JPH0334307A - 半導体ウエハの露光方法 - 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Ｃ友　　露光装置を用いて製造される高密度な半
導体装置（以下ＬＳＩとよぶ）等の露光工程に適用でき
る位置合わせ方法に関すん 従来例の構成とその問題点 半導体装置は最渥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も　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（よ　ウェハに設けた位置合せマークを用い
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なっていた力丈　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（よ　合わせ精度が悪く実用になら
な賎　まりＳ、オースチン（Ａｐｐｊｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ、３１Ｎ・ｏ、７Ｐ、　
４２８　トマスク２とウェハ４を接近させ、間隔りの精
度を保持した状態で位置合わせする必要があり装置が複
雑となるたべ　実用に問題があった　また　サブミクロ
ン線巾を持つ素子の位置合わせに（よ　素子からの二次
電子放出による観察による方法がある力交　大気中での
取り扱いができないたべ　ＬＳＩを製造する上でのスル
ーブツトが小さくなり実用上問題があっｆ。

発明の目的 本発明はこのような従来からの問題に鑑も　微細パター
ンの露光工程における位置合わせを大気中で、かス　露
光装置を用いて簡単な構成で正確に行なえるＬＳＩのフ
ォトマスクとウェハの間の位置合わせ方法を提供するこ
とを目的とする。

発明の構成 本発明の半導体ウェハの露光方法は　位置合せ用コヒー
レント光原　露光用先爪　位置合せ用の第１の格子の形
成されたレチクル、　レンズ系を有する露光機構を用い
て半導体ウェハと前記レチクルを位置合せするに際し　
前記コヒーレント光源からの光束を２光束に分割して前
記第１の格子およびレンズ系を介して前記２光束を前記
ウェハ上の第２の格子上に投影し　干渉縞を形成すると
ともに　前記第２の格子により回折し干渉した光束を光
検出手段にて検出し　前記手段の出力変化を測定して前
記干渉縞と第２の格子の位置ずれ量を検出し　前記レチ
クルとウェハの位置合せを行い、前記露光用光源の光を
前記レチクルを通して前記ウェハに照射して露光を行う
方法を提供すも　また　本発明は　位置合わせ用コヒー
レント光源、露光用光淑　位置合わせ用の窓の形成され
たマスク、　及び前記マスクと近接して置かれた半導体
ウェハを有する近接露光装置において前記半導体ウェハ
と前記マスクを位置合わせするに際し　前記コヒーレン
ト光源からの光束を分割し前記マスク上で２光束を交差
せしめて干渉縞を生成するとともに　前記２光束を前記
マスク上に形成された窓を通して前記半導体ウェハ上の
格子上に同時に生成シ　　前記マスク及び半導体ウェハ
の格子により回折し干渉した光束を各々光検出手段にて
検出し前記手段の出力変化を測定して前記干渉縞と前記
マスクおよび半導体ウェハ上の格子との位置ずれ量を検
出する事により前記マスクと半導体ウェハの位置合わせ
を行１．％　　前記露光用光源の光を前記マスクを通し
て前記ウェハに照射して露光を行う方法を提供する。光
束の干渉縞と該格子との相対位置を検知する方法により
、半導体微細素子の位置合わせを高精度に行なうもので
あも実施例の説明 第２図に本発明に用いる位置合わせ方法の原理を示す位
置合わせ装置を示した　コヒーレントな光１０をレーザ
ー発生装置からビームスプリッタ（ＢＳ〉に入射させ、
はぼ同一強度の反射光１１と透過光１２とに振幅分割し
　各々反射鏡Ｍｌと反射鏡Ｍ２に入射し　ウェハＷの表
面に対して双方の反射光がほぼ等しい角度θで入射する
ようｔ、ｌ：、　　Ｂ、Ｓ　Ｍｌ、Ｍ２．Ｗを配置すも
　ウエハ上上には格子Ｇが形成されており、格子Ｇによ
って回折した反射光１３および１４爪　　各々レンズＬ
１およびＬ２を通して光検知器Ｄ＋およびＤ２に入射す
も　レーザの波長をλ、Ｍｌ、Ｍ２からの反射光１１．
１２が干渉して作る干渉縞のピッチをＡとすると、ウェ
ハ上にできる干渉縞は Ａ＝λ／２ｓｉｎθ　　　　　で表わせもこの干渉縞の
ピッチＡにほぼ等しいピッチを持つ格子Ｇから（よ　２
光束１１と１２の干渉した光を波面分割する格子によっ
て回折された光が得られ　さらにレンズを通して波面分
割された光を集束して干渉させると、２光束１１．１２
の干渉縞と格子Ｇとの間の位置関係を示す光強度情報が
得られる。光検知器ＤｌおよびＤ２上での観測される光
強度■は１＝ｕＡ　”十ｕＢ　”＋ｕＡ’　−ｕＢ　＋
ｕＡ　−ｕ１３”　＋＊　ｌ　　ｔ　＊　（１）ただＬ
　　ｕＡ、ｕＢは各々光束１１．１２の振幅強度ｕＡ”
ｕＢ”は共役複素振幅である。

