JPH02298016A - 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 本発明は、微細パターンを持つ１ミクロンもしくはそれ
以下のサブミクロンのルールを持つ半導体装置等の露光
装置に関するものである。

従来の技術 半導体装置は最近ますます高密度化され、各々の素子の
微細パターンの寸法は１ミクロン以下に及んでいる。従
来からのＬＳＩ製造時のフォトマスクとＬＳＩウェハの
位置合わせは、ウェハに設けた位置合わせマークを用い
て、ウェハを着装したステージの回転と２軸平行移動し
、フォトマスク上のマークとウェハ上のマークを重ね合
わせることによって行っていたが、その位置合わせ精度
は±０．３ミクロン程度であり、サブミクロンの素子を
形成する場合には、合わせ精度が悪く実用にならない。

第６図に従来のサブミクロン素子用の縮少投影露光装置
に用いられている位置合わせ光学系を示す。位置合わせ
原理は、ウェハ５００上のアライメントマーク（ＬＳＡ
マーク）５０Ｉ上にスリット状のレーザビーム光５０２
を照射し回折された光５０３の強度を光検出器５０４に
より検知するものである。５０５はレチクル、５０６は
ミラー、５０７はビームスプリッタ、５０８はＦｌｅ−
Ｍｅレーザ光源、５０９は空間フィルタである。

光検出器５０４の光強度信号がピーク位置を示すウェハ
ステージ５１Ｇの位置をレーザ測長器５１１により側長
し、位置決めされたレティクル５０５とウェハ５００の
位置合わせがなされる。第７図は前記第５図の例で得ら
れた位置検出信号波形である。第６図による例では第７
図に見られるように表面荒れを存するウェハでは、位置
検出信号波形のノイズが多くなり位置検出再現性が悪く
サブミクロンの素子を形成するための重ね合わせ精度を
有していない。

ウェハ上にはＡＩパターン等の存在により、光検出にと
って表面の荒れた状態となっている。そこで本出願人は
位置合わせ精度向上のため、２光束干渉法を用いた位置
合わせを有する露光装置としてたとえば特願昭Ｅｆｌ−
９９８４４号を提案した。この位置合わせ光学系は、第
６図に示すように位置合わせ用光源からの光線２０１、
レティクル２０２上の位置合わせ格子２２１１１対のフ
ーリエ変換レンズ２０３．２０５空間フィルター２０４
、縮少投影レンズ２１５、ウェハ２０８上の格子２１０
及び光検出器２１４により構成されている。２０７は第
３のレンズ系である。位置合わせ原理は、レチクル上の
位置合わせ格子２２１に入射し回折された光を前記１対
のフーリエ変換レンズ、及び空間フィルターで±１次光
２１１，２１２のみを選択し、フーリエ変換レンズの後
焦点位置で交叉はさせて干渉縞２０９を生成後、縮少投
影レンズ２１５でウェハ２１４）上の格子位置に投影す
る。そしてウェハ２０８上の格子２１０により回折され
干渉した２光束２１３を光検出器２１４により検出し、
ウェハ２０８上の格子２１０と２光束干渉縞２０９との
位置づれを検出し、ウェハを移動させてウェハとレチク
ルの位置合わせが実施される。即ちこの例では２光束干
渉縞２０９を媒介としてレチクル上の格子２２１とウェ
ハ上の格子２１０が位置合わせされる事になり高精度な
位置合わせが実現出来る。しかるのち、レチクル上の回
路パターン２２０を通じてウェハが露光される。

しかしながらこの第５図の例では、第４図に示すように
レチクル２０２と縮少投影レンズ２１５間に、１対のフ
ーリエ変換レンズ２０３，２０５、ミラー２０６等の多
くの位置合わせ用光学系７！を配置しなければならない
ため光学系が複雑となり、光学調整が困難であったり、
位置合わせ光学系７１が露光時に脱却出来ないため、露
光範囲が狭められたりするという大きな問題があった。

