JPH0454216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、露光装置、特に投影形の露光装置に
関する。

半導体集積回路（LSI）の高集積化が進んでき
た。現在LSIにおける最小パターン寸法はサブミ
クロン（１ミクロン以下）に到達しようとしてい
る。このような半導体集積回路は、フオトレジス
トを塗布した半導体単結晶の基板（ウエハ）の上
に写真技術を用いて回路パターンを写し込み、薬
品などでエツチングする工程を一般に数回経て作
られる。

このような集積回路の製造工程において、ウエ
ハに回路パターンを写し込む場合、前に形成した
パターンに対して次に写し込むパターンを正確に
位置合わせすることが特に高集積度半導体集積回
路の製造にとつて重要なことである。

集積回路の微細化された回路パターンをウエハ
上に写し込む自動化された装置としては、フオト
レジストに感光する波長の光即ち、λ＝436nm
（以下これをＧ線と呼ぶ）を用いて位置合わせす
るものと、フオトレジストに感光しない位置合わ
せ用の波長の光即ち、λ＝546nm（以下これをＥ
線と呼ぶ）を用いて位置合わせする投影形の露光
装置が知られている。

前者のＧ線を用いて位置合わせする露光装置で
は、位置合わせのときＧ線が回路パターン部分に
当たらないようにする必要があるため、通常、位
置合わせマーク以外の部分を覆うシヤツターを使
用している。このため位置合わせの都度かなり大
きなシヤツターを開閉せねばならず、この間露光
作業が出来なくなるので、能率が悪くなり、また
シヤツターの開閉を短時間で行なえばシヤツター
開閉時に発生する振動により正確な位置合わせが
妨げられるという不具合を生じる。

後者のＥ線を用いて位置合わせする露光装置
は、フオトレジストに感光しないＥ線を用いて位
置合わせするため、位置合わせ時にＥ線が回路パ
ターンにあたつてもさしつかえないので、前記Ｇ
線により位置合わせする露光装置のようなシヤツ
ターが不要であるという利点を有している。しか
し、露光用の光であるＧ線と位置合わせ用の光で
あるＥ線とは、光の波長が異なつているので、投
影レンズを通つた光の結像は同じ位置に生じない
ことになる。このことを図面を用いて説明する
と、第１図ａには、フオトマスク１３にＧ線を透
過させた場合にＧ線は投影レンズ１１を通つて被
露光体１２の上に結像していることが示されてい
る。これに対して第１図ｂには、フオトマスク１
３′にＥ線を透過させた場合に、Ｅ線は投影レン
ズ１１′を通つて被露光体１２′より下方に結像す
ることが示されている。この場合、被露光体１
２，１２′と投影レンズ１１，１１′の位置関係は
同じとなつている。

したがつて、同じ位置関係でかつ同じ投影レン
ズを用いる場合、Ｇ線とＥ線のいずれか一方で位
置合わせすれば他方では像がずれてしまい、正確
なパターンの写し込みが出来ないので、その問題
に対処すべく従来は、Ｅ線での位置合わせ時とＧ
線での露光時の被露光体と投影レンズやフオトマ
スクとの相対位置を変えることにより、いずれの
場合にもフオトマスクの像が被露光体上に結ぶよ
うな焦点調節機構を備えている。その一例として
は、第２図に示すようにＧ線を用いて露光する場
合とＥ線を用いて位置合わせする場合に被露光体
２２，２２′の位置を所定量ｈだけ上下に動かし
て露光と位置合わせの焦点ずれを防ぐ手段があ
る。第２図ａは、Ｇ線による露光時の状態を示
し、フオトマスク２３を透過したＧ線は、投影レ
ンズ２１を通つて被露光体２２上に像を結んでい
る。第２図ｂは、Ｅ線による位置合わせ時の状態
を示し、フオトマスク２３′を透過したＥ線は投
影レンズ２１′を通つて第２図ａよりもｈだけ下
方にある被露光体２２′上に像を結んでいる。

また、他の例としては、第３図に示すように投
影レンズ２５の位置を所定量Ｊだけ上下に動かし
て露光と位置合わせの結像のずれを防ぐものがあ
る。第３図ａは、Ｇ線による露光時の状態を示
し、第２図ａと同様、フオトマスク２７を透過し
たＧ線は、投影レンズ２５を通つて被露光体２６
上に像を結んでいる。第３図ｂは、Ｅ線による位
置合わせ時の状態を示し、フオトマスクを透過し
たＥ線は第３図ａの場合よりもＪだけ上方にある
投影レンズを通つて被露光体上に像を結んでい
る。