ｓｉｎθＢ）） ただＬ　　ＡｉＢは定数・Ｎ格子の数、δＡ、δＢは隣
接した２格子によって回折された光の間の光路寒ｘは光
束Ａと光束Ｂとの干渉縞と格子との間の相対的位置開広
　θＡ１θＢは光束Ａ及びＢと、ウェハの垂線とのなす
角として示される。第３図に光束Ａと光束Ｂの作る干渉
縞とウエノ＼上の格子との間の相対位置ｘを変化された
ときの光強度Ｉの変化を示した　相対位置Ｘの変化は格
子のピッチ１毎に光強度を周期的に変化させ、光強度を
観測することによって、干渉縞と格子との間の相対位置
を示すことができも　第２図に（よ　光検知手段が２つ
示されている力丈　一つでも上記の説明により充分位置
検知することができも　この検出された相対位置に相当
する分だけウェハＷの取り付けられたステージを送くり
、送られた量をさらにｆｅｅｄ　ｂａｃｋすることによ
り、ウエハ上上の格子Ｇと空間上の干渉縞との間の正確
な位置合わせを行なうことができも　ウエハ上上の格子
Ｇのピッチを１μｍとすると、本方法による位置合わせ
精度は数１００Ａの精度が遠戚できも　第４図を用いて
第２図の位置合わせ方法を実施する縮小投影露光装置の
原理および本発明によるレチクルと半導体ウニ７１間の
位置合わせおよび半導体ウェハの露光方法の実施例を示
す。

まず通常の縮小投影露光の場合の配置について説明すも
　露光用光源、レチクルＲ，レンズ系り、半導体ウェハ
Ｗという順に並んでおり、露光用光源から出た平行光１
１１はレチクルＲ上の回路パターンで光を遮られ　この
濃淡パターンを持つ光束がレンズ系りによって集光され
てウェハ上にレチクルの投影像Ｒ′を形成することによ
り回路パターンがウエノ＼上に露光されも　位置合わせ
に用いる構成はレーザ等のコヒーレント光源からのレー
ザ光をビームスプリッタ等に入射させ、はぼ同一強度の
２光束１１２．１１３に振幅分割する。２光束１１２．
　ｌ１３を各々レチクルＲ上に設けた回折格子１１４．
１１５に入射させ、レチクルＲの置かれている配置を入
射光と回折光の位置や角度φ１．φ２によって表わす。

　レチクルＲから出た回折光１１６，１１７はレンズ系
りを通過し　ウエノ＼上で２光束１１６，１１７が干渉
するようにＲ，Ｌ、　Ｗを配置すも　ウエハ上上には第
６図に示すごとく格子Ｇが形成されており、格子Ｇによ
って回折した反射光１１８が光検知器りに導かれも　ウ
エノ＼上の格子Ｇは第５図に一例を示すように　ウニ／
への所定領域に規則的に形成したくり返しパターンを用
いも　次に本実施例におけるレチクルとウェハの相対的
な位置合わせの不順について、第６図を用いて説明すも
　レチクルＲに入射した２光束１１２．１１３をレチク
ルに垂直に入射するようにし　かつ２光束１１２．１１
３がレチクル上の格子１１４．１１５に入射するように
配置すも　格子１１４．１１５に２光束を透過し　回折
光１１６、１１７を射出すも　格子に入射する２光束の
位相は等しくなるように光学系を配置しているので格子
によって回折した光の波面も第６図に示すように光束１
１６と１１７では対称となん　この位相をそろった２光
束がウェハ面上で交叉角２θで交わると濃淡の干渉縞Ｆ
が生よ　干渉縞Ｆの位置は波面が交わった位置で定まも
　この位置に対して、ウエハ上上の格子を合わせも　ウ
ェハ上の格子と２光束の干渉縞とのウェハ面内での回転
（アジマス）φはウェハ上の格子と干渉縞との間で生じ
るモアレ縞の回転によって検知でき、モアレ縞の本数が
少なくなるように調整すも　また　ウェハ上の格子と２
光束の干渉縞の該光束の入射面内での回転（ティルト）
φは　干渉縞のピッチがウェハ上の格子と比較すると相
対的に長くなった場合と同様になり、前述のアジマス調
整と同じくモアレ状縞の本数が少なくなるようにしてテ
ィルト調整ができる。

