JPH04110948A

JPH04110948A - 露光装置

Info

Publication number: JPH04110948A
Application number: JP2230326A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sakai; 文夫坂井; Masao Kosugi; 小杉　雅夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-13

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、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置の製造に使用
される、ステップアンドリピートタイプの露光装置（ス
テッパー）に関し、特にその重ね合せ精度の向上に関す
るものである。

［従来の技術］ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体装置製造用のステッパーは、
高解像力、高重ね合せ精度、高スルーブットという三つ
の基本的な性能が要求される。その中の重ね合せ精度を
構成する因子は、アライメント精度、像歪、レチクルパ
ターン配置誤差、プロセス誤差などに大別される。重ね
合せ精度はそれら因子の二乗和の平方根て翼圧されるた
め、特に悪い値を持つ因子があると、その因子が重ね合
せ精度を支配し、他の因子の改良が無意味になる。

従来、アライメント精度、像歪については、ステッパー
側の要因であるため、ステッパー側で種々の改善が成さ
れてきた。

例えば、アライメント精度に関し、解像力の点で優れた
エキシマステッパーは、その投影レンズの硝子材が石英
かホタル石に限られているため、露光波長以外の光に対
する色収差補正が非常に困難である点と、露光波長を用
いた場合は、ウェハのアライメント位置に大きな段差が
でき、実素子パターンに悪影響を及ぼす点の２つの理由
からアライメント手法として、オファクシスジステムが
用いられる。

オファクシスジステムは、投影レンズと別に配置された
顕微鏡（オフアクシス顕微鏡）てレチクルと別にウェハ
を観察するもので、レチクルとウェハの相対位置合せに
おいて介在する間接誤差因子か非常に多い。

したかって、その間接誤差を少なくしアライメント精度
を向上させるため、パターン記録材料（光磁気記録材料
、ホトクロミック材料）を用いたアライメント手法か提
案されている。また像歪に関しては、投影レンズ内の所
定のレンズを移動させると像歪か変化することを利用し
、気圧や温度による像歪変化を制御する方法か提案され
ている。

［発明か解決しようとする課題］しかしなから、上記従来技術では、現在半導体装置に要
求されるサブミクロンや、ハーフミクロン（０５μｍ）
のパターニングにおいて、ステッパー側の要因以外の、
特にレチクルパターン配置誤差か重ね合せ精度に犬きく
影響するという問題に対処できない。レチクルパターン
配置精度は、レチクル自体ＥＢ露光装置などで製作され
ているため、ウェハ上で０．０２〜０．１　μｍの精度
でしかない。しかるに従来アライメントを行う時には、
レチクルのある所定のマークしか検出せず、上記配置誤
差が重ね合せ精度に影響してしまう。

重ね合せ精度精度は、半導体装置の最少パターン線巾の
１７３〜１１５値が必要であり、このレチクルパターン
配置誤差の要因が大きく影響する。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
あって、レチクルパターン配置誤差をステッパー側で自
動的に検圧し、自動的に補正できる露光装置の提供を目
的とする。

［課題を解決するための手段］前記目的を達成するため、本発明では、レチクル上の多
数のアライメントマークを、投影光学系を介して、前述
の記録材料上に露光転写し、その記録材料上のアライメ
ントマークの位置を検出し、最小二乗法などの統計処理
をすることによりレチクルパターン配置誤差を自動的に
測定、補正したものである。これによりレチクルのパタ
ーン配置誤差による重ね合せ精度劣化を軽減する。

［実施例］第１図は本発明に係わるステッパー（ステップアントリ
ピート露光装置）の一実施例を示している。この図にお
いて、１はホト原板（以下レチクル）、２は半導体基板
（以下ウェハ）である。エキシマレーザ３０から出た光
ビーム３１は、照明光学系３を通ってレチクル１を照明
する。このとき、投影レンズ４によりレチクル１上の半
導体装置用パターンがウェハ２上に縮小投影され、ウェ
ハ２上の感光層に転写される。

エキシマ照明系３については、すでに多くの提案がなさ
れているので、以下簡略化して説明する。ミラー４１に
より上方（Ｚ方向）に向けられたビーム３１は、インコ
ヒーレント光学系３２、フライアイレンズ３３、コンデ
ンサーレンズ３４ａ、３４ｂ、　ミラー３５を順に経て
マスキング結像面に至る。３６はマスキング結像面に配
置されているマスキングブレード、３７ａ、３７ｂはマ
スキングプレート３６の像をレチクル１上に結像するマ
スキング結像レンズである。

