JPH03212925A - 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 本発明は半導体等の微細パターンの焼付は露光に用いら
れる高精密な位置合わせ全有する露光装置に関するもの
である。

従来の技術 最近、超ＬＳＩの高集積化に伴い、ノ・−フミクロンサ
イズのパターン形成が要求されており、その製造のため
には、高速で、超精密位置決めが行える露光装置が大き
な鍵を握っている。

この露光装置は、例えば特開昭６０−１８６８４５号公
報に記載された構成が一般的に知られている。以下第４
図を参照して従来の露光装置について説明する。第４図
において、２８は投影レンズ、２１はレクチル２０を保
持するレクチルステージ、２２はウェハー　２６はウェ
ハー２２を回転させるウェハーホルダー　２４．２５は
回転誤差検出手段である。

以上のような構成において第１パターンを備えたレクチ
ル２０を保持するためのレクチルステージ２】と、その
第１パターンと整合し得る第２パターンが所定の配列座
標に沿って複数形成されたウェハー２２を保持するとと
もに、このウェハー２２を２次元的に移動するだめのウ
エノ・−ステージ２３と第１パターンと第２パターンの
相対的な回転誤差（△θ）を検出する回転誤差検出手段
（２４，２５）とその回転誤差が補正されるようにレク
チル２０とウェハー２２のいずれか一方を回転させるウ
ェハーホルダー２６と、その回転補正されたレクチル２
０と第２パターンの各々とを順次位置合わせするように
ウエノ・−ステージ２３を制御するプロセッサにより両
者の高精度な位置合わせを行ない投影レンズ２８により
パターン露光を行なうものである。

上記方法によって、ウェハー２２上のアライメントマー
クを計測後、計測データを基に位置合わせ中心を算出し
、レーザー干渉計等によりウエノ・−ステージ２３を位
置決めし、その後停止状態でウェハー２２上のホトレジ
ストにパターンを露光するものである。すなわち目標位
置からの差を算出し、それに応じて適切な速度指令をフ
ィードバックシステムを持つステージ駆動サーボ系に出
力し、目標位置からの誤差量が所定の条件を満たしたな
らばステージを停止させ露光を行うものである。

上記した位置合わせ方法の一例として、例えば超精密位
置決め技術専門委員会前刷集（研究例会Ｎｏ８９−０３
．精密工学会　、２（１頁から３７頁、１９８９年）に
掲載されている方法がある。

この位置決め方法によれば、位置決めに要する時間とス
テージの移動速度との関係を第５図に示す。

第５図において、ウェハーステージは、移動開始後約０
．１秒で最高速度１００ｍｍ／ｓに達し、目標位置の手
前約５ｍｍで急激な減速にはいる。この際機械要素の非
線形性を考慮してウエノ・−ステージを最適に移動させ
ても、残留振動が励起され、位置決めに要する時間の中
でこの残留振動を含めウェハーステージが停止するまで
の時間が大きな役割を占めている。

発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような構成では、ウエノ・−ステージを
サーボにより停止させているものの微視的に見ればレー
ザー測長値のゆらぎ、及び外部振動から励起される振動
によりステージ停止状態といっても数１０ｎｍのオーダ
ーでステージは揺らいでおり完全な停止状態とは言えな
い。このため従来の方法では重ね合わせ精度は前記揺ら
ぎ量の誤差を持つうえ、さらに停止までの時間が必要な
ため処理能力の向上には限界があシ、次世代の半導体製
造に要求される位置決め精度及び処理能力に十分対応で
きないという課題を有していた。

本発明は上記課題に鑑み、高精度のウェハーレチクル車
ね合わせ及び高処理能力を実現する露光装置を提供する
ものである。

課題を解決するだめの手段 本発明は、外部からのトリガー信号により発光し、複数
の発光により所定の露光量を与えるパルス発光光源と、
アライメントマークを含んだ露光されるパターンが描か
れたレチクルと、そのレチクルのパターンを縮小投影す
るレンズと、位置決めされるアライメントマークを有し
、前記レチクル上のアライメントマークとレチクル上の
パターンが投影露光されるウエノ・−と、ウエノ・−を
載置シ揺動可能なウェハーステージと、ウエノ・−ステ
ージの位置計測を行うレーザ干渉計と、露光位置でウェ
ハーとレチクルとの重ね合わせ状態を検出するアライメ
ント手段を設けたものである。