またティルト調整には光路が対称してあれば回折格子に
よって反射した０次光が光源にもどるので、この光を利
用してウェハＷのティルト調整もできも以上のようにし
てアジマスとティルト調整を行なった後に第１．２．３
式で示された原理にもとづきレチクルとウェハ中のパタ
ーン位置合わせを行なうことができも　このようにして
、　レチクルＲとウェハＷの位置合わせが完了すると、
露光用光源から出た平行光１１１によってレチクル上の
回路パターン１よ　レンズ系りを通してウェハＷ上に投
影され　この投影像によって、ウェハＷ上のレジストに
回路パターンが形成されも　この場合位置合わせに使用
する２光束の波長が露光に使用する光１１１の波長と異
なり、フォトレジストの感光波長領域の波長を含まない
光であると、位置合わせの間にフォトレジストが感光さ
れな（ち　次に　位置合わせ方法が２光束の干渉縞と格
子との間の位置合わせであり、Ｘ線のようにプロキシミ
ティ露光する場合についての実施例を示す。第７図に示
すように　フォトマスクＭとウェハＷは近接して配置さ
れ７）。ｌは露光用光源からの露光用のＸ線であも　フ
ォトマスク上に（よ　すでに第２図、第５図と同様に位
置合わせ゛用コヒーレント光源より２分割された光１１
２，１１３が交差して２光束干渉縞が生成されていも　
そしてマスクＶに形成された位置合わせ用格子Ｇ１によ
って回折し干渉した光の光出力変化を光検出器で検出す
る事により、Ｇ１と２光束の干渉縞との相対位置合わせ
を行なう。フォトマスクＭ上にはさらに透明な位置合わ
せ用の窓１（が設けられており、前述の２光束干渉縞が
窓Ｈを通してウェハＷ上に生成されプロキシミティ露光
する際のウェハＷと２光束干渉縞の位置合わせをマスク
と同様にこの窓Ｈを通して行なう。ウェハＷ上には第４
図の場合と同じく位置合わせ用の格子Ｇ２が設けられて
おり、Ｇ１と０２（＆干渉縞とＧ＋とＧ２とをそれぞれ
位置合わせする事により精度よく位置合わせできも　な
抵　さらにフォトマスクｙの窓Ｈに従来から用いられて
いる位置合わせマー久　たとえば　第８図に示すような
十字マークを形成しておき、ウェハには格子Ｇ２の中に
十字マークを、第９図に示すように形成しておくことに
より、粗の位置合せを行うことができもすなわ板　第８
図の十字マークと第９図の十字マークを略合致するよう
に位置合わせてずも　第１０図（ａ）のｄｌはウェハＷ
上に形成されたパターン、Ｇ２はマスク上のパターンで
あり、ｍ＋　、　ｍ２が合致するように干渉縞のピッチ
の半分以分の粗の位置合せを行う。その徽　前述した２
光束の干渉縞による位置合わせにより精度の高い位置合
わせを行なう（第１０図（ｂ））。