また、第５図の装置は、レチクル上の位置合わせマーク
２２１を介してレチクル２０２とウェハ２０８の位置合
わせを直接的に行うために位置合わせ精度が高い。しか
し、多数のレチクルを使用する実際の半導体プロセスで
は、第７図に示すようにプロセスに応じてレチクルの格
子マーク２２１の形成位置を異ならせる必要がある。位
置合わせマーク２２１の形成領域は位置合わせ用の光が
照射される領域７３は狭い部分に限定されているため、
マーク２２１の形成位置を変えることが不可能になる場
合があり、結果的に半導体集積回路パターンの設計上不
都合が生じることになる。したがって、本発明は、２光
束の干渉を用いてノイズの少ない高精度な検出を可能と
し、レチクル上の任意の位置にアライメントマークを形
成可能とすることを目的とする。また第５図の位置合わ
せ光学系７１に示すように位置合わせ用としての複雑な
光学系の使用をなくし、露光範囲の拡大を可能とするこ
とを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明はレチクルと縮少投影レンズ間に、位置合わせ用
光源、一群のビームスプリッタ、ミラー、及びレンズよ
り構成された２光束干渉縞生成光学系からなる位置合わ
せ光学系を設置し、前記縮少投影レンズとレチクル間に
生成した２光束干渉縞をウェハ上の位置合わせ格子上に
投影し、前記ウェハ上の位置合わせ格子から回折さ、れ
た回折光を前記縮少投影レンズおよび２光束干渉縞生成
光学系を逆方向に通過せしめ、前記ウェハ上の格子によ
って回折された前記２光束の干渉光を光検出器により測
定して、前記ウェハ上の格子位置座標を、レーザ測長器
で計測し、前記ウェハステージを一定量精度良く露光位
置まで移動する事により前記レチクル上のパターンと前
記ウェハ上のパターンの位置合わせを行なう露光装置を
提供する。また、本発明は、レチクル、レチクル上の固
定マーク、位置合わせ光源、レチクルと縮少投影レンズ
間に設けた２光束干渉縞生成光学系、縮少投影レンズ、
レチクル顕微鏡、光検出器、ウェハ及びウェハ上の位置
合わせ格子、ステージ上に設置した固定マーク、ウェハ
ステージ及びウェハステージの座標を計測するレーザ測
長器から成る位置合わせ光学系を用い、前記レーザ測長
器を用いてステージを移動し、前記レチクル及びステー
ジ上の固定マークを前記レチクル上に設けたレチクル顕
微鏡により同時に観察する事により前記レチクルとステ
ージ上の固定マークとの位置合わせを行い、続いて前記
レーザ測長器を用いて前記ステージを移動し前記ステー
ジ上の固定マークに形成された格子に照射され回折し干
渉した２光束を前記光検出器で検出する事により２光束
干渉縞と前記ステージ上の固定マークとの位置合わせを
行ない。さらに前記レーザ測長器を用いて前記ステージ
を移動し前記ウェハ上の格子に照射し干渉した２光束を
前記光検出器で検出する事により前記２光束干渉縞とウ
ェハ上の格子を位置合わせし、その結果レチクルとウェ
ハの位置合わせを行う装置を提供する。

さらに、本発明は、ステージ上に設ける固定マーク及び
レチクル上に設ける固定マークが格子マークで形成され
る構成を提供する。本発明の装置ではレチクルと縮少投
影レンズ間に、位置合わせ用光源、一群のビームスプリ
ッタ−及びレンズより構成された２光束干渉縞生成光学
系からなる位置合わせ光学系を設置し、縮少投影レンズ
とレチクル間に生成した２光束干渉縞をウェハ上の位置
合わせ格子上に投影する。そして位置合わせ格子から回
折した光を干渉させ光検出器で検知する事により、ウェ
ハ上の位置合わせ格子と２光束干渉縞との位置ずれ蚤が
ステージ座標測定用レーザ干渉を用いたレーザ測長器に
より検出される。一方レティクルは、あらかじめステー
ジ上の固定マークと位置合わせされている。また、２光
束干渉縞とステージ上の固定マークとの相対位置がステ
ージ座標測定用レーザ測長器により測定されて位置合わ
せされている。その結果ウェハ上の格子とレティクルと
の間で精密な位置合わせが実施出来る。

作用 本発明によれば位置合わせ光学系は複雑でなく、レチク
ルの回路パターン形成近傍に設置する必要がないため、
露光領域を防げず、露光範囲が大きくとれる。又、レチ
クル上の固定された位置に位置合わせマークを作製する
必要がないため、ＬＳＩ回路設計の自由度を増大する事
が可能となる。

