JPH0321009A

JPH0321009A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH0321009A
Application number: JP1154519A
Authority: JP
Inventors: Saburo Kamiya; 三郎神谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1991-01-29
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2794593B2

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、例えばＬＳＩ製造に用いられる投影露光装置
、特にオファキシス位置合せ光学系を備えた投影露光装
置に関する。

［従来の技術］ＩＣ製造工程において使用される投影露光装置の位置合
せ（アライメント）精度は、製品ＩＣの歩留りを決定す
る重要な要因の１つであり、この精度の向上を目的とし
た種々の方法や技術が考案され実施されている。

投影露光装置における位置合せ、すなわち原版としての
レチクル上のパターン領域とウエハ上の所定の投影領域
との投影光学系を介した重ね合せの方法には犬別して２
種類の方式がある。１つは投影光学系により直接重ね合
せを検出するオンアキシス方式であり、今１つは、投影
光学系とは無関係に設けられた位置合せ専用の位置決め
光学系を用いて投影光学系に対して間接的な重ね合せを
行うオファキシス方式である。

オンアキシス方式としては、例えばレチクルの位置合せ
マークと投影光学系を介したウェハの位置合せマークと
を顕微鏡により同時観察して位置合せする方法等がある
。この方式の長所は、後述するような誤差の要因が少な
く高精度を期待できる点である。

しかし、この方式では位置合せ用の照明光として露光用
の照明光、もしくは投影光学系に関する色収差補正が可
能な露光用の照明光に近い波長の光が用いられるので、
位置合せ用の照明光の照射領域でウエハ上に形成された
レジスト層が感光してしまう。このため、露光ごとに別
の位置合せマークを用いる必要がある。また、通常、各
露光領域ごとに位置合せ動作を行うので、装置のスルブ
ットが低くなる。

方、オファキシス方式では、位置決め光学系による間接
的な位置合せであることに起因する、ベースライントリ
フトと呼ばれる位置合せ誤差が発生し易いものの、専用
の位置決め光学系に対する設計上の制約が少なく、高精
度で高分解能な光学系を比較的容易に採用できる。また
、照明光も任意に設定できるため、レジスト層に対し非
感光性で、広い波長分布を有する照明光を用いることが
可能である。また、この照明光のもとでウェハ上に設定
された多数のマークを検出して１度ウェハの位置決めを
行った後で、各露光領域の投影露光をステップアンドリ
ピート方式で行えば、装置のスルーブットが高くなる。

オファキシス方式におけるステージ位置座標の管理は、
通常、ウェハをｆｆｔｌｉ置して移動するステージの位
置を高精度にモニタずるレーザ干渉計によりすべて行わ
れる。また、投影光学系を介してステージ位置座標とレ
チクル上のパターン領域との対応を取る別の検出光学系
も備える。

この検出光学系を用いて、レチクル上の所定点とステー
ジ上の所定点とが投影光学系を介して重なるステージ位
置を検出することにより、レチクル上のパターン領域の
投影されるステージ上の領域が、レーザ干渉計によるス
テージ位置座標上に取りこまれる。ここで、この投影さ
れる領域の位置座標、すなわち、ウェハ上の所定投影領
域を真に位置決めすべき位置と、位置決め光学系による
位置検出が実際に行われる位置座標との距離をへ一スラ
インと呼ぶ。このベースライン値に従って位置決め光学
系によりウェハ上の投影領域を位置決めして投影露光を
行う。

例えば、レジスト層の形成されたウエハがステージに載
置されると、まずステージを移動させながら位置決め光
学系によりウェハ上の多数の位置決め用マークを検出し
て、それぞれのステージ位置座標を取りこむ。これらの
位置座標に統計的な処理を加えてウェハ上の各投影領域
の位置座標が算出される。この位置決め光学系による各
投影領域の位置座標からベースライン値、すなわち実際
の重ね合せ位置までの距離を差し引いた位置にステージ
を位置決めすることによりレチクルとウェハとの投影光
学系を介した重ね合せが行われる。