作　　　　用 本発明は、上記構成により、ウエノ・−ステージ全正規
の位置で完全に停止させて露光するのではなく、停止に
推移する間のウニへ゛−ステージの残留振動、停止後の
外部振動、レーザ干渉計の揺らぎによる停止位置の微動
、あるいはウェハーステージの強制揺動を積極的に利用
し、ウェハーのアライメントマークが正規の位置を横切
る瞬間、すなわちウェハーとレチクルの重ね合わせ誤差
ゼロとなるタイミングをアライメント手段によって検出
又は予測し、この信号をパルス発光光源のトリガー信号
に用いてウェハーステージが正規の位置にある瞬間のみ
、くシ返し露光を行う。このとき露光時間がウェハース
テージの揺動周波数に対して十分短かければ、露光中ウ
ェハーステージは、正規の位置で静止していると見なす
ことができるため、重ね合わせ精度が高く、ステージが
完全に停止していない状態から露光が開始できるため高
処理能力金もつ露光が行なえる。

実施例 以下、第１図から第３図を参照して本発明の一実施例に
おける露光装置について説明する。第１図は露光装置全
体の概略構成図、第２図は露光装置のアライメント手段
から得られるビート信号を示す波形図、並びに第３図は
ウェハーを揺動した時のアライメント手段から得られる
時間に対するビート信号の変化の関係を示す波形図であ
る。第１図において、１は外部トリガーにより発光のタ
イミング制御可能なエキシマレーザであり、叫。

７．８は全体で照明光学系を構成し、それぞれ１４は、
集光光学系、７は光路変換ミラー、８はコンデンサーレ
ンズである。２は、直線回折格子から成るアライメント
マークと転写パターンが描かれたレチクルであシ、投影
レンズ３の物像面上に配置されている。４は露光される
ウェハー１６を載せるウェハーステージであり、このウ
ェハーステージ４は、ステップ露光に対応するＸ、Ｙ方
向の大ストローク移動機構５と水平面内で数μｍ〜数１
０μｍの範囲で強制揺動を与えるアクチュエータを２軸
具備した微動Ｘ、Ｙステージにより構成されている。９
は、ウエノ・−ステージ上のウニ／・−１６を露光位置
で高精度にアライメントするＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）ホログラフィ−アライメント手段であり、投影レン
ズ３の露光エリア内のアライメントマークとレチクール
２上のアライメントマークのいずれ全露光位置にて検出
するもので、ウェハー１６、及びレチクル２に設けられ
たアライメントマークが合致した瞬聞全アライメント信
号により判断し、エキシマレーザ１にトリガー信号を送
る。

ウェハーステージ４は、レーザー干渉計１０より現在位
置を読み取シ、目標位１ｕとの差をもとに駆動手段１■
により目標位置へ移動する。その後、駆動手段１２によ
り水平方向に微動Ｘ、Ｙステシロを用いて、微小揺動が
印加される。

以上のような第１図の構成において、以下その動作につ
いて第２図、及び第３図とともに説明する。まず、機械
的精度範囲内でプリアライメントされ、ウェハーステー
ジ４上に載置されたウエノ１−１６内の複数のアライメ
ントマークを計測し、各露光ショットの中心座標を算出
し、その座標を基に露光ショッ゛トを投影レンズ３の正
規の露光位置へレーザー干渉計１０の計測値を基にウェ
ハーステージ４を移動する。ステージ停止位置が目標位
置に対し回折格子ピッチの１／４以下（±２μｍ）に入
った領域から微動Ｘ、Ｙステージ６の駆動手段１２を駆
動させ約２００Ｈｚで微動Ｘ、　Ｙステージ６を揺動さ
せる。次に、ＴＴＬアライメント手段９はゼーマンレー
ザ１５を用いた光ヘテロダイン検出によるレチクル２と
ウェハー１６の位置ずれ検出方式を用いている。次に、
このＴＴＬアライメント手段９から得られる１軸方向の
位置検出信号を第２図に示す。第２図においては、横軸
はステージ移動量、縦軸はレチクル２からのビート信号
とディテクタ１３から得られるウェハー１６からのビー
ト信号との位相差である。レチクル２、およびウェハー
１６上に形成されている直線回折格子からなるアライメ
ントマークの格子ピッチの１／２の周期で変化する信号
が検出される。位相差ゼロの時がレチクル２とウェハー
の重ね合わせ誤差がゼロであり、この瞬間にパルス光源
にトリガー信号を送る。つまり、アライメント手段９か
らは、ウェハー１６上のアライメントマーク、及びレチ
クル２上のアライメントマークの重ね合わせ状態に応じ
て、第３図に示す信号が得られ、ゼロクロス点Ａがレチ
クル２とウェハー１６が完全に重ね合わさった状態を示
す。このゼロクス点において、アライメント手段９から
発せられるトリガー信号１７により、エキシマレーザ１
に２０ｎ　ｓｅ　ｃのパルス発光をさせる。