実施例 本発明の一実施例による位置合わせ光学系を登載した縮
少投影露光装置を第１図に示した。本実施例に示した縮
少投影露光装置は、位置合わせ用レーザ光源１１１　　
特定のビームスプリッタ２４及び１群のレンズ系１５、
ミラＭより成る２光束干渉生成光学系、露光用光源１２
、露光される回路パターン２２０の形成されたレチクル
１４、縮少投影レンズ１９、ウェハ（半導体基板）上の
位置合わせ格子２１．　　ウェハステージ２Ｂ、ステー
ジ上固定ターゲット２７、レチクル固定ターゲット２８
、レチクル顕微鏡２９、グローバルアライメント（粗合
せ用）顕微鏡３ル−ザ干渉を用いたレーザ測長器２５．
３０は素合わせ用マーク、２７０はステージ上の格子固
定マークにより構成されている。まず、第１図では、第
５図のごとく、レチクルとウェハの位置合わせを干渉縞
を直接弁して行うものでないため、２光束形成用の位置
合わせ光学系は、比較的簡略なものでよく、レチクルと
縮少投影レンズ間に設置しても露光領域に入る部分が少
なくたとえばミラーＭのみでよい。そして、レチクルの
固定用ターゲット２８は、２光束位置合せ光学系に関係
しなくてもよいため、ターゲット２８の作成位置に制約
がなく、回路パターン２２０の形成の自由度が大きい。

第４図の７２が本発明における位置合わせ光学系を示し
たものである。本発明における位置合わせ方法を述べる
。あらかじめ、Ｚ方向にステージ２６を移動して、格子
固定マーク２７０を干渉縞２０位置までもっていき検出
器りで検出してマーク２７０と干渉縞の距離をレーザ測
長器２Ｓで精密に測定しておく。すなわち、これは干渉
縞２０とステージ２６の位置合わせを行うことに相当す
る。まず、ステー・ジ２６上の固定ターゲットマーク２
７とレティクル上のアライメントマーク２８とをレティ
クル顕微鏡２３により同時に観察し、ステージ座標に対
してレティクル１４の位置合ねせを行なう。なお、あら
かじめ干渉縞２０とステージとの位置合わせはなされて
いる。Ｉ／チクル！４に対して位置合わせされているグ
ローバルアライメント用顕微鏡３１等を用いてウェハＩ
８を矢印Ｘ方向に破線の位置まで移動して素合わせマー
ク３０を観察し、０．５μｍ以下の、レティクル１４と
ウェハ１８の素合わせを行った後、ウェハ上の第２の格
子２１を干渉縞２０の位置までＹ方向に移動する。そし
て干渉縞２０とウェハ上の格子２！の相対位置ずれ量を
精密に光検出器Ｄ１　　レーザ測長器にて計測し、ステ
ージ２６を露光位置まで移動する。以上により、干渉縞
２０を媒介としてレチクルとウェハが精密に位置合わせ
されたことになる。そして光源１２により、レチクル１
４の回路パターンをウェハ１８のレジストに露光する。

次に２光束干渉縞２０とウェハ１８上の格子２Ｉの間の
精密位置合わせについて説明する。

レーザ光源＋１から出た光（この図ではより鮮明な干渉
性とより深い焦点深度を得るためにレーザ光を想定した
構成となっているが、全体の光学系は白色光学系であり
、水銀灯などのスペクトル光源でもよい。）を２光束分
離用のビームスプリッタ２４に入射する。ビームスプリ
ッタ２４により分割された２光束は集光しレンズ１５に
よって一旦集光し干渉縞２Ｇを生成し、この２光束干渉
縞２０をさらにウェハ（半導体基板）１８に縮少投影光
学系！９を通して投影する。半導体ウェハ１８上に形成
された第２の格子２１からは回折光２２が回折され、縮
少投影光学系１９、及び集光レンズ１５を逆方向に戻り
、光検出器りに導びかれる。この時光検出器り上で観測
される光強度Ｉは ｌ＝Ｕ白”＋１Ｊｅ２＋Ｕａ”・υ、＋Ｕ自＋Ｕ８゜た
だしＵＱ＋０１１は各々光束１１１，１１２の振幅強度
、ＵＱ・。