オファキシス方式の位置合せは、ベースライン値を基準
とした間接的な重ね合せであるから、位置決め光学系と
投影光学系との距離関係が変動したり、位置決め光学系
とステージ位置座標との関係が変動したりするとその変
動量はそのまま重ね合せ誤差となる。これがベースライ
ンドリフトである。

ベースラインドリフトは、通常、装置部材の温度変化に
伴なって発生するため、これを機械的に抑制するために
はこれに関連する構造部材を低熱膨張材料（例えばイン
バー等）とし、さらに、装置各部で厳密な温度管理を行
う必要がある。これは、装置の構造を複雑にしたり、重
量を増させて経済的問題を発生ずる。

このため、ステージ上に設けられた基準マークを用いて
随時位置決め光学系とステージ位置座標との関係を計測
してヘースライン値を補正することが考えられた。

［発明が解決しようとする課題］この基準マークにより随時ベースライン値を補正する方
法においては、前述のような位置決め光学系と投影光学
系との距離関係の変動や、位置決め光学系とステージ位
置座標との関係の変動に起因するベースラインドリフト
に関しては、随時補正される。

しかし、ステージ構造部材の温度変動に伴なう熱膨張に
より、ステージに設置された基準マークとレーザ干渉計
用の反射ミラーとの間隔が変化する。その結果、基準マ
ークにより求められた位置決め光学系とステージ位置座
標との関係に新たな誤差を発生することが判明した。

例えば、ステージ構造部材に熱膨張係数９　ｐｐｍのチ
タンが用いられ、反射くラーと基準マークとの間隔が５
０ｍｍの場合、０．１゜Ｃの温度変化により発生する誤
差ΔＸは、次のようになる。

Δｘ　＝　５　０　ｍｍｘ　９　ｐｐｍ　ｘ　Ｏ　．　
　Ｉ　”　Ｃ＝０．０４５μｍこの値は、レーザ干渉計の計測分解能（０．０２μｍ）
よりも大きい。

方、位置決め光学系による基準マーク検出を、投影光学
系を介したオンアキシス方式の検出光学系を用いた基準
マーク検出の直後に行うようにすれば、この反射ミラー
と基準・マークとの間隔の誤差は相殺される。しかし、
通常、検出光学系による投影光学系を介しての基準マー
ク検出は、オファキシス方式の位置決め光学系による基
準マク検出に比べて相当時間を要するため、装置のスル
ーブットが著しく低下する。

［諌題を解決するための手段コ本発明に係る投影露光装置は、マスクパターンを被露光
体上に投影する投影光学系と、被露光体を載置する移動
可能なステージと、このステージの位置を計測する計測
手段と、ステージに固定された基４（マークと、投影光
学系に所定の関係で固定されたアライメント検出光学系
とを有する。

本発明に係る投影露光装置は、また、基準マクとアライ
メント検出光学系と投影光学系と計測手段とを用いてア
ライメント検出光学系と投影光学系との間隔の計測を行
い、この間隔値に基いてアライメント検出光学系と計測
手段とにより投影光学系に関する被露光体とマスクパタ
ーンとの相対位置合せを行った後に、投影光学系による
マスクパターンの露光転写を行う機能を有する。

以上に加えて本発明に係る投影露光装置は、ステージの
温度の検出を行う温度検出手段と、この温度検出手段の
検出結果に基いてステージの熱変形により発生する間隔
値の誤差を補正する補正手段とを備える。

［作用コ本発明に係る投影露光装置において、投影光学系は、マ
スクパターンを被露光体上に投影する。

また、ステージは、投影光学系に関してマスクパターン
と共役な面に沿って自由な移動が可能である。さらに、
ステージ上には被露光体が、位置決め載置される。

計測手段は、例えば、ステージに固定された反射主ラー
とステージを載せる定盤側に固定されたレーザ干渉計と
の組み合せであり、ステージの移動量を計測して、ステ
ージに固定された基準マクを原点とするステージ面上の
位置座標系を構築する。ここで、基準マークは、ステー
ジとともに移動する被露光体上に形成されていても良い
。

