JPH04142021A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えはレチクルに形成された電子回路等のパ
ターンをウェハに露光転写する半導体素子製造用の露光
装置に関し、特にレチクルとウェハを別々の基準に対し
て位置合せするオフアクシスアライメントにおいて良好
なレチクルアライメントを行なうことのてきる露光装置
に関する。

［従来技術］ ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の露光装置には、解
像性能、重ね合せ性能および高スループツトという３つ
の基本的な性能か要求されている。

解像性能とは、半導体基板（以下「ウェハ」と称す）面
上に塗布されたフォトレジスト面上にいかに微細なパタ
ーンを形成するかという能力である。重ね合せ性能とは
、前工程でウニ八面上に形成されたパターンに対し、レ
チクル上のパターンをいかに正確に位置合せして転写で
きるかという能力である。そして、高スループツトとは
、単位時間内にいかに多くのウェハにレチクルのパター
ンを形成できるかという能力である。

露光装置はその露光方法により、例えはコンタクト、プ
ロキシミティ、ミラー１；１投影、ステッパー、Ｘ線ア
ライナ−等に大分類される。その中で各々最適な重ね合
せ方式が考案され実施されている。

殻に、半導体素子製造用としては解像性能と重ね合せ性
能との双方のバランスがとれた露光方法か好ましい。こ
のため、現在は縮少投影型の露光装置、所謂ステッパー
が多用されている。

これからの露光装置として要求される解像性能は０．５
μｍ近傍である。この解像性能を達成することが可能な
露光方式としては、例えばエキシマレーザ−を光源とし
たステッパー、Ｘ線を露光源としたプロキシミティタイ
プのアライナ−１そしてＥＢ（電子ビーム）の直接描画
方式の３方式がある。このうち生産性の壱からすれば前
者２つの方式が好ましい。

一方、重ね合せ精度は一般的に焼付最小線幅の１７３〜
１１５の値が必要とされており、この精度を達成するこ
とは一般に解像性能の達成と同等か、それ以上の困難さ
を伴っている。

般に、レチクル面上のパターンとウェハ面上のパターン
との相対的位置合せ、即ちアライメントを行う方法とし
て、 ■ＴＴＬ　ｏｎ　Ａｘｉｓ方式と ■ｏｆｆ　Ａｘｉｓ方式 ■の　ＴＴＬ　ｏｎ　Ａｘｉｓ方式は、アライメント光
として露光光の波長と同一波長の光を採用した方式この
方式では、投影レンズはこの波長に対して良好なる収差
補正かなされている。そのため、例えはレチクルの上側
にアライメント光学系を配置することができ、ウェハパ
ターンの投影像とレチクル面上のパターンとを同−視野
内で同時に観察しなから双方の位置合せをすることかで
きる。また、アライメントを完了したその位置で露光を
かけることかできる。したがって、この方式ではシステ
ム誤差要因は原理的に存在しない。

しかしながら、この方式ではアライメント波長の選択の
余地はなく、また吸収レジストのようなプロセスにおい
てはウェハからの信号光が８ｉ＠に減衰するなどの点で
プロセス上の欠点を持つことになる。

これに対して、■Ｏｏｆｆ　Ａｘｉｓ　　方式は、誤差
要因は多いかプロセスへの対応自由度が高いため近年の
露光装置におけるアライメントシステムの主流になりつ
つある。

この　ｏｆｆ　Ａｘｉｓ　　方式では、レチクルとウニ
への同時観察ができない。そのため、レチクルはレチク
ルアライメント用の顕微鏡で所定の基準に対してアライ
メントを行い、ウェハはウェハアライメント用顕微鏡で
顕微鏡内の基準に対してアライメントを行っている。

ここで、オフアクシスアライメント方式を用いた従来の
露光装置の構成の一例について説明する。

第３図はオフアクシスアライメント方式を用いた従来の
露光装置全体の概略図、第４図はレチクルアライメント
用顕微鏡の概略図、第５図は機構構成図である。

第３図において、照明系２３からの光束はプラテン２４
により保持されている原板としてのレチクル３を照射す
る。そして、レチクル３の面上に形成されている電子回
路等のパターンを投影レンズ２１によって被露光体であ
る基板としてのウェハ２２面上に投影転写する。

レチクル３とウェハ２２とは、各々不図示の搬送手段に
より交換可能となっている。レチクル３の下部周辺には
、レチクル３を装置の座標系に対して正しく配置するた
めのレチクル基準マーク５かレチクル３と僅かの間隙を
有して配置されている。レチクル３を挟んて対向する位
置には、レチクル３をレチクル基準マーク５に対して位
置合せするためのレチクル顕微鏡１５か設けられている
。なお、レチクル顕微鏡１５とレチクル基準マーク５と
は、例えばレチクル中心を対称に２ケ所設けられている
。

