JPH04177822A - 観察装置 - 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） 本発明は観察装置に関し、特に半導体素子餐造用の露光
装置において半導体基板（ウェハ）と露光装置本体の一
部、例えばアライメントスコーブとの相対的な位置関係
を検出する際に好適なＩｌＩ東装置に関するものである
。

（従来の技術） 従来より半導体素子製造用の露光装置では半導体素子を
製造するのに何種類もの回路パターンをウェハ面上に投
影レンズを介して順次重ね合わせて焼付ける工程（積層
して焼付ける工程）を用いている。

この為回路パターンか形成されているレチクルとウェハ
との位置合わせ精度は歩留りを向上させる為の重要な要
素となっている。

従来より、位置合わせは霧光装置の一部に観察装置（ア
ライメントスコープ）を設けてウェハ面上のマークを観
察することにより行っている。

このときの観察方式の１つにオフアクシスアライメント
方式かある。この方式は露光用の投影レンズより所定量
離れた位置に観察装置をその先軸（観察光学系の光軸）
か投影レンズの光軸と平行となるように設けている。そ
して観察装置てウェハに関するアライメントマークの位
置合ゎせを行った後　＊察装置の光軸から投影レンズの
光軸まての距離（以下「ベースライン」と称する。）た
けレチクル面上の回路パターンを投影露光するウェハを
載置した可動ステージを移動する。これによりレチクル
とウェハとの相対的位置合わせを行っている。その後レ
チクル面上の回路パターンを投影レンズを介してウェハ
面上に投影露光している。

このオフアクシスアライメント方式におけるベースライ
ン計測の最も大きな計測誤差要因の１つに温度変化等の
環境変化かある。

本出願人は特開平１−１２０８１９号公報、特開平１−
１２０８２０号公報、特開平１−２８６３０９号公報に
おいて光記録材料を利用することにより環境変化に影響
されずに高精度にベースラインを計測することができる
ｔｌｔｌｌｍＷを提案している。

これらの公報では可動ステージ面にｌｌＩ！シたウェハ
を固着しているウェハチャック面上のウェハ面以外の領
域又は焼付は用のウェハとは異なるダミーウェハを用い
その一領域に光磁気記録材料やフォトクロミック材料等
の光記録媒体を塗布している。そして投影レンズの投影
面内の所定位置に可動ステージ上に設置した該光記録媒
体を配２する。そして投影レンズにより該光記録媒体面
上に計測用のアライメントマーク（レチクル面上に設け
られているアライメントマーク）を焼付けた後、可動ス
テージを観察装置の観察面内に移動させて該光記録媒体
面上のアライメントマーク像を観察する。このときレー
ザ干渉測長器等で可動ステージの移動量を求めておく、
そして観察装置の所定位置（光軸上の指標）とアライメ
ントマーク像との位置関係（位置ズレ）との計測値より
ベースラインを求めている。

次に可動ステージ面上に載置したウニへ面のアライメン
トマークを観察装置て観察し、観察装置の指標との位置
関係を検出する。

そしてこのときのウェハ位置より前記方法で求めたベー
スラインを参照して可動ステージ面上のウェハをレーザ
干渉測長器を用いて投影レンズの光軸下に送り込む。

これによりレチクル面上のアライメントマークとウェハ
面上のアライメントマークとの位置合わせ即ちレチクル
とウェハとの位置合わせを行っている。

（発明か解決しようとする問題点） オフアクシスアライメント方式の観察装置でアライメン
トマークを観察する際の観察光としては観察装置本来の
目的のウェハ面上の塗布されたフォトレジストに覆われ
たアライメントマークをウェハの層構造の境界面間の干
渉の影響無しに検出することができるようにフォトレジ
ストか実質的に感光しない可視域のうちの広帯域の光束
か用いられる。

従って光記録媒体としてもレチクル面上のアライメント
マークを露光した後のアライメントマーク像の検出が前
記＊＊光てなされるような光記録媒体を選択して用いる
のか常であった。