レチクル１はレチクル保持台１１により支持されている
。レチクル保持台１１は不図示のステージによりＸ、Ｙ
、θ方向に移動するように支持されている。ウェハ２は
ウェハチャック２１により真空吸着された状態で投影露
光されるが、第１図では支持チャック２２により支持さ
れ、ウェハチャック２１と分離している状態を示してい
る。ウェハチャック２１の周辺部にはパターン記録材料
（感光層、例えば光磁気記録材料、ホトクロミック材料
）２３を塗布した硝子板２４か配置されている。硝子板
２４はこの図では２組しか示されていないか、実際には
第３図（ａ）に付番１１３．１１４．１１５．１１６で
示すように４組がウェハチャック２１の周辺に配置され
ている。

ウェハチャック２１．はステージ５によりｘｌＹ、Ｚ、
θ、ωＸ　　（Ｘ軸回りの回転成分）、ωＹ（Ｙ軸回り
の回転成分）の各方向に移動する。ステージ５はステー
ジ定盤５０に支持されている。

ステージ５はステージ定盤５０に対してＹ軸方向に移動
するＹステージ５１、Ｙステージ５１に対してＸ軸方向
に移動するＸステージ５２を有し、その上に例えば３本
の圧電素子（ピエゾ素子）５３によるレベリング（ω８
、ωＹ）とＺ軸方向に移動するレベリングステージ５４
が、更にその上に回転（θ）微動ステージ５５と、上下
（Ｚ）微動ステージ５６か載置される。ウェハチャック
２１は２微動ステージ５６の上に載置される。

レベリングステージ５４の上にはステージ５の位置座標
の基準となるミラー８５が、Ｘ、Ｙ方向それぞれに載置
されており、レーサ干渉計８６を通過したビームを反射
することでステージ５の位置や走行距離を知ることを可
能にしている。８７は干渉計８６からの光信号を電気信
号に変換するレシーバである。また、レベリングステー
ジ５４の上にはθ粗動機構５７、Ｚ粗動機構５８が構成
され、その上に支持チャック２２か載置されている。

レチクル１の上側には、レチクル光学系６が配置される
。レチクル光学系６はレチクル保持台１１上のレチクル
セットマーク１２とレチクル１上のレチクルアライメン
トマーク（第２図１０５Ｌ、１０５Ｒ）の相対位置を検
出するものである。不図示の光源からの光をファイバー
１４、レチクル照明光学系１３を介してレチクルセット
マーク１２とレチクルアライメントマーク１０５Ｌ、１
０５Ｒに照射し、照射された各々のマークの像を、ビー
ムスプリッタ４７、対物レンズ４６、リレーレンズ４５
、ビームスプリッタ４４を介して、ＣＣＤ４Ｂで検出す
る。検出された像により、レチクルセットマーク１２と
、レチクルアライメントマーク１０５Ｌ、１０５Ｒの相
対位置を算出し、レチクル１をＸ、Ｙ、θ方向に移動さ
せる不図示のレチクルステージで、レチクルセットマー
ク１２に対してレチクルアライメントマークを位置合せ
する。

ステージ５の上方、投影レンズ３に隣接してオフアクシ
ス顕微鏡７が配置されている。オフアクシス顕微鏡７は
非露光光（白色光）を扱う単眼の顕微鏡であり、内部の
基準マーク７０とウェハ２上のアライメントマークとの
相対位置検出を行うのか主たる役割である。対物レンズ
７１、リレーレンズ７２はウェハ２上のアライメントマ
ークを拡大して結像面７４に投影する。エレクタ−レン
ズ７７．７８は両者が光軸上に挿入された時は低倍エレ
クタ−レンズとして、７８が退去した時は高倍エレクタ
−レンズとして作用し、結像面７４の空中像をＣＣＤカ
メラ７９の受光面に投影する。

２５は不図示の光源から光を導く光ファイバーであり、
ここからの光は照明レンズ２６、ビームスプリッタ７３
を介してウェハ２の照明光となる。同様に２７は不図示
の光源から光を導く光ファイバーであり、ここからの光
りは照明レンズ２８を介して基準マーク７０を照明する
。ビームスプリッタ７５は、基準マーク７ｏのパターン
面と結像面の７４がＣＣＤカメラ７９の受光面から同じ
光路長となるよう配置されている。これにより、基準マ
ーク７０もエレクタレンズ７７、７８によりＣＣＤカメ
ラ７９の受光面に投影結像される。オフアクシス顕微鏡
７にはフォーカス検圧機能が備わっている。これは、例
えばＣＣＤの出力信号を用いてボケ量検出処理すること
により可能である。