投影光学系に対し一定距離を持たせて固定されたアライ
メント検出光学系は、従来例で述べた位置決め光学系で
あり、ステージ移動に伴なってステージ上の被露光体（
または基準マーク）を観察する。このアライメント検出
光学系は、内部に位置決め用の指標を備えていて、これ
とステージ上の所定点（マーク）とが重なったときのス
テージ位置を検出手段により求めてこの所定点のステー
ジ上の位置座標を求める。

本発明に係る投影露光装置では以下の手順に従ってマス
クパターンの投影露光を行う。

まず、ステージを移動させて基準マークがアライメント
検出光学系の指標と一致するステージ位置座標と、基準
マークが投影光学系を介してマスク上の指標と一致する
ステージ位置座標とを計測手段により計測する。これに
より、実際にアライメント検出光学系によりステージ上
で位置検出を行う位置と、ステージ上のマスクパターン
投影位置との間隔、すなわちベースライン値が算出され
る。

次に、このベースライン値に基いて、アライメント検出
光学系と計測手段とにより、投影光学系に関する被露光
体とマスクパターンとの所定の位置合せを行った後に、
投影光学系によるマスクパターンの露光転写を行う。

本発明に係る投影露光装置では、さらに、温度検出手段
がステージの温度の検出を行う。また、補正手段が、温
度検出手段の検出結果に基いてステージの熱変形により
発生ずるベースライン値の誤差を補正する。特に温度検
出器は、ステージ上の反射くラーと基準マーク板との間
の金物の温度を検出するように配置される。

［発明の実施例］図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は、本実施例の投影露光装置で、図示されない照
明光学系により照明されたレチクル１上のパターンが、
投影レンズ２によりウエハ３上に露光転写される構成で
ある。

ウエハ３は、Ｘステージ５に固定されたホルダ４上に載
置され、Ｘステージ５とＹステージ６との動作により自
由に平面移動できる。

位置決め光学系であるウェハアライメントセンサ７の位
置は、Ｘステージ５に固定された基準板８上に設定され
た基準マーク８ａのマーク位置を検出したときのＸ．Ｙ
ステージ５、６の位置で定義される。同様に、レチクル
１の位置は、レチクル位置検出センサ１８によりレチク
ルの指標１ａと基準マーク８ａとを同時に検出して相互
の位置ずれおよびそのときのＸ．Ｙステージ５、６の座
標位置から算出される。

本実施例において、レチクル位置検出センサ１８のアラ
イメント光には、露光光源からの光を利用している。ま
た、Ｘステージ５の位置は、Ｘステージ５上に反射ミラ
ー９を設け、レーザ干渉計１１により測定される。Ｙス
テージの位置は、図示しない同様の手段により測定され
る。

ウェハアライメントセンサ７は、レーザ光のス１１１　２ポットに対してステージを走査し、格子マークによって
回折された回折光を受光してその強度信号が検出回路１
３で検出される。この信号は、レーザ干渉計処理回路１
２の位置信号パルスに同期してＡＤ変換され、波形処理
回路１４に取り込まれる。波形処理回路１４では、信号
波形を処理してマーク位置が求められ、次にそのマーク
位置の情報は演算回路１７に送られる。

一方、ステージには温度センサ１０が設置されていてス
テージの構造部材、特に反射ミラー９と基準マーク８ａ
との間の金物部分の温度を検知する。温度センサ１０の
出力信号は、温度検出回路１７に送られ、求められた温
度Ｔの信号が演算回路１７に送られる。メモリ１６には
、基準マーク８ａとミラー９の反射面との間隔ｌ、およ
びステージ構造部材の熱膨張係数αが予め記憶されてい
る。この温度センサ１０としては、測定分解能が０．１
゜　Ｃ程度以上のものを使うのが望ましい。