次に光記録媒体として例えばフォトクロミック材料を用
いた場合を例にとりそのときの問題点について説明する
。

フォトクロミック材料は高分子のベース材に溶解されて
ダミーウェハ面上や可動ステージ面上の所定の領域に塗
布されている。フォトクロミック材料は第２図の曲線Ａ
て示すように露光前は紫外領域のみに吸収帯を持ってお
り、可視領域の光束て観察しても無色透明である。しか
しながら露光波長である紫外光や遠紫外光を照射すると
ｗＩＪｚ図（Ｂ）で示すように可視領域に新たな吸収帯
を発生する。この為第２図の曲線Ｃで示す観察位置の観
察波長域の光束て露光された部分は着色域として観察可
能となる。

一旦着色したフォトクロミック材料は例えば熱をかけた
り、又は可視光を照射することにより曲線Ａで示す元の
状態に戻すことができる。

ところが近年焼付は用の回路パターンの微細化により半
導体素子の高集積化を図るという観点から半導体メーカ
ーは各社て独自の微細化プロセスを採用するようになっ
てきた。そこては種々なフォトレジストか用いられ、従
ってフォトレジストの不感帯の波長域も種々と異ってい
る。又光記録媒体としてのフォトクロミック材料も綴り
返し使用回数やコスト、取り扱い容易性等のトレードオ
フて必ずしも所望の吸収波長域のものを選択することか
てきるとは限らないという問題点か生してきた。

本発明はオフアクシスアライメント方式を用いた観察装
置において、前述したような光記録媒体を用いてベース
ライン計測を行う際にウェハ面上に塗布したフォトレジ
ストに実質的に感光しないてウェハ面上のアライメント
マークを観察する為の光束の波長域と光記録媒体面に形
成したアライメントマークを観察することができる波長
域とか分離してくるという問題点を観察装置に設けた波
長域切換手段を利用することにより解決し、双方のアラ
イメントマークを最適な波長域の光束て良好に観察し、
ベースラインを高精度に求めることかてきる観察装置の
提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の観１１４装置は感光体か塗布されている第１物
体と光記録材料を有した第２物体のうち一方の物体を選
択して＊＊系て＊＊する際、該第１物体を観察するとき
は、該感光体か実質的に感光しない程度の第１波長域を
有した光束を用いて行い、該第２物体を観察するときは
該光記録材料の安定状態のいずれかの吸収波長域の少な
くとも一部を含む第１波長域とは異なる第２波長域の光
束を用いて行７たことを特徴としている。

この池水発明は可動ステージ面上に感光体が塗布されて
いる第１物体と光記録材料を有した第２物体とを設け、
該可動ステージを移動させて一方の物体を選択して光源
手段からの光束で照明すると共に、観察系で観察する際
、該１４１物体を観察するときには該光源手段からの光
束のうち該感光体か実質的に感光しない第１波長域の光
束を選択して行い、該！Ｒ２１ｍ体を観察するときは該
光源手段からの光束のうち該光記録媒体の露光前又は露
光後の安定状態のいずれかの吸収波長域の少なくとも一
部を含む第１波長域とは異なる第２波長域の光束を選択
して行ったことを特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明を縮少投影型半導体露光装置（ステッパ
ー）に適用したときの一実施例の要部概略図である。

図中１は露光用の照明系であり、超高圧水銀灯やコンデ
ンサーレンズ等を有している。２はレチクル（原板）て
あり、ｖｋ述するウェハ面上に焼付ける半導体素子の電
子回路パターンか５倍〜１０倍の寸法てクロム等によっ
て基板面上に描かれている。レチクル２は照明系１によ
って均一に照明されている。

３は投影レンズであり、レチクル２面上の回路パターン
を感光体としてのフォトレジストが塗布された第１物体
としてのウェハ４面上に１７５〜ｌ／１０倍で投影して
いる。

ウェハ４はｘＹｚステージ６に載置されたウェハーチャ
ック５面上に真空吸着や静電的手段により固定されてい
る。

ＸＹＺステージ６は定ＩＩｋ７面上に４ｉＷされておリ
、光軸（投影レンズ３の光軸　景下同し）に垂直な上面
内及び光軸方向に沿って移動可能となっている。ｘＹＺ
ステージ６の端部には反射部材８か装着され定ｌ１１７
面とに設けたレーザ干渉測長器９からのレーザ光とによ
って既知の手段により。