この他、投影レンズにズームレンズを用いて焦
点調節を行うようにしたものも知られているが、
いずれにしても、Ｅ線を用いて位置合わせしＧ線
を用いて露光する従来の露光装置は、機械的な焦
点調節機構を必要とするものであつた。

このような機械的焦点調節機構は、光軸に対し
て平行に被移動体（被露光体、投影レンズ等）を
移動させることが必要となり、このような機械的
移動は、サブミクロンが問題となる位置合わせに
おいては無視し得ない程度の横ずれを生じ、従つ
て微細なパターンの写し込みに対して位置ずれと
なるので、微細なパターンの線幅等をさらに小さ
くし、回路の高集積化を行うことが出来ない。

本発明は、前記従来の露光装置の欠点を解消す
べくなされたもので、その目的とするところは、
さらに高集積化をめざす半導体集積回路の製造を
可能とする高精度な位置合わせができる投影形の
露光装置を提供するにある。

本発明の装置は露光用光源から導かれた照明光
を、少なくとも一方向に移動する移動台に載置さ
れた被露光体上に塗布されているフオトレジスト
を感光させる露光用光と、前記フオトレジストを
感光させず、かつ被露光体に焼付けるべきパター
ンを有する原画の位置と被露光体の位置との位置
合わせを行なうための位置合わせ用光との何れか
に切換える光選択手段と、該光選択手段から出射
される光を受け、前記原画上に均一に集光するコ
ンデンサレンズと、前記露光用光により原画を透
過する原画パターン光を受けて、被露光体上に結
像する投影レンズとを有するパターン焼付けの露
光装置に於て、 該露光装置は前記光選択手段により位置合わせ
用光に切換えられたとき、前記位置合わせ用光に
より前記原画上の位置合わせマークを前記被露光
体上の位置合わせターゲツト位置に結像させて、
前記位置合わせマークと前記位置合わせターゲツ
トとを重複させる色収差補正レンズを、前記原画
と投影レンズの間の位置合わせ用光が通る光路の
固定位置に備え、前記色収差補正レンズにより結
像されて得られた、位置合わせマークと位置合わ
せターゲツトとの重複像を検出する検出手段を備
え、位置合わせ後の原画と投影レンズと被露光体
との光軸方向の位置関係を変えることなく、前記
露光用光にて露光を行なうことを特徴とする。

本発明によると、露光と位置合わせを異なる波
長で行い、色収差補正レンズを挿入して露光時と
位置合わせ時との焦点ずれを防止したため、焦点
ずれに対処すべく半導体ウエーハや投影レンズを
光軸方向に動かすような機械的動作が必要なくな
る。このため位置合わせ精度が高くなり、さらに
高集積度の半導体集積回路の製造が可能となり、
かつ機械的動きによる時間的ロスがなくなるので
短時間に多量の製品が処理でき、長時間安定して
稼働ができる。

以下本発明を図面に示した実施例について説明
する。第４図は、本発明の実施例である投影形露
光装置を示している。

本発明による露光装置は、フオトレジストに感
光する露光用の光とフオトレジストに感光しない
位置合わせ用の光とを切換えるフイルタ板４０
と、被露光体より反射する位置合わせ用の光を検
出する検出手段であるイメージセンサ３０とを含
み、露光用の光の焦点位置に前記位置合わせ用の
光の焦点を結ばせる色収差補正レンズが、前記位
置合わせ用の光の光路に設けてある。また本発明
の装置はさらに露光用、位置合わせ用等の光を発
する露光用光源である超高圧水銀灯３６を有し、
前記水銀灯よりの照明光を光フアイバ３５により
フイルタ板４０へ導く。さらに被露光体である半
導体ウエーハ３２を有し、原画であるフオトマス
ク３３上の原画パターンすなわち回路パターンを
ウエーハ３２上に投影する。

前記フオトマスク３３へ光フアイバ３５よりの
光をコンデンサレンズ４１により集光させ、投影
レンズ３１により前記フオトマスク３３上の投影
パターンを前記半導体ウエーハ３２へ投影する。
移動台３４により半導体ウエーハ３２を移動させ
る。