レチクルアライメントは、レチクル顕微鏡１５によりレ
チクル３面上に設けたレチクルセットマーク４とレチク
ル基準マーク５との相対位置誤差を読み取り、ＸＹθ方
向に移動可能なレチクルステージ２５によりレチクル３
およびプラテン２４を相対位置誤差が茎に近づく方向に
駆動させることにより行う。そして、このときの相対位
置誤差か所定の許容範囲になったら終了する。なお、７
は撮像管またはＣＣＤ等である。

投影レンズ２１の近−傍に、ウェハアライメント顕微鏡
２６が配置されている。ウェハ２２はウェハ保持台２７
に真空吸着されて保持されている。

このウェハ保持台２７は回転方向および上下方向に移動
可能なθＺステージ２８に保持され、このθ２ステージ
２８はＸＹ力方向移動可能となるように構成されている
。

なお、ここてθ方向はＺ軸回りの回転方向を示している
。

ＸＹステージ２９の端部には、Ｙ方向の位置座標検出の
ための光学ミラー３０Ｙと、この光学ミラー３０Ｙに光
束を入射させるためのレーザー干渉測長器（以下「干渉
計」という。）３１Ｙとか配置されている。同様に、Ｘ
方向の位置座標検出のための不図示の光学ミラー（３０
Ｘ）と不図示の干渉計（３１Ｘ）とか配置されている。

そして、これら２つの干渉計３１Ｘ、３１Ｙを利用して
ＸＹステージ２９の位置そしてウェハ２２のＸＹ位置座
標を読み取っている。

以上のレチクルアライメント、ウェハアライメント、そ
してステージの位置情報等のデータ処理はルーチン的に
行っている。また、シーケンシャルな動作等は制御装置
４０により制御することで行っている。ジョブの作成、
装置へのコマンド、パラメーター等の設定は、コンソー
ルのデイスプレィ４１およびキーホード４２により入力
できる。

次に、第４図および第５図を用いてレチクルアライメン
トの従来方式について説明する。これらの図において第
３図と同一の付番は同一の部材を表すものとする。なお
、第５図ではレチクルアライメント用顕ｍ鏡の機構を簡
単に表すため、第４図のＣＣＤカメラを横置きとし一部
のミラーを省略している。

第４図および第５図において、この露光装置では光源と
して水銀ランプ３３を使用する。水銀ランプ３３から発
生する光はシャッター３４を介してレチクル３に至る。

レチクル３上に描かれているパターンは投影レンズ２１
を介してウェハに投影される。

また、水銀ランプ３３から発生する光から、取込みミラ
ー２を用いて光ファイバ１に光を導く。

このときｇ線を選択し、光ファイバ１を介して装置本体
に光を導くようにする。ファイバ１は本体側レチクル基
準マーク５を下側から照射するようにとりつける。この
光によりレチクル基準マーク５とそれから一定のキャッ
プを保ち存在するレチクルセットマーク４とを透過照明
する。そして、この透過光は対物レンズ８、リレーレン
ズ９およびエレクタ−レンズ１１を介してＣＣＤあるい
は撮像管７に入射する。これにより、アライメントマー
ク４．５かＣＣＤあるいは撮像管７に結像される。ＣＣ
Ｄあるいは撮像管７により検出した画像は、画像処理装
置（イメージプロセッサＩＰ）３５に送られ画像処理さ
れる。これにより、各レチクルアライメントマーク４．
５の相対的なズレを検出する。その検出結果データは不
図示のレチクルステージ駆動系に転送される。レチクル
ステージ駆動系は、このデータに基いてレチクルステー
ジを駆動し、レチクルのズレを補正し、レチクルと本体
との位置合せを行う。ＣＣＤあるいは撮像管７により検
出した画像は、同時にＴＶカメラ３６に表示される。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、露光は通常複数のレチクルを交換しなから行
なわれる。そして、各レチクルはそれぞれ厚さが異なる
ことがある。したがって、上述したようなレチクル顕＠
３１５のアライメント方式において、複数の厚さの異な
るレチクル３を用いたときには、このレチクル３の厚さ
の変化に応じたピント合せが必要となる。このピント合
せは、第５図に示すように駆動系１０を用いてリレーレ
ンズ９を光軸方向に移動させることにより行っている。

しかしながら、上記従来例では、レチクル顕微鏡１５に
より観察すべき各レチクルアライメントマーク４，５と
対物レンズ８との間にレチクル（ガラス部）３かあり、
その厚さが変化するために以下のような問題点があった
。

■レチクルの厚さの変化によってピント変化を生じるた
め、（ａ）　ピント検出手段、（ｂ）　ピント合せ用リ
レーレンズ、（ｅ）　　リレーレンズ駆動手段などを配
置しなければならず、機構が複雑になる。