更に、ステージ５の上方には、投影レンズ４に近接して
、パターン記録材料面２３に書き込まれたパターンを消
去するための消去手段８０が配置されている。消去手段
８０は具体的にはファイバー８１により光を導入し、プ
リズム８２、レンズ８３により光をパターン記録材料面
２３に落射照明するものである。

制御回路９は前述の各構成要素をコントロールするため
に用いられる。ＣＰＵ９１は予め定められたシーケンス
ソフトにしたがって各要素に指令を出し、また各要素か
らのデータを判断して次の手順を決める。演算回路９２
は主にステージ５の座標位置やオフアクシス顕微鏡７の
検出結果などからレチクル１のパターン配置を算出する
など、高速性と高精度を要求される演算処理に用いられ
、記憶回路９３はそれら測定データや演算データを記憶
するために用いられる。部分的な詳細構造については後
述するが、以上か本実施の基本構成である。

第２図は本発明に使用するレチクル１の実施例である。

この図において、１０１は投影レンズ４の転写可能領域
を示し、１０２は半導体装置用の実素子パターン領域で
あり、この領域に接するスクライブライン領域には精密
アライメントマーク１０３Ａ〜１０３１が、また図示上
方には粗アライメントマーク１０４が配置されている。

更に、Ｘ軸上の左右に、レチクルセットマーク１２との
相対位置計測用のレチクルアライメントマーク１０５Ｌ
、１０５Ｒが配置されている。

第３図（ａ）は本発明に係わるウェハチャック２１の平
面図である。ウェハチャック２１には、その４角に略等
間隔となるように画像記録面１１３．１１４．１１５．
１１６か配置されてし飄る。画像記録面１１３．１１４
．１１５．１１６の各表面は、Ｚ方向に関してウェハチ
ャック２１に保持されているウェハ２の表面とほぼ同一
平面になるように設定されている。

また、第３図（ｂ）は画像記録面１１５上の精密アライ
メントマーク（レチクル上の１０３Ａ〜１０３１の中の
１つ）をオフアクシス顕微鏡７の視野で観察した状態を
示している。

１３０はＣＣＤカメラ７９のフレーム画面、１３１はオ
フアクシス顕微鏡７に内蔵された基準マーク（第１図の
基準マーク７０）である。

次に本実施例の動作を第４図のフローチャートを用いて
説明する。この動作はあらかじめメモリ９３に設定され
ているシーケンスに基づいて制御回路９のＣＰＵ９１に
より制御される。

動作が開始される（ステップ１５０）と、第１図に示す
ように、レチクル１がレチクル保持台１１にセットされ
る（ステップ１５１）。

その後、レチクル光学系６と、制御回路９によりレチク
ルセットマーク１２と、レチクルアライメントマーク１
０５Ｌ、１０５Ｒの相対位置が計測され、不図示のレチ
クルステージによりレチクルセットマーク１２に対して
、レチクルアライメントマーク１０５Ｌ、１０５Ｒが位
置合せされる（ステップ１５２）。

レチクルアライメント終了後、エキシマレーザ光３１を
発生させ、照明光学系３を介してレチクルを照射し、投
影光学系４を介してレチクルのパターンを画像記録面１
１３．１１４．１１５．１１６に露光転写する（ステッ
プ１５３）、なお、本実施例では、ステップ１５３で４
ケ所の画像記録面１１３．１１４．１１５．１１６の全
てに対してレチクルパターンを露光転写しているが、レ
チクルパターン配置の位置計測精度により、１あるいは
２ケ所にレチクルパターンを露光転写することも任意に
設定可能である。

次に画像記録面１１３．１１４、冒５．１１６に露光転
写された精密アライメントマーク１０３Ａ〜１０３ｉに
対してオフアクシス顕微鏡７を通してレチクルのパター
ン配置をステージ５を駆動して計測する（ステップ１５
４）。

これにより、レチクルの精密アライメントマーり１０３
Ａ〜１０３１各々の基準マーク７ｏに対する、ＸＹ軸方
向のズレが検圧される。また、このときのステージ５の
座標位置は、レシーバ８７によって検出される。

