JPH0332909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明はマスクをを重ねる際の個々のオーバー
レイ誤差特性を微調節して光学鏡等、整列装置の
構成部材の基線を合致させる事、さらに具体的に
はその装置自体内の温度勾配を変化させる事によ
つて不整置を最小にする装置に関する。 〔従来技術〕 写真食刻技法においては、オーバーレイは各層
の整合のできばえとして定義され、オーバーレイ
誤差特性（以下単に誤差と記す）とはウエハ上の
種々の場所における層間のはみ出し誤差として定
義される。例えば固体装置の製造にみられる如
く、微小部品の製造においては多段階光学機械的
複製プロセス及び写真食刻を使用して半導体材料
の単一のウエハ中に数1000もの回路装置が製造さ
れている。写真結像によつてマスク上に描かれて
いるパターンが装置の製造に必要とされている多
重素子配列体の単一の素子の繰返し配列体に適用
されている。次に整列と製造段階の繰返しによつ
て、最終製品が完成する。これ等の目的には通常
パーキン・エルマ型マスク整列装置が使用され
た。この様なパーキン・エルマ型マスク整列装置
は系統的なオーバーレイ誤差（主にその機械固有
の）を有する事がわかつている。これ等のオーバ
ーレイ誤差は整列装置毎にかなり異なるが特定の
光学鏡等、整列装置の構成部材の独自の光学歪に
依存している事だけは共通している。 個々のパーキンエルマ型マスク整列装置のオー
バーレイ誤差を分析する事によつて、各個々の鏡
の誤差は結像環リング視野（ウエハ面）に沿うＹ
軸方向の倍率が変化する事によつて測られる直線
成分（Ｙ軸の倍率）と、ウエハ面を上と下という
ように２つに分割してみたときのウエハの上部分
から下部分への倍率のバランス、ウエハ面上の局
所歪及びウエハ面上のＹ軸の直線性を測定する事
によつて得られる非直線成分に分割できる事がわ
かつた。 代表的には４種類の誤差、即ち１対１以上の拡
大誤差、代表的にはウエハ面の上から下への露光
フイールド（１／２フイールド）上の非均一な倍
率誤差（倍率バランス）、露光フイールドの１／
２以内（即ち１／４フイールド）上の非均一な倍
率誤差（局所歪）及び光学軸の方向の湾曲といつ
た像の非線形性が存在する。 直線成分は光学鏡等、整列装置の構成部材の包
囲体の温度を調節する事によつて基線光学鏡等、
整列装置の構成部材の直線成分に合致する様に変
化させ得る。しかしながら光学鏡等、整列装置の
構成部材の誤差の非直線成分は従来は同様な誤差
を有する光学鏡等、整列装置の構成部材によつて
のみ整合されていた。パーキン・エルマ社の如き
売手の仕様は基準に接触させる際に±25.4ミクロ
ン／位置、もしくは光学鏡等、整列装置の構成部
材毎に±50.8ミクロン／位置のみを保証してい
る。しかしながら本発明によれば78G.R.（基準規
則）及び80G.R.に対するオーバーレイ仕様は
夫々±25.4ミクロン／位置及び±17.8ミクロン／
位置が光学鏡等、整列装置の構成部材毎に保証さ
れている。現在、現存する光学鏡等、整列装置の
構成部材のわずか40％が78G.R.を満足し得る
（80G.R.の場合には15％）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の主目的は光学マスク整列装置において
生ずる歪を補償し、個々のパーキン・エルマ型マ
スク列整装置もしくは類似の装置のオーバーレイ
誤差の微調節を可能にし、光学鏡等、整列装置の
構成部材のオーバーレイ誤差を等級の高い規則に
適合させることにより整合されていない誤差を有
する光学鏡等、整列装置の構成部材の精度を回復
させる事にある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は半導体装置を製造するための写真食刻
装置における主鏡に制御可能な応力を与える事に
よつて光学鏡等、整列装置の構成部材の誤差が減
少される方法を実施する装置に向けられる。本発
明の特徴は標準のマスクの組と、誤差を補償する
ために主鏡をたわませる支持部材に熱的応力を加
えるため、該支持部材に取付けられた制御可能熱
ポンプの使用にある。 具体的に説明すると、光学マスク整列装置は半
導体ウエハを載置するための第１の台、マスクを
受入れるための第２の台、マスク及びウエハを互
いに整列させるための整列装置、マスクを照射し
て、マスクの像を形成するための照射装置、マス
ク像をウエハに転写するための像転写装置を含
む。像転写装置は支持部材によつて支持された主