■レチクルをアライメントする前にピント合せが必要な
ため、そのピント合せに時間かかかりスループットが低
下する。

■レチクルの厚さが変わることによって収差も変わり、
マーク検出精度が悪くなる。

本発明は、上述の従来例における問題点に鑑み、レチク
ル等の原板の厚さが変化することによる上述のような叱
響をなくした露光装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］上記の目的を
達成するため、本発明は、原板上に描かれているパター
ンを被露光体である基板上に投影露光する露光装置であ
って、前記原板の位置合せの指標となる基準と、前記基
準および前記基準と位置合せするために前言己原板上に
形成されたパターンを検出するための照明光学系および
結像光学系とを具備するとともに、前記結像光学系を前
記原板に対して前記基準側に配置することを特徴とする
。

さらに、前記照明光学系を前記原板に沿って平面的に移
動する手段と、前記原板上に形成されたパターンと前記
基準とを検出する際に、前記照明光学系を位置決めする
手段とを具備することとしてもよい。

上記構成によれば、例えばレチクルをアライメントする
レチクル顕微鏡において、結像光学系を原板であるレチ
クル（ガラス）に対してアライメントマーク（セットマ
ーク）がバターニングされている側に配置することとな
る。これにより、レチクル顕微鏡は、レチクル（ガラス
）の厚さ変化による光学的影響を受けずにアライメント
マークを検出できる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置のレチクル
顕微鏡周辺の光学部材配置図である。同図において、１
はアライメント光の光源であるところの光ファイバー、
２は照明光学系、３はレチクル、４はレチクル下面にバ
ターニングされたアライメント用セットマーク、５はア
ライメント用基準マーク、６は対物レンズ、７はＣＣＤ
カメラである。

第２図は、本実施例の露光装置全体の概略図である。こ
の露光装置は、第３図の露光装置のレチクル顕微鏡およ
びその周辺を第１図のように構成したものである。その
他の部分については第３図と同様であるので説明を省略
する。この露光装置は、アライメント光の光源としてＬ
ＥＤ４３を用いている。

第１図において、光源１より発せられた光は、照明光学
系２により均質化され、レチクル３を透過して、レチク
ル下面にバターニングされたレチクルセットマーク４お
よびレチクル基準マーク５を開明する。そして、これら
２つのマーク像は、対物レンズ６によって結像され、Ｃ
ＣＤカメラ７で検出される。

次に、レチクル３の代りに厚さの異なるレチクル１２を
配置した場合を考える。

この場合とレチクル３を入れた場合との違いは照明系側
だけにある。各マーク４．５は対物レンズ６等を含む結
像光学系の側にあるので、これらの対物レンズ等は何ら
変更する必要もなく、性能的にも変化することはない。

また、このレチクル厚の変化による照明系側の光学的性
能劣化に対しては、照明光学系２を工夫することによっ
て性能劣化を無くすることは容易である。

なお、本実施例では光源を光ファイバーと表現している
か、ＬＥＤ４３等の光源を直接配置しても同様の効果が
得られる。

また、照明光学系２が構成されているレチクル顕微鏡１
５が不図示の手段により平面的に駆動される場合は、レ
チクルセットマーク４とレチクル基準マーク５とを位置
合せする際に、照明光学系２を両マーク４．５の上方に
位置決めすればよい。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、レチクル等の原
板をアライメントするための結像光学系を、原板に対し
てアライメントマーク等の基準側に配置するようにして
いるので、結像光学系がレチクル等の厚さの変化による
影響を受けず、以下のような効果がある。

（１）レチクル交換によるピント変化が生じないため、 （ａ）ピント合せ用のリレーレンズおよびリレーレンズ
駆動系が不必要となり機構が簡単になる。

（ｂ）　ピント合せのための処理が不要となり、画像処
理およびリレーレンズ駆動のための時間が短縮される。

（２）収差等の光学性能が損なわれないで済む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る露光装置のレチクル
顕微鏡付近の光学部材配置図、第２図は、本実施例の露
光装置の装置全体図、第３図は、従来の露光装置の装置
全体図、第４図は、従来の露光装置のレチクルアライメ
ント用顕微鏡の概略図、 第５図は、従来の露光装置のレチクルアライメント用顕
微鏡の機構構成図である。 光源、 １４：照明光学系（アライメント用） １２ニレチクル、 レチクルセットマーク、 レチクル基準マーク、 ６、 ８：対物レンズ、 ＣＣＤカメラ、 リレーレンズ、 リレーレンズ駆動系、 ：エレクターレンズ、 ビームスプリッタ− 投影レンズ、 ：ウエハ、 ：露光用照明系。 （または撮像管） 特許 出 願人 キャノン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原板上に描かれているパターンを被露光体である
   基板上に投影露光する露光装置であって、 前記原板の位置合せの指標となる基準と、 前記基準および前記基準と位置合せするために前記原板
   上に形成されたパターンを検出するための照明光学系お
   よび結像光学系と を具備するとともに、前記結像光学系を前記原板に対し
   て前記基準側に配置することを特徴とする露光装置。
2. （２）さらに、前記照明光学系を前記原板に沿って平面
   的に移動する手段と、前記原板上に形成されたパターン
   と前記基準とを検出する際に、前記照明光学系を位置決
   めする手段とを具備することを特徴とする請求項１に記
   載の露光装置。