次に位置合わせ機構の構成について説明する
と、ハーフミラ３７により前に述べた反射光を前
記イメージセンサ３０へ導き、拡大装置３９によ
り前記ハーフミラより反射した像を拡大する。

次に光路について説明する。

超高圧水銀灯３６より発した光は、水銀灯３６
よりの熱の影響をなくすため、光フアイバ３５に
より光選択手段であるフイルタ板４０に導かれ
る。フイルタ板４０に到着した光は、フイルタ板
４０によりＧ線及びＥ線、又はＥ線のみを選択的
に透過される。フイルタ板４０の上面図を第５図
に示す。第５図において、このフイルタ板は軸５
４を回転中心としてステツピイングモータで回転
される。アパーチヤ５１及び５３には前記水銀灯
３６より発した光のうちＥ線のみを透過するフイ
ルタをつけ、アパーチヤ５２にはＧ線及びＥ線の
みを透過するフイルタをつけておく。即ち前記フ
イルタ板４０を軸５４に関し回転することにより
Ｅ線又はＧ線及びＥ線の光を選択する。前記フイ
ルタ板４０を前記光フアイバ３５と前記フオトマ
スク３３との間の光路上に配置する。フイルタ板
により選択的に透過された光は、コンデンサレン
ズ４１によりフオトマスク３３に集光される。フ
オトマスク３３上に集光された光がＧ線及びＥ線
の場合は、フオトマスク３３上の回路パターンを
投影レンズ３１を介し半導体ウエーハ３２上に投
影する。またフオトマスク３３上に集光された光
がＥ線のみの場合は、フオトマスク上の位置合わ
せマークを色収差補正レンズ３８を介しハーフミ
ラ３７を透過し投影レンズを介し半導体ウエーハ
３２上の位置合わせターゲツト上に投影する。

前記ハーフミラ３７は、前記半導体ウエーハ３
２上の位置合わせターゲツトと前記フオトマスク
３３上の位置合わせマークを、前記半導体ウエー
ハ３２へ投影した際の投影像との重複パターンを
反射し、前記拡大装置３９へ導く。イメージセン
サ３０では前記拡大装置３９で拡大した前記重複
パターンを検出する。

本発明による露光装置の動作について以下に説
明をする。本発明による露光装置の動作は、位置
合わせ動作と露光動作とに大きく２つに大別でき
る。

位置合わせ動作は、まず第５図に示す前記フイ
ルタ板のアパーチヤ５１又は５３を光フアイバ３
５よりの光が通過するように選択し、Ｅ線のみが
前記フオトマスク３３に到達するようにしてなさ
れる。次に前記Ｅ線により前記フオトマスク３３
上の位置合わせマークを、色収差補正レンズ３
８、ハーフミラ３７及び投影レンズ３１を介し半
導体ウエーハ３２上の位置合わせターゲツト上に
投影する。上に述べた位置合わせマークの投影像
と位置合わせターゲツトとの重複像をハーフミラ
３７により反射し、前記重複像を拡大装置３９で
拡大しイメージセンサ３０により検出する。検出
した重複像より位置合わせ状態情報を得る。位置
合わせ状態情報に基き移動台３４を光軸に対して
直角方向に動かすことにより位置合わせを行う。

位置合わせ終了ののち露光動作を行なう。ここ
で重要なことは、従来技術による露光動作と異な
り、位置合わせ後かつ露光作業の前に、被露光体
に対して原画や投影レンズ光学系を全く動かす必
要がないということである。

次に露光作業について説明すると、露光動作は
まず第５図に示すフイルタ板のアパーチヤ５２を
選択することにより、Ｇ線及びＥ線のみがフオト
マスク３３に達するようにしてなされる。前記フ
イルタ板は、位置合わせ時に選択したアパーチヤ
５１又は５３からアパーチヤ５２に近い方向に回
転する。前記フイルタ板のアパーチヤ５２が選択
されることにより露光に必要な一定時間だけ露光
され、その後、前記フイルタ板を前に回転したの
とは反対方向に回転し、元のＥ線用のアパーチヤ
である５１又は５３を選択する。この場合、元の
アパーチヤ５１又は５３とは異なるアパーチヤを
選択することも可能である。