鏡を含む。本発明の改良は支持部材の近くに熱伝
導関係に存在し、支持部材の温度を調節して主鏡
の支持部に応力を形成し、この応力を主鏡に伝
え、必要に応じて熱を与え、もしくは熱をうばう
様に付勢された像転写装置中の歪を補償する熱ポ
ンプにある。本発明はさらに上記目的を達成する
ための次の段階を含む方法に向けられる。 基準基板を与える、 基準マスクを与える、 マスクを照射して、その像を形成する、 マスクの像を基板上に転写する、 マスク−ウエハの相対位置を調節して、マスク
像を基板と整列させる、 熱を加え、もしくは熱をうばつて支持部材及び
関連する主鏡に応力を加える様に主鏡支持部材装
置の温度を調節して像転写装置の歪によつて生ず
る不整置を減少する。 〔実施例〕 第２図を参照するに、総活的に番号１０によつ
て示された代表的なパーキン・エルマ型マスク整
列システムが示されている。システムは単一の主
鏡１２、共通の光学軸１６上にある単一の副次鏡
１４及び２つの45゜に傾いた鏡１８及び２０より
成る。一つの傾斜鏡はマスクの側にあつて、マス
ク２４の光学軸２２と整列されている。他方の傾
斜鏡はウエハの側にあつて、ウエハ２８の軸２６
と整列している。矢印３０の方向に進みマスク２
４を通過する光源８からの光はマスク２４のパタ
ーンによつて決定される像を形成する。左から右
に進む光は先ず45゜ビーム分離鏡１８によつて反
射され、主（凹面）鏡１２の左半分３１に達し、
副次鏡１４の凸面に向つて反射され、主鏡１２の
右半分３２に戻される。光はもう一度反射されて
45゜傾斜鏡２０に向い、最後にウエハ２８に向つ
て反射される。光のための経路は一般的に３４で
示されている。 代表的には25.4cmの直径を有する主鏡は略1.13
Kgの重量を有し、この重い鏡が第１図に示された
如く３つの支持部材によつて垂直の縦位置が支持
されていて、それ自身の重さによる応力が均等に
され、固定された副次鏡１４に対する整列がなさ
れている。第１図はデイスク状をなし左方の支持
部材３８、右方の支持部材４０及び最上部の支持
部材４２によつて大きな円形の鋳造ハウジング３
６に取付けられている。支持部材３８，４０及び
４２は一端が鋳造ハウジング３６、具体的には
夫々半径方向に突出している腕４４，４６及び４
８に固定されている。これ等の支持部材の反対の
端は主鏡の半径方向タブ５０，５２及び５４に接
続されている。これ等のタブは環状鋳造ハウジン
グ３６内の円周方向に等間隔な３つの溝５６を通
して突出している。従つてタブ５０は左方支持部
材３８の一端を支持し、タブ５２は右方支持部材
４０の一端を支持し、タブ５４は鋳造ハウジング
腕４８に取付けられていない側の最上部支持部材
４２の端を支持している。 第１図は破線で、第１及び第２の反射部分３１
及び３２を示している。上述迄のところでは第１
図の概略的表示及び主鏡及びその支持部材取付け
装置は通常のものであり、集積回路の製造に使用
される装置の代表的なものである。現像、めつ
き、食刻等の通常の手順に従つて動作させる事に
よつて、各パターンが前に使用されたパターンに
重畳する様に単一のウエハ上に多数回一連の処理
段階が繰返される。しかしながら、従来は誤差を
補償する手段はなかつた。誤差は光学鏡等、整列
装置の構成部材をその誤差に従つて分類し、高い
精度が要求される応用では公称誤差の差が最小な
光学鏡等、整列装置の構成部材を選択する事によ
つて処理されていた。微小化が増大するにつれ、
パターンの要素はだんだん小さくなり、パターン
の分解能が光の波長によつて制限される程度にな
つた。本発明の方法は誤差を補償するために主鏡
に制御可能な熱的応力を加える事によつて光学鏡
等、整列装置の構成部材の誤差を制限する。本発
明の本質は熱電気的熱ポンプ（加熱器／冷却器）
６０を支持部材３８，４０及び４２の各々に取付
ける事にある。この様な熱電気的熱ポンプ６０は
周辺温度から±1.1℃の温度を増減し得る。これ
等は支持たわみ部材に沿つて、接触する様に取付
けられ、主鏡３６の支持たわみ部の温度を調節す
る機能を有する。支持部材の温度が選択的に上昇
又は低下される事によつて、支持部材３８，４
０，４２上に小さな押しもしくは引張り応力（約
０乃至5.08ミクロン）が発生され、主鏡の凹反射
面１２ａの品質に影響される。押し及び引張り応
力を適切に組合せる事によつて、主鏡上の残留表
面誤差が減少もしくは補償され、一つの整列装置
の誤差が他の光学鏡等、整列装置の構成部材の誤
差と一致される様になる。 次の第１表の実験データはこの技術がパーキ
ン・エルマ光学鏡等、整列装置の構成部材の誤差