次に、Ｘステージ５に関する温度変化によるベスライン
値の補正を説明する。

いま、Ｘ方向のベースライン値がＢＬｘであるとする。

これは、ウェハアライメントセンサ７の座標位置Ｘ。お
よびレチクルの投影点の座標位置ｘｎを測定して、その
差を次式のように計算して求められる。

ＢＬＸ　　＝　　ｘｏ　−ｘ．ウェハアライメントセンサ７の位置Ｘｏの測定とレチク
ル１の位置ｘ７の測定とは引き続いて行われるので、こ
の間のステージの温度はほぼ一定と考えられる。このと
きのステージの温度をＴ。

とする。

ベースライン値の補正は、ウエハアライメントセンサ７
の位置を適当な時間間隔で測定することにより行われる
。例えば、ウエハ３の重ね合せ露光を連続して実行して
いるときにウェハを５枚処理するごとに、この測定動作
を挿入したりすれば良い。この測定時のウエハアライメ
ント処理結果をＸとして、そのときのステージの温度を
Ｔとすれば、正しいベースライン値ＢＬＸ’は次式で求
められる。

ＢＬＸ’−ＢＬＸ　＋（Ｘ−ＸＱ　）１　α　（Ｔ−Ｔｏ　　）この計算処理は、演算回路１７で実行される。

また、このとき、レチクルの位置計測は、装置の構成上
、その位置が安定であることから省略される。これによ
り、スループットが最適化される。

なお、第１図とここまでの説明とにおいてＸ方向のみを
対象としたが、Ｙ方向に関しても全く同様に、温度検出
とベースライン値の補正が行われる。さらに、レチクル
１を交換するときは、レチクル１を装置に位置決めした
後てヘースライン測定を行い、同時にステージの温度Ｔ
。を計測し直してメモリ１６に記憶する。

以上のように、本実施例によれば、Ｘ，Ｙステージ５、
６の位置決めを干渉計により管理するから、高精度な位
置決めが可能である。また、オファキシス方式のアライ
メントにおいて、安価な部品の追加により、Ｘ．Ｙステ
ージ５、６の温度変動に伴なうベースライン値の補正を
高速かつ高精度に行うことができる。

また、本実施例では、Ｘステージ５に固定された基準マ
ーク８ａによりレチクルの位置計測を行ったが、これは
ウェハ上に設定されたマークでも良い。この場合、マー
ク部分のレジスト層のみを選択的に除去したウェハを使
用することで、レジスト層に起因する種々の不都合は改
善される。

［発明の効果］本発明に係る投影露光装置は、専用の位置決め光学系に
より被露光体を投影光学系を介さずにマスクパターンと
相対位置合せするから、位置合せ用の照明光を自由に選
択して高精度で高能率な位置合せが可能である。

本発明に係る投影露光装置は、さらに、ステージの温度
変化に伴なうベースライン値の誤差が補正手段により直
ちに補正されるから、正確なベスライン値に基いたマス
クパターンと被露光体との高精度な重ね合せが常に可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の投影露光装置の構成を示す
模式図である。１　５１６［主要部分の符号の説明］１・・・レチクル　　　　　２・・・投影レンズ３・・
・ウェハ　　　　　　５・・・Ｘステージ７・・・クエ
ハアライメントセンサ８ａ・・・基準マーク　　　９・・・反射ミラー１０・
・・温度センサ　　　１１・・・干渉計１７・・・演算
回路

Claims

【特許請求の範囲】マスクパターンを被露光体上に投影する投影光学系と、
前記被露光体を載置する移動可能なステージと、このス
テージの位置を計測する計測手段と、前記ステージに固
定された基準マークと、前記投影光学系に対して所定の
関係で固定されたアライメント検出光学系とを有し、前記基準マークと前記アライメント検出光学系と前記投
影光学系と前記計測手段とを用いて前記アライメント検
出光学系と前記投影光学系との間隔の計測を行い、この
間隔値に基いて前記アライメント検出光学系と前記計測
手段とを用いて前記投影光学系に関する前記被露光体と
前記マスクパターンとの相対位置合せを行った後に、前
記投影光学系を介して前記マスクパターンの露光転写を
行う投影露光装置において、前記ステージの温度の検出を行う温度検出手段と、この
温度検出手段の検出結果に基いて前記ステージの熱変形
により発生する前記間隔値の誤差を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。