、基板上の第１の参照パター ンをレティクルパターン上の第２の参照パターンとを比較し、前記方向の少なく とも一つの方向に関する基板支持体の所望の位置及び現実の位置との間の誤差信 号を取り出すための手段が具備され、かつ取出された誤差を減少するため実際の 位置を電気的に調整するための手段が具備される装置において、その特徴とする のは、誤差の減少のために設けらｎる前記手段は少なくとも一つの力コイルを具 備し、各参照表面に近接してキ丁リッジを支持する手段は少なくとも一つの気体 軸受パッドを具備することである。

皿皿二１星星に咀 この発明を、添付図面を参照にして、実施例によって説明する。

第１図は複数のマイクロサーキットが形成されるべきウェーハの領域の一部の平 面図であり、第１ａ図は、マイクロサーキットの四個の個所だけを示す第１図の 拡大図である。

第２図は走査方向に延びる記載チャンネルにおけるウェーハ上に形成される参照 パターンの拡大図である。

第３図は第１図のウェーハ上のマイクロサーキットを製造するのに要求される必 要な組の特徴を結像するために使用されるレティクルプレートの平面図であり、 第３ａ図は、この発明の方法に応じた符合の目的のためのレティクルプレート上 に形成される整合パターンの拡大図である。

第４図は第３図のレティクルプレート、及び移動中露光符合のためその上の参照 パターンを利用するため要求される装置を備えた第１図のウェーハの相対位置を 示す図。

第５図は第４図に示す装置のより詳細な図であって、略示された電子制御装置が 具備されている。

請）じ１１匝 １、半導体材料の基板（１）上に複数のマイクロサーキットを構成する写真印刷 方法であって、基板（１）とレティクル（５）との間でガウス座標系におけるＸ 方向に相対移動が起こる際に、レティクル（５）のイメージを基板（１）上にそ の複数のｅＢ填（２）各々において投影し、Ｘ７向に延びる基板（１）上の参照 パターン（７ａ）と、レティクル（５）上の参照パターン（８ａ、　８ｂ）との 間の符合はＸ方向における偏差を修正するのに少な（とも使用され、かつ光源を 閃光せしめて、正確な時点において基板（１）上にレティクル（５）のイメージ 投影するようにした方法において、Ｘ方向における基板の支持は気体軸受（６５ ）を使用して行われ、Ｘ方向における偏差の修正は少なくとも一つの力コイル（ ７ｏ）を使用して実行されることを特徴とする方法。

２　請求の範囲１に記載の方法であって、基準パターン（７ａ。

８ａ、　８ｂ）の間の符合は２方向の偏差を修正するのにも使用される方法にお いて、２方向における基板の支持は気体軸受（６ｏ）を使用して実行され、２方 向における偏差の修正は少なくとも一つ法。

３、請求の範囲１に記載の方法において、レティクル（５）と基板（１）との間 のＸ方向における相対移動の走査は光源（４１）を閃光させることなく実行され 、走査の間に生ずるｙ偏差のパターンはより正確な第２の進路において使用され るための力修正信号を演算するのに使用されることを特徴とする方法。

４、光学系（２０）を介してレティクルプレート（５）のイメージを有したコー ティングの移動中露光のための光感応コーティングを担持した基板（１）を支持 するだめの装置であって、基板の支持体く６６）を構成したキャリッジ（５９ン と、二つの相互に直交する参照表面に近接してキャリッジ（５９）を支持する手 段及び移動する手段とを備え、前記の表面の一方り６４月＝走ｉ方向における基 板支持体の制御移動のため使用され、前記の表面の表面の他方（６１）は走査方 向に直交する方向における基板支持体の制御移動のために使用され、更に、光学 系（２０）を介して、基板上の第１の参照パターンをレティクルパターン（２０ ）上の第２の参照パターンとを比較し、前記方向の少なくとも一つの方向に関す る基板支持体の所望の位置及び現実の位置との間の誤差信号を取り出すための手 段（３０）が具備され、かつ取出された誤差を減少するため実際の位置を電気的 に調整するための手段（７２，７３）が具備される装置において、誤差の減少の ために設けられる前記手段は少なくとも一つの力コイル（７０，７２，７４）を 具備し、各参照表面に近接してキャリッジを支持する手段は少なくとも一つの気 体軸受パッド（６０，６５）を具備することを特徴とする装置。

５、請求の範囲４に記載の発明において、キャリッジ（５９）は防護キャリッジ （８０）に連結され、該防護キャリッジ（８０）は連結リード及び空気圧力配管 により引き起こされる外部からの悪影響のある力及びひきずりからキャリッジ（ ５９）を隔離するのに役立つことを特徴とする装置。

６、請求の範囲４に記載の発明において、キャリッジ（５９）は防護キャリッジ （８０）に連結され、該防護キャリッジ（８０）は各対応したカフイル（７０， ７２，７４）の側面に位置する一対のマグネット（７１，７３，７５）を支持す ることを特徴とする装置。