Ｕ８゛は共役複素振幅である。

（ただし、Ａ、Ｂは定数、Ｎ：格子の数、δ１，６日は
隣接した２光子によって回折された光の回路差、Ｘは光
束１１１と光束１１２との干渉縞と格子との間の相対的
位置関係θ１．θＢは光束ＩＩ＋及び！１２とウエノ１
の垂直のなす角）として示され、干渉縞２０と格子２１
との間の位置関係を示す光強度情報が得られる。

次に本発明の位置合わせの位置合わせ手順に関する好ま
しい例について述べる。前述したように、本発明におけ
る位置合わせでは、ステージ２６上の固定マーク２７及
び２７０を介して２光束干渉縞２０とレチクル１４とを
位置合わせし、さらに２光束干渉縞２０とウェハ１８上
の格子２１と位置合わせする事により結果的にＩ／チク
ル１４とウェハ上の格子２１の位置合わせが出来る。そ
れ故、２光束干渉縞２０とレチクル１４の位置合わせで
は出来るだけ位置合わせ誤差を生じないステージ上の固
定マークを使用する必要がある。

第２図にレティクル及びステージ上の固定マークの例を
示す。レティクルと２光束干渉縞の位置合わせは、第２
図ａのようにまずステージ上の固定マーク２７（レチク
ルの位置合わせ用）とレティクルとの固定マーク２８と
の位置合わせがなされる。

なお、本発明の位置合わせ方法においては、あらかじめ
２光束干渉縞２０とステージ上の固定マーク２７との位
置合わせを行っておく必要がある。このためにステージ
を第１図に示すＺ方向に移動して干渉縞の位置計測用格
子マーク２７０を２光束干渉縞２０まで動かし、光検出
器りにて、干渉縞２０とマーク２７０を合わせる。この
結果をレーザ測長器２５にて測定する。第２図（ｂ）に
示すようにステージ上の固定マーク２７と２光束干渉縞
計測用マーク２７０では距ｉ！１（χｓ　＋ｙｓ　）ｌ
れているため、２光束干渉縞のステージ座標計測値より
も（χｓ、ｙｓ）差引く事によりレティクルと２光束干
渉縞の相対位置関係が測定される。

このように、第１図のとと（，２光束干渉縞計測用格子
マーク２７０とレチクル位置合わせ用マーク２７とが別
位置で別形状のものを使用していると、固定マーク２７
．２７０の製造誤差が位置合わせ誤差を生む可能性があ
る。そこで、第３図に、２光束干渉縞計測用格子マーク
２７０とレチクル位置合わせ用マーク２７とを同じにし
た場合の位置合わせ光学系を示す。第３図の例ではステ
ージ及びレチクル上の固定マークとして格子２７０．２
８０が設けられている。

この場合、レチクル固定マーク２８０も格子マーク２７
０に合わせて格子状としモアレ縞強度を検出するように
している。すなわち、１／チクル１４上の光検出器によ
り、ステージ及びレチクル上の格子とで生成されるモア
レ縞強度検出がなされステージ上格子（２７０）とレチ
クル上の格子（２８０）の位置合わせがされる。このよ
うにレチクルと２光束干渉縞の位置合わせする際、レチ
クル及びステージ上に同一の格子マークを用いる事によ
りステージ上固定マーク製造時における製造誤差が位置
合わせ誤差を生まないため高精度な位置合わせがなされ
る。