ステップ１５４で得られた、ＸＹ軸方向のズレのデータ
およびステージ５の座標位置データから最小二乗法など
の統計処理を行い、レチクルのパターン配置誤差を算出
する（ステップ１５５）。

レチクルのパターン配置誤差とは、レチクルの設計上の
パターン位置と、今回測定されたデータとの差分である
が、これにより、レチクルの倍率誤差、ローテーション
誤差およびウェハの位置合せに用いる精密アライメント
マーク（例えば、１０３Ｄと、１０３Ｆの２個）で得ら
れるレチクルの仮中心位置と、今回のパターン配置計測
で得られるレチクルの中心位置とのズレ（以後レチクル
中心位置誤差）が算出される。

上記で算出された誤差をメモリ９３に記憶させる（ステ
ップ１５６）。

これらの誤差は、ウェハの位置合せ時に補正量として使
用される。

次いでＣＰＵ９１は、各画像記録面１１３．１１４．１
１５．１１６のパターン領域が満杯かどうかを判断する
（ステップ１５７）。もし満杯の場合には、ステップ１
５８に行き、ステージ５を移動させ、消去手段８０の下
を持って行き、画像記録面１１３．１１４．１１５．１
１６に形成されている像を消去する。

以上の動作にてシーケンスは終了する（ステップ１５９
〉。

この後には、実際のウェハの位置合せが行われる。

ここで、本実施例では、レチクル交換時に毎回レチクル
のパターン配置誤差の計測を行うようにシーケンスが組
込まれているが１回配置誤差を測定されたレチクルは、
その配置誤差がメモリ９３に記憶されていれば、交換時
毎回測定する必要はない。すなわちレチクル毎に管理さ
れていればよい。

上記実施例では、レチクルのパターン配置の検出にオフ
アクシス顕微鏡を用いたが、記録材料の非露光光を用い
た他の顕微鏡（例えば、ＴＴＬノンアクシス）を用いて
もよい。

また、上記実施例ではチャック上に画像記録面を設けた
が、ダミーウェハ上に記録材料を塗布し、これを用いて
レチクルパターン配置誤差を測定してもよい。この時測
定したパターン配置を記憶し、実際のウェハを露光する
時に補正する。

また精密アライメントマークを用いる代りに、画像検出
できる形状の実素子パターンを用いてもよい。

［発明の効果コ以上説明したように、パターン記録材料を用いた画像記
録面に、レチクルのパターンを露光転写し、その像を検
出し、レチクルのパターン配置誤差を自動で測定し補正
することにより、ステッパの重ね合せ精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例に係る露光装置の構成図、第２図は本発明の実施例に係るレチクルの平面図、第３図（ａ）は本発明の実施例に係るウェハチャックの
上面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のｂ部詳細図、第４図は本
発明の露光装置の動作を示すフローチャートである。１ニレチクル、２：ウェハ、３：照明系、４：投影レンズ、５：ステージ、６：レチクル顕微鏡、７：オフアクシス顕微鏡、９：制御回路。特許出願人　　　キャノン株式会社代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄ロ第図第図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）原板上のパターンを基板上に露光転写するための
投影光学系と、前記基板を搭載して移動可能なステージ
手段と、前記基板またはステージ手段上に形成された位
置合わせ用マーク検出手段と、該検出手段の検出結果に
基づいて前記ステージ手段を移動制御する制御手段とを
具備し、前記原板上に形成した複数の位置合わせ用マー
クを前記基板またはステージ手段上の所定位置に露光転
写形成可能としたことを特徴とする露光装置。
（２）前記ステージ手段は前記基板を真空吸着するチャ
ック手段を含み、該チャック手段の所定位置に前記原板
上のマークを露光転写形成するためのマーク記録部材を
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露
光装置。
（３）前記制御手段は、前記マーク記録部材上に形成さ
れたマークの検出結果から前記原板上のパターン配置誤
差を算出し、該パターン配置誤差を記憶するメモリ手段
を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
露光装置。
（４）前記マーク記録部材上に形成されたマークの消去
手段を具備し、前記制御手段は、全ての前記マーク記録
部材上にマークが形成されているか否かを判別し、全て
のマーク記録部材上にマークが形成されているときには
前記ステージ手段を駆動して、該マーク記録部材を前記
消去手段の位置に運び各マークを消去することを特徴と
する特許請求の範囲第３項記載の露光装置。