７、　請求の範囲６に記載の発明において、演算手段（３４）は前回の走査につ いての情報を格納し、ｙ及びＸ方向における期待される偏差を予測するのに使用 されることを特徴とする装置３国際調査報告 一一圃四１ａａｓｋａｌ馴Ｎ＋＋、ＰＣＢ／ＧＢ　Ｂ１２Ｏ３−＋４４に◇Ｅｘ τＯ−ε＝：ｈ−＝Ｆｅ法’：ＩＣ）ｉλＬ　５ＥＡＲＣＥ　ＲＥＰＣＲＴ　Ｏ Ｎ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．先立って行われた像形成により予め生成された特徴をもつ、コートされた基 板上に光学系の投影レンズによって形成されるレティクルの一つの像を符合させ るための方法であって、コートされた基板上への前記一つの像の形成に先立ち、 基板上に参照パターンを形成し、走査方向において基板を通過するレティクルの 相対移動により惹起される、光学系に対する参照パターンの位置の変化を監視す ることを具備する方法において、その像が予め生成された特徴と符合する位置に レティクル（５）が接近するに従って、参照パターン（７）が投影レンズ（２１ ）を通して作動する光学的手段（８，９，１０，１１）により照合され、走査方 向での移動を停止することなくコートされた基板上に像を正確に生成するのを可 能とすることを特徴とする方法。
2. ２．請求の範囲１に記載の発明において、照合工程においては、基板（１）上の 参照パターン（７）と比較されるレティクル（５）上に形成される第２の参照パ ターンが更に使用され、走査方向における符合の唯一の表示が得られると共に、 走査方向における符合の上流での走査方向と直交する方向でる芯ずれに関する情 報が得られることを特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲２に記載の発明において、格子パターンがレティクル（５）上及 び基板（１）の双方上において使用され、光学的手段（８，９，１０，１１）に より走査時に相対移動するこれらの格子パターンと周期的な電気信号を発生する ことを特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲３に記載の発明において、基板上のパターンとツインのトラック リニア格子であり、トラックは走査方向に対して傾斜した角度でラインを持つこ とを特徴とする方法。
5. ５．請求の範囲５に記載の発明において、ラインは山形パターンを形成し、山形 パターンのラインは２０°から７０°、好ましくは、走査方向に対して＋４５° から−４５°にあることを特徴とする方法。
6. ６．請求の範囲１に記載の半導体の基板上へのマイクロサーキットの構成方法で あって、走査方向がデカルト座標におけるｘ方向であるものにおいて、基板（１ ）の参照パターンはｘ方向に延びる基板（１）のスクライブチャンネル（３）内 に位置され、基板（１）上の参照パターンは、複数の光検出器の夫々の一つを通 してレティクル（５）上の別の複数の参照パターン（８ａ，８ｂ）を通して観測 され、複数の光検出器からの出力は（ａ）ｙ方向における偏差の修正に使用され 、（ｂ）ｚ方向の偏差の修正に使用され、かつ（ｃ）基板にレティクルのイメー ジを正しい時刻に投影する光源を閃光せしめるのに使用されることを特徴とする 方法。
7. ７．請求の範囲６に記載の発明において、コンピュータ手段（３４）は以前の走 査についての情報を格納するのに使用され、かつｙ及びｚ方向の予測偏差を予期 するのにも使用されることを特徴とする方法。
8. ８．光学系（２０）を介してレティクルプレート（５）の像を有したコーティン グの移動中露光のための光感応コーティングを担持した基板（１）を支持するた めの装置であって、基板の支持体（６６）を構成したキャリッジ（５９）と、二 つの相互に直交する参照表面に近接してキャリッジ（５９）を支持する手段及び 移動する手段とを備え、前記の表面の一方（６４）は走査方向における基板支持 体の制御移動のため使用され、前記の表面の表面の他方（６１）は走査方向に直 交する方向における基板支持体の制御移動のために使用される装置において、光 学系（２０）を介して基板上の第一の参照パターンとレティクルプレート（５） の第二の参照パターンとを比較し、前記方向の少なくとも一つの方向に関する基 板支持体の所望の位置及び現実の位置との間の誤差信号を取り出すための手段（ ３０）が具備されることと、取出された誤差を減少するため実際の位置を電気的 に調整するための手段（７２，７３）が具備されることとを特徴とする装置。
9. ９．請求の範囲８に記載の発明において、誤差減少手段は少なくとも一つのカコ イル（７０，７２，７４）を具備し、キャリッジを参照平面に近接して支持する 手段は少なくとも一つの支持パッド（６０，６５）を具備することを特徴とする 装置。
10. １０．請求の範囲９に記載の発明において、キャリッジ（５９）は防護キャリッ ジ（８０）に連結され、該防護キャリッジ（８０）は連結リード及び空気圧力配 管により引き起こされる外部の良くない力及びドラッグからキャリッジ（５９） を引き離すのに役立つことを特徴とする装置。