発明の効果 本発明により、干渉縞を媒介としてウェハ上の合わせマ
ークの高精度な位置検出が可能となり、その結果レチク
ルとウェハ上のパターンを高精度に位置合わせ露光する
ことができる。そして、レチクルを２光束干渉縞形成に
用いないため、露光領域を大きくさまたげたり、レチク
ル上の回路パターン形成の制約を与えることがなく、超
高密度半導体ＬＳＩの製造に好都合となる。さらに投影
光学系と位置合わせ光学系とを異った光路として構成す
ることができ、種々適当な波長の位置合わせ光を用いる
、また空間フィルタやミラー系を脱着せずに露光が可能
となり、表面表面荒れを有するウェハに対しても合わせ
精度の高い露光装置が構成出来、本発明は、特に精密さ
を要求される半導体製造におけるフォトリソグラフィー
に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の露光装置における位置合わ
せの基本的な正面概略図、第２図は本発明を実施するた
めのステージ及びレティクル上に設ける位置合わせマー
クの形状の一例を示す図、第３図は本発明の他の実施例
の露光装置の正面概略図、第４図は本発明の有効性を示
す模式図、第系の概略図、第７図は表面荒れを有するウ
ェハに対する従来の位置合わせ法における位置検出信号
波形図である。 １１・・・・位置合わせ用光源、１２・・・・露光用光
源、！３・・・・照明光学系、１４・・・・レチクル、
１５・・・・集束レンズ、１８・・・・ウェハ、２１・
・・・格子、Ｄ・・・・光検出器、２５・・・・レーザ
測長器、２７・・・・ステージ上固定ターゲット、２８
・・・・レチクル上固定ターゲット、２９・・・・レチ
クル顕＠鏡、３１・・・・グローバルアライメント用顕
微鏡、２０１・・・・光源、２０２・・・・レチクル、
２０３・・・・第１のレンズ、２０４・・・・空間フィ
ルター、２０５＝・＝＝第２のレンズ、２０６ａ、２０
［ｉｂ、２０１３ｃ、＝反射ミラー、２０７・・・・第
３のレンズ、２０８・・・・ウェハ、２０９・・・・干
渉縞、２１０・・・・ウニ／Ｘ上の格子、２１５・・・
・投影レンズ、２２１・・・・レチクル上の位置合わせ
格子、２７Ｇ・・・・ステージ上固定ターゲット（格子
マークＬ２８０・・・・レチクル固定マーク（格子）。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第１図 第　２　図 （χ５・ｑ− １１３図 第４図 第６図 ５０１　ＬＥＡマーク 第７！！ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レチクルと縮小投影レンズ間に、位置合わせ用光
   源、一群のビームスプリッタ、ミラー、及びレンズより
   構成された２光束干渉縞生成光学系からなる位置合わせ
   光学系を設置し、前記縮少投影レンズとレチクル間に生
   成した２光束干渉縞をウェハ上の位置合わせ格子上に投
   影し、前記ウェハ上の位置合わせ格子から回折された回
   折光を前記縮少投影レンズおよび２光束干渉縞生成光学
   系を逆方向に通過せしめ、前記ウェハ上の格子によって
   回折された前記２光束の干渉光を光検出器により測定し
   て、前記ウェハ上の格子位置座標を、レーザ測長器で計
   測し、前記ウェハステージを露光位置まで移動する事に
   より前記レチクル上のパターンと前記ウェハ上のパター
   ンの位置合わせを行なう事を特徴とする露光装置。
2. （２）レチクル、レチクル上の固定マーク、位置合わせ
   光源、レチクルと縮少投影レンズ間に設けた２光束干渉
   縞生成光学系、縮少投影レンズ、レチクル顕微鏡、光検
   出器、ウェハ及びウェハ上の位置合わせ格子、ステージ
   上に設置した固定マーク、ウェハステージ及びウェハス
   テージの座標を計測するレーザ測長器から成る位置合わ
   せ光学系を用い、前記レーザ測長器を用いてステージを
   移動し、前記レチクル及びステージ上の固定マークを前
   記レチクル上に設けたレチクル顕微鏡により同時に観察
   する事により前記レチクルとステージ上の固定マークと
   の位置合わせを行い、続いて前記レーザ測長器を用いて
   前記ステージを移動し前記ステージ上の固定マークに形
   成された格子に照射され回折し干渉した２光束を前記光
   検出器で検出する事により２光束干渉縞と前記ステージ
   上の固定マークとの位置合わせを行ない、前記レーザ測
   長器を用いて前記ステージを移動し前記ウェハ上の格子
   に照射し干渉した２光束を前記光検出器で検出する事に
   より前記２光束干渉縞とウェハ上の格子を位置合わせし
   、その結果レチクルとウエハの位置合わせを行なう事を
   特徴とする露光装置。
3. （３）ステージ上に設ける固定マーク及びレチクル上に
   設ける固定マークが、格子マークで形成されている事を
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の露光装置。