その位置座標か測定されている。

１０は光記録媒体面（光記録材料面）てあり、その面上
には例えばフォトクロミック材料か設けられており、ウ
ェハーチャック５面の周囲の複数領域に設けられて第２
物体を形成している。

本実施例ではこの光記録媒体面１０上にレチクル面上の
アライメントマークを形成して、該アライメントマーク
像を用いて前述したベースライン計測を行っている。

１８はレチクルアライメントスコープであり、レチクル
２をステッパー本体の所定位置に対して位置合わせをし
ている。

１１はＩ［察系としてのオフアクシスアライメントスコ
ープ（以下［アライメントスコープＩＩＪと称する。）
てあり、投影レンズ３から所定距離離れた位置にその光
軸か投影レンズ３の光軸と上行となるよろに設定されて
いる。１３はランブボ、・クスてあり　ランプ１４　波
長域切換手段としてのフィルター切換板１６　ロータリ
ーソレノイド１７等を有しており　アライメントスコー
プ１１に所定の波長域の光束を入射させている。

ランプ１４は可視域て連続スペクトルを発するハロケン
ランプやキセノンランプ等から成っている。ランプ１４
からの光束のうちロータリーソレノイド１７とフィルタ
ー切換板１６とにより所定の波長域の光束か選択されて
オプティカルファイバー１５を通過してアライメントス
コープ１１に入射されている。

本実施例における前述したベースライン計測で行うベー
スラインは投影レンズ３とアライメントスコープ１１と
の光−間ベクトルｌｂである６アライメントスコーブ１
１はウニへ４面や光記録媒体面ＩＯを撮像手段としての
ＣＣＤ１２面上に結像レンズで結像させている。そして
ウェハ４面や光記録媒体面ｌＯをＣＣＤ１２によって画
像Ｉｌ寮し　該画像を演算処理することによってウェハ
４面上及び光記録媒体面上のアライメントマークの位置
を計測している。

＠３図は本実施例におけるウェハ４面上に塗布したフォ
トレジストの分光感度曲線とウェハーチャラフ５面上に
設けたフォトクロミック材料の分光吸収曲線の概略図で
ある。

同図において曲線りはフォトレジストの分光感度曲線、
曲線Ｂはフォトクロミック材料の露光後の分光吸収曲線
である。

アライメントスコープ１１てウェハ４面上を観察する為
の波長域はフォトレジストか実質的に感光しない波長域
の光束を用いる必要かある。従ってｉＲａ図においては
１例えば曲線Ｅて示す波長域の光束となる。

しかしながら曲線Ｅとフォトクロミック材料の分光吸収
曲線Ｂとは全くオーバーラツプする領域カナイ。従って
曲線Ｅて示す光束ではフォトクロミンク材料の露光され
た領域と露光されない領域とをパターンとして検出し、
認識することはできない。

光記録媒体面１０上のアライメントマークを観察する為
の光栄の波長域は分光吸収曲線Ｂと所定範囲オーバーラ
ンプするような、例えば曲線Ｃて示す波長域の光束を用
いる必要かある。

ところか曲線Ｃて示す波長域の光束はフォトレジストの
感度領域りに一部かオーバーラツプしている為にフォト
レジストが感光してしまい、ウニ八面上を観察する光束
として用いることかてきない。

そこて本実施例てはランプボックス１３内のフィルター
切換板１６により曲線Ｅと曲線Ｃて示す波長域の光束か
切換えてランプボックス１３から出射するようにしてい
る。

即ちランプボックス１３からはウェハ４面上を観察する
ときは曲線Ｅて示す波長域の光束を出射し、光記録媒体
面（）オドクロミンク材料面）ｌＯを観察するときは曲
線Ｃて示す波長域の光束を出射するようにしている。

第４図は第１図のフィルター切換板１６の要部正面図で
ある。同図において１９２０は各々フィルターである。

フィルター１９は第３図の曲線Ｅと同様の分光透過率を
有しており、フィルター２０は第３図の曲１ｉｔｃと同
様の分光透過率を有している。

本実施例てはこのフィルター切換板１６を支点１６ａを
中心にロータリーソレノイド１７て回動させることによ
り　アライメントスコープ１１に入射する光束の分光透
過率を換えている。