このように　フォトマスクＶの位置合わせＣヨ　　フォ
トマスク−を設定した時点フォトマスクＭを用いて粗く
一度行なＬ＼　しかるの板　２光束干渉縞による精密な
位置合せを、同じくフォトマスク−をそのまま用いて行
なうことができも　位置合わせが終了すると、Ｘ線ｌ、
イオンビーム、紫外線等をマイクＵを通してウェハＷ上
に照射し　プロキシミティ露光法によって回路パターン
の露光を行なう。以上のように　本発明の方法によれば
半導体ウェハへの露光に用いられる露光装置に　２光束
の干渉縞による位置合せ機構を容易に組み込むことが可
能となり、半導体ウェハと、　レチクル又はマスクの位
置合せをほぼ通常の露光装置を用いて正確に行うことが
でき、高精度なパターン露光が可能となん 発明の効果 本発明により互いに共役な２光束を干渉させる位置合わ
せ方法を縮小投影露光装置　Ｘ線等のプロキシミティ露
光装置に容易に具備する事が可能となり、その結果高い
重ね合わせ精度、正確な微細パターンのウェハ上への形
成が可能となも　したがって、本発明（友　高性姐　高
精度に微細パターンを半導体ウェハ上に形成でき、高集
積半導体集積回路の製造に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置合わせ装置の原理は　第２図は本発
明に用いる位置合わせ方法の原理を示す阻　第３図は第
２図の位置合わせ方法によって観測した光強度の格子位
置依存性を示す阻　第４図は第２図の位置合わせ方法を
実施する縮小投影露光装置の原理および本発明の一実施
例のレチクルとウェハ間の位置合わせを示す概略＠　第
５図はウェハ上に形成した格子の説明＠　第６図はレチ
クルとウェハ間の位置合わせの説明＠　第７図は本発明
の他の実施例のプロキシミティ露光を行なう際のフォト
マスクとウェハの間の位置合わせ及び露光の説明諷　第
８図はフォトマスク上の位置合わせ用マークの平面は　
第９図はウェハ上の格子の中に形成した位置合わせ用マ
ークの平面は第１０図（ａ）、　（ｂ）はフォトマスク
上の位置合わせマークとウェハ上の格子との間の位置合
わせマークの位置合わせの説明図であも ＩＯ・・・・コヒーレントｉ　　１１・・・・反射ｆｆ
ｉ　　１２・・・・反射−／ｆ、２０・・・・回折格子
、２２・・・・干渉砥１１２，１１３・・・・光’ＫＷ
・・・・ウニ／へ　Ｇ、　Ｇ＋　、　Ｇ２・・・・格子
、Ｒ・・・・レチクル、　Ｍ・・・・フォトマスク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置合せ用コヒーレント光源、露光用光源、位置
   合せ用の第１の格子の形成されたレチクル、レンズ系を
   有する露光機構を用いて半導体ウェハと前記レチクルを
   位置合せするに際し、前記コヒーレント光源からの光束
   を２光束に分割して前記第１の格子およびレンズ系を介
   して前記２光束を前記ウェハ上の第２の格子上に投影し
   、干渉縞を形成するとともに、前記第２の格子により回
   折し干渉した光束を光検出手段にて検出し、前記手段の
   出力変化を測定して前記干渉縞と第２の格子の位置ずれ
   量を検出し、前記レチクルとウェハの位置合せを行い、
   前記露光用光源の光を前記レチクルを通して前記ウェハ
   に照射して露光を行うことを特徴とする半導体ウェハの
   露光方法。
2. （２）位置合わせ用コヒーレント光源、露光用光源、位
   置合わせ用の窓の形成されたマスク、及び前記マスクと
   近接して置かれた半導体ウェハを有する近接露光装置に
   おいて前記半導体ウェハと前記マスクを位置合わせする
   に際し、前記コヒーレント光源からの光束を分割し前記
   マスク上で２光束を交差せしめて干渉縞を生成するとと
   もに前記２光束を前記マスク上に形成された窓を通して
   前記半導体ウェハの格子上に同時に生成し、前記マスク
   及び半導体ウェハの格子により回折し干渉した光束を各
   々光検出手段にて検出し、前記手段の出力変化を測定し
   て前記干渉縞と前記マスクおよび半導体ウェハ上の格子
   との位置ずれ量を検出する事により前記マスクと半導体
   ウェハの位置合わせを行い、前記露光用光源の光を前記
   マスクを通して前記ウェハに照射して露光を行うことを
   特徴とする半導体ウェハの露光方法。