に対して極めて安定した有用を変化を与えるとい
う事実を示している。 第４図は、第１表のデータの検出方法を示した
ものである。以下に示した数値は、あくまでも第
１表に示したデータの検出方法を説明するために
便宜的に使用したものであつて、本発明の実施例
に係るデータとは何ら関係のないことを付言して
おく。 まずウエハの平面図において縦軸をＹ軸、横軸
をＸ軸と決めている。そして、マスク上に予め設
定された点ａ〜ｉを、ウエハ上に結像させ、各点
のオーバーレイの位置を座標91〜99によつて求め
た。これにより、マスク上の各点ａ〜ｉのウエハ
上におけるオーバーレイ誤差を知ることがきる。
なお、各点が各座標の中心にあるときは、オーバ
ーレイ誤差がないことを示している。 以下には、第１表における、Ｙ軸の直線性、上
下のバランス、Ｙ軸の局所歪、Ｙ軸の倍率の検出
方法を具体的に説明する。なお、各座標の１目盛
は仮に2μとする。 Ｙ軸の直線性は、ウエハ面に垂直な光学軸の方
向に対するａ点とｅ点のｘ方向へのずれの差によ
つて表されている。これによると、ａ点のＸ座標
はＯでｘ方向へのずれはないが、ｅ点のＸ座標
は、−2μでｘ方向へ＋2μずれている。したがつて
Ｙ軸の直線性は＋2μとなる。 上下のバランスは、ウエハの上端部のａ点と中
央部のｃ点のｙ方向のずれの差をウエハの上部の
ずれとし、中央部のｃ点と下端部のｅ点のｙ方向
のずれの差をウエハ下部のずれの差とし、ウエハ
の上と下とのずれの差によつて表されている。こ
れによると、ａ点のＹ座標が＋１でｙ方向に＋
1μずれており、ｃ点のＹ座標は＋４でｙ方向に
＋4μずれている。ウエハ上部のずれはａ点から
ｃ点をひいて−3μとなる。一方、ｅ点のＹ座標
が−４でｙ方向に−4μずれており、ウエハ下部
のずれはｃ点からｅ点をひいて8μとなる。従つ
て上下のバランスは、ウエハ上部の値からウエハ
下部の値を引いて−11μとなる。 Ｙ軸の局所歪は、Ｙ軸に沿つて、隣接する２
点、すなわちａ点とｂ点、ｂ点とｃ点、ｃ点とｄ
点、ｄ点とｅ点、の各々の間のｙ方向のずれの差
によつて表されている。これによると、ａ点とｂ
点間の局所歪は、ａ点のＹ座標が＋１、ｂ点弐Ｙ
座標が＋５であるから、ａ点からｂ点をひいて−
4μ、ｂ点とｃ点間の局所歪は、ｃ点のＹ座標が
＋４であるからｂ点からｃ点をひいて＋1μ、ｃ
点とｄ点間の局所歪は、ｄ点のＹ座標は０である
からｃ点からｄ点をひいて4μ、ｄ点とｅ点間の
局所歪は、ｅ点のＹ座標が−４であるから、ｄ点
からｅ点をひいて4μとなる。従つてＹ軸の局所
歪は、−4μ／1μ／4μ／4μと表示される。 最後に、Ｙ軸の倍率は、ウエハ端部のａ点とｅ
点のｙ方向のずれの差によつて表される。これに
よると、ａ点のＹ座標＋１から、ｅ点のＹ座標−
４をひいて＋5μとなる。

〔発明の効果〕

本発明により、光学マスク整列装置において生
ずる歪、オーバーレイ誤差を補正するために極く
微小な調節が可能とされ、等級の高いマスク整列
装置が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う熱機械的オーバーレイ誤
差調節装置を組入れたパーキン・エルマ型マスク
整列装置の主鏡支持装置の平面図、第２図は代表
的なパーキン・エルマ型マスク整列装置の概略
図、第３図は第１図の装置の主要素子である熱電
気的熱ポンプの断面図、第４図は、第１表に示す
データの収集方法を説明するための平面図であ
る。 １０……パーキン・エルマ型マスク整列装置、
１２……主鏡、１４……副次鏡、１８，２０……
傾斜鏡、２４……マスク、２８……ウエハ、３６
……ハウジング、３８，４０，４２……支持たわ
み部材、６０，６２……熱ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 写真食刻技法によつて半導体装置を製造する
   ため、 半導体ウエハを載置する第１の台と、 マスクを載置する第２の台と、 上記マスク及びウエハを互いに整列させるため
   の整列装置と、 上記マスクを照射してマスク像を発生するため
   の照射装置と、 マスク像をウエハに転写するための像転写装置
   と、 上記像転写装置中にあつて支持部材によつて支
   持された主鏡とを含む光学マスク整列装置におい
   て、 上記支持部材の温度を変えて応力を発生させ主
   鏡の像転写機能を調節し、発生した上記像転写装
   置中の歪を補正するため、少なくとも上記支持部
   材の１つに該支持部材の温度を調節する可逆熱ポ
   ンプを配置したことを特徴とする光学マスク整列
   装置。