これによりウェハ４面上及び光記録媒体１０面上の双方
に対して最適な波長域の光束て！ｌｌ寮することかてき
るようにしている。

第５１７１（Ａ）　、　（Ｂ）に本実施例の観察装置で
のベースライン計測のフローチャートを示す。

尚本実施例においてウェハ４面上のＩｉ！寮の際にフォ
トレジスト層の上面と下面等の層構造の境界面からの反
射光か互いに干渉しである特定の波長域ての光束による
観察では反射光強度か弱くなって観察しにくくなる場合
かある。

このような場合にはフィルター切換板１６に例えば第３
図の曲線Ｆて示す波長域を透過させる第３のフィルター
を設けて　該ｉ＠３のフィルターを通過した光束を用い
るようにするのか良い。

又必要に応して分光透過率の異なる第４．第５のフィル
ターを設けて同様に行っても良い。

この他フォトクロミック材料の分光吸収曲線Ｂの違いに
対応させて分光透過率の異なる複数のフィルターを用い
るようにしても良い。

（発明の効果） 本発明によればオフアクシスアライメント方式を用いた
ステッパーにおいてフォトクロミック材料等の光記録媒
体を利用してベースライン計測を行う際に、ウェハ面上
を観察する為の光束の波長域と光記録媒体面上を観察す
る為の光束の波長域とを前述の如くフィルター切換板を
用いて変えることにより、双方において良好なる観察を
可能とし、高精度なベースライン計測か可能な観察装置
を達成することかてきる。又ウェハ面上に塗布したフォ
トレジストの膜厚によりウェハ面からの観察用の反射光
の強度か干渉により弱くなるのを分光透過率の異ったフ
ィルターを選択的に用いることにより、効果的に防止す
ることかてきる等の特長を有した観察装置を達成するこ
とかてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部概略図、第２図はフォ
トクロミック材料の分光特性の説明図、第３図は本発明
に係る観察光と被観察物の分光特性の説明図、＠４図は
Ｉ＠１図の一部分の拡大説明図、第５図（Ａ）、（Ｂ）
は本発明に係るフローチャート図である。 図中１は照明系、２はレチクル、３は投影レンズ、４は
ウェハ１５はウェハーチャック、６はｘＹＺステージ、
７は定盤、１ｏは光記Ｉ！！媒体面、１１はアライメン
トスコープ、ｌは撮像手段、１３はランプボックス１１
６は波長切換手段、である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）感光体が塗布されている第１物体と光記録材料を
   有した第２物体のうち一方の物体を選択して観察系で観
   察する際、該第１物体を観察するときは、該感光体が実
   質的に感光しない程度の第１波長域を有した光束を用い
   て行い、該第２物体を観察するときは該光記録材料の安
   定状態のいずれかの吸収波長域の少なくとも一部を含む
   第１波長域とは異なる第２波長域の光束を用いて行つた
   ことを特徴とする観察装置。
2. （２）可動ステージ面上に感光体が塗布されている第１
   物体と光記録材料を有した第２物体とを設け、該可動ス
   テージを移動させて一方の物体を選択して光源手段から
   の光束で照明すると共に観察系で観察する際、該第１物
   体を観察するときには該光源手段からの光束のうち該感
   光体が実質的に感光しない第１波長域の光束を選択して
   行い、該第２物体を観察するときは該光源手段からの光
   束のうち該光記録媒体の露光前又は露光後の安定状態の
   いずれかの吸収波長域の少なくとも一部を含む第１波長
   域とは異なる第２波長域の光束を選択して行ったことを
   特徴とする観察装置。
3. （３）前記第１物体は半導体基板より成り、前記第２物
   体は前記可動ステージの一部又は該可動ステージに関し
   て設けた部材の一部より成っていることを特徴とする請
   求項２記載の観察装置。
4. （４）前記感光体はフォトレジストより成り、前記光記
   録材料はフォトクロミック材料より成り、前記安定状態
   のいずれかの吸収波長域は該フォトクロミック材料の着
   色状態における吸収波長域であることを特徴とする請求
   項２記載の観察装置。