露光はホトレジストの感度にもよるが、通常は約１秒（
レーザ発光２００回）で露光エリアが露光完了となる。

パルス光源がパルス光を発光するまでの遅延時間μＳｅ
ｅを考慮しても、パルス光の発光時間は、ステージの揺
動速度に比べて極めて短いため、パルス光の発光時間中
はウェハースチー）４は正規の位置で静止していると見
なすことができる。

つまりウェハーステージ４を完全に停止させないため、
高処理能力が実現でき、ウェハーが正規の位置にいる瞬
間のみに露光を行うため、高い重ね合わせ精度で露光を
行うことができる。

以上、実施例では、発光時間が２０ｎｓｅｃのエキシマ
レーザを用いているが発光時間はステージの移動時間と
比較して十分短ければよく、露光位置近傍のウェハース
テージの移動速度は、１０ｍｍ／ｓｅｅ以下であるため
パルス発光光源は１０μｓｅｃ以下のものであればステ
ージ移動に伴う露光パターンのボケは０１１μｍ以下と
なり十分な解像性能が得られる。

発明の効果 以上のように本発明は、レチクルとウェハーの重ね合わ
せ誤差がゼロとなる位置を通過させるようにウェハース
テージに揺動させ、重ね合わせ誤差ゼロとなる瞬間にア
ライメント手段から発せられるトリガー信号によりパル
ス発光光源を発光させ、露光することにより、ウェハー
ステージを停止させることなく、重ね合わせ誤差を生じ
ない状態、つまりレーザ干渉計の揺らぎ、外部振動の影
響を受けない状態で露光を行うことができ、その結果、
高処理能力をもつ高精度な重ね合わせ露光が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１肉から第３図は本発明の一実施例における露光装置
に関するものであり、第１図は露光装置概略構成図、第
２図はアライメント手段→から得らノするビート信号と
時間の関係を示す波形図、第４図は従来の露光装置の概
略構成図、第５図は同従東の露光装置のウェハーステー
ジを位置決めする場合のウェハーステージの速度と位置
決めに要する時間の関係全示す波形図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部からのトリガー信号により発光し、複数の発
   光により所定の露光量を与えるパルス発光光源と、アラ
   イメントマークと露光用パターンが描かれたレクチルと
   、前記レクチルのパターンを縮小投影する投影レンズと
   位置決めされるアライメントマークを有し、前記レクチ
   ル上のアライメントマークとパターンが投影露光される
   ウェハーと、前記ウェハーを載置し揺動可能なウェハー
   ステージと、前記ウェハーステージの位置計測を行うレ
   ーザ干渉計と、露光位置で前記ウェハーと前記レクチル
   との重ね合わせ状態を検出するアライメント手段を具備
   してなる露光装置。
2. （２）ウェハーステージを垂直面上で直交２方向に一定
   の周期で揺動可能とする移動手段を具備した請求項１記
   載の露光装置。
3. （３）アライメント手段は、ＴＴＬ方式である請求項１
   記載の露光装置。
4. （４）トリガー信号は、アライメント手段から発せられ
   る信号、又はアライメント手段の検出信号の変化から予
   測される重ね合わせ誤差がゼロの時間に発生させること
   を特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. （５）パルス発光光源は、１０μｓｅｃ以下の発光時間
   である請求項１記載の露光装置。
6. （６）パルス発光光源がエキシマレーザーである請求項
   １、又は５記載の露光装置。