上で述べたフイルタ板４０のアパーチヤは、Ｅ
線とＧ線及びＥ線との２つのアパーチヤでもよく
アパーチヤの形状は丸型でも角形でもよい。

露光終了後、移動台３４を正確に一定量動かす
ことによりその上の半導体ウエーハを水平方向に
移動させ、次の半導体ウエーハの露光動作を行
う。後の露光動作の前に再度位置合わせを行つて
もよいし、また半導体ウエーハの移動量が正確で
あるならば位置合わせを行わなくてもよい。この
際、露光時における位置合わせが正しいかどうか
の確認を行い、誤つた位置合わせ状態における露
光を防止する。

なお、本実施例によると位置合わせ情報の検出
にイメージセンサを採用したので、検出走査の
際、機械的動作が全く不要となり位置合わせ精度
を向上でき、かつ長時間安定して精度の高い位置
合わせができるという効果がある。

更に、実施例によると第５図に示すフイルタ板
を用いることにより、露光時間が半導体ウエーハ
のどの位置においてもほぼ同じになり均一性の高
い露光ができる。

また実施例によると露光時と位置合わせ時とに
おいても結像するため、露光時に位置合わせのモ
ニタが容易にできる。

以上、半導体製造用露光装置について述べてき
たが、本発明による露光装置は他の分野に応用で
きることは明かである。

以上述べたように、本発明によると、露光と位
置合わせを異なる波長で行い、色収差補正レンズ
を挿入して露光時と位置合わせ時との焦点ずれを
防止したため、焦点ずれに対処すべく半導体ウエ
ーハや投影レンズを光軸方向に動かすような機械
的動作が必要なくなる。このため位置合わせ精度
が高くなり、さらに高集積度の半導体集積回路の
製造が可能となり、かつ機械的動きによる時間的
ロスがなくなるので短時間に多量の製品が処理で
き、長時間安定して稼働ができるという効果があ
る。

更に本発明によれば、高集積回路の線幅におい
ては２ないし３ミクロン程度が常識的水準となつ
た技術的背景に基づき、そのような水準以下の線
幅を得るべく、高精度の位置合わせを高解像度重
複像を用いることにより達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧ線又はＥ線とを用いた場合の色収差
の差による結像状態を示した説明図である。第２
図は従来の露光装置における色収差による焦点ズ
レを補正する１つの方法を示す説明図である。第
３図は従来の露光装置における色収差による焦点
ズレを補正する１つの方法を示す説明図である。
第４図は本発明に係る実施例の露光装置の光線説
明図である。第５図は第４図のフイルタ板を示す
上面図である。 主要部分の符号の説明、４０……フイルタ板、
３０……イメージセンサ、３８……色収差補正レ
ンズ、３１……投影レンズ、３２……半導体ウエ
ーハ、３３……フオトマスク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 露光用光源から導かれた照明光を、少なくと
   も一方向に移動する移動台に載置された被露光体
   上に塗布されているフオトレジストを感光させる
   露光用光と、前記フオトレジストを感光させず、
   かつ被露光体に焼付けるべきパターンを有する原
   画の位置と被露光体の位置との位置合わせを行な
   うための位置合わせ用光との何れかに切換える光
   選択手段と、該光選択手段から出射される光を受
   け、前記原画上に均一に集光するコンデンサレン
   ズと、前記露光用光により原画を透過する原画パ
   ターン光を受けて、被露光体上に結像する投影レ
   ンズとを有するパターン焼付けの露光装置に於
   て、 該露光装置は前記光選択手段により位置合わせ
   用光に切換えられたとき、前記位置合わせ用光に
   より前記原画上の位置合わせマークを前記被露光
   体上の位置合わせターゲツト位置に結像させて、
   前記位置合わせマークと前記位置合わせターゲツ
   トとを重複させる色収差補正レンズを、前記原画
   と投影レンズの間の位置合わせ用光が通る光路の
   固定位置に備え、前記色収差補正レンズにより結
   像されて得られた、位置合わせマークと位置合わ
   せターゲツトとの重複像を検出する検出手段を備
   え、位置合わせ後の原画と投影レンズと被露光体
   との光軸方向の位置関係を変えることなく、前記
   露光用光にて露光を行なうことを特徴とする露光
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の露光装置にお
   いて、前記色収差補正レンズにより結像された像
   を検出する検出手段はイメージセンサであること
   を特徴とする露光装置。