JPH06310400A - 軸上マスクとウェーハ直線配列システム - Google Patents

軸上マスクとウェーハ直線配列システム

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JPH06310400A
JPH06310400A JP5135815A JP13581593A JPH06310400A JP H06310400 A JPH06310400 A JP H06310400A JP 5135815 A JP5135815 A JP 5135815A JP 13581593 A JP13581593 A JP 13581593A JP H06310400 A JPH06310400 A JP H06310400A
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JP5135815A
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ガルバート ダニエル
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 先行技術による多チャネル軸外れレンズ通過
直線配列システムおよび単一チャネルレンズ不通過直線
配列システムよりも利点の多いシステムを提供する。 【構成】 段階的走査写真平板印刷技術を用いる半導体
製造に使用するためのレンズを通る軸上光学直線配列シ
ステム。光学直線配列システムにおいては、ウェーハ及
びマスク上の直線配列標的を検出するために、投影光学
装置の光軸と部分的に共通な経路が用いられる。１回の
単一同時走査に際して、マスク及びウェーハの相対位置
が検出され、その結果として、マスクとウェーハが直線
配列される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】本発明は、概して、半導体製造に関し、
更に詳細には、１つの過程においてマスクとウェーハを
直線配列するために用いられる光学直線配列システム、
及び、半導体製造に用いられる走査タイプの平板印刷装
置に関する。
【０００２】
【発明の背景】その上に形成された電子回路を持つ半導
体回路またはチップの製造は、主として、平板印刷技術
によって達成される。この製造プロセスに際して、その
上に回路パターンを有するマスクの像を感光性絶縁被覆
を施したウェーハ上に投影することにより、回路パター
ンの連続した層が半導体ウェーハ上に形成される。半導
体ウェーハ上に形成された回路要素独特のサイズは、一
般に、０．５０ミクロン程度である。独特のサイズがこ
のように非常に小さいことは、半導体チップを形成する
ために用いられる所要の多重層と関連して、ウェーハと
マスクを配列するために非常に正確な直線配列システム
の使用を必要とする。この種の直線配列システムは、１
９８７年９月２９日付でＦｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｙ．Ｗｕ
に許可され、ここに参考資料として収録済みの米国特許
４，６９７，０８７「走査式平板印刷アライナー（芯出
し装置）用反転暗視野直線配列システム」に開示されて
いる。前記特許に開示されている直線配列システムにお
いては、その上にウェーハ標的を持つウェーハとその上
にマスク標的を持つマスクが相互に直線配列される。直
線配列システムは、半導体ウェーハ上に結像されるマス
クパターンの上及び下に位置するスクライブアレイ内の
直線配列標的を検出するために使われる２つの光学チャ
ネル又はアームを有する。２つの光学チャネル又はアー
ムに使用される光の経路の一部は投影光学装置を通過す
る。この経路は、投影光学装置の光軸上に位置せず、軸
から離れた位置に所在する。光学直線配列チャネル又は
アームは、種々の投影視野高さに適応可能にするために
追加的に移動可能である。このシステムは、軸はずれレ
ンズ通過直線配列システムと称する。軸はずれ直線配列
システムは種々の利点を持つが、複雑であって、投影光
学装置における軸はずれ横方向色収差に基づく補正を必
要とする。軸はずれ色収差のためのこの調整作用は、定
期的に較正し直さなければならず、光学直線配列チャネ
ル又はアームの位置が変われば各位置に対して調整しな
ければならない。
【０００３】周知の別の直線配列システムにおいては、
静止光学直線配列チャネルが、投影光学装置に隣接して
配置され、ウェーハ標的及びマスク標的に関して順次走
査するために用いられる。この直線配列システムにおい
ては直線配列照明の経路が投影光学装置を通過しないの
で、このシステムは、レンズを通さない直線配列システ
ムと称する。従って、このレンズを通さない直線配列シ
ステムの場合には、レンズを通す軸はずれ直線配列シス
テムの場合のような横方向色収差の問題は起きない。た
だし、レンズを通さない直線配列システムにおいては、
単一直線配列走査に際して、ウェーハとマスク両方の合
わせマーク（直線配列マーク）を同時に検出することが
できない。ウェーハステージ及びマスクステージは、直
線配列データを収集するために、順次移動させなければ
ならない。従って、生産時の処理能力は厳しく影響され
る。
【０００４】前記その他の先行技術による直線配列シス
テムはそれぞれの目的には適切であるが、半導体チップ
の製造に際してウェーハとマスクを直線配列するため
の、より簡潔で一層信頼度が高くより効率の良いな光学
直線配列システムの必要性は高まる一方である。
【０００５】
【発明の要約】本発明は、その光学経路の一部が投影光
学装置の光軸上に位置するような単一チャネル直線配列
システムを提供する。その上にウェーハ標的を持つ半導
体ウェーハを保持することが可能であるウェーハステー
ジ及びその上にマスク標的を持つマスクを保持すること
が可能であるマスクステージは、平行な平面内において
移動される。マスクの像をウェーハ上に投影するため
に、１つの光軸を持つ投影光学装置が、ウェーハステー
ジとマスクステージとの間に配置される。ウェーハ標的
を照明して検出するために直線配列光学装置及び照明源
を持つ直線配列チャネルが使用される。直線配列チャネ
ルからの照明は、マスク標的を検出するためにも使用し
て差し支えない。単一チャネル直線配列システムの光学
経路は、投影光学装置の光軸と部分的に合致する。従っ
て、レンズ直線配列システムを通る軸上に位置する単一
チャネルが得られる。マスク及びウェーハは、直線配列
システムによって同時に走査可能であり、走査および露
出に際して、マスクとウェーハの直線配列状態を維持す
ることが可能である。走査および露出に際して、マスク
とウェーハとの直線配列を維持するために、ウェーハス
テージとマスクステージとの間の相対運動を制御するた
めに制御手段が用いられる。
【０００６】従って、本発明にかかる直線配列システム
の目的は、半導体平板印刷術のための更に簡潔で更に正
確な直線配列システムを提供することにある。本発明に
かかる直線配列システムの利点は、軸から外れた横方向
の色収差に関して修正する必要のないことである。本発
明にかかる直線配列システムの更に別の利点は、移動可
動な２つの直線配列チャネルを使用するという複雑性が
回避可能であることである。
【０００７】本発明にかかる直線配列システムの特徴
は、直線配列照明経路の一部が投影光学装置の光軸上に
位置することである。本発明にかかる直線配列システム
の更に別の特徴は、ウェーハとマスクとの両方を単一１
回同時走査する際にウェーハ及びマスク直線配列（合わ
せ）標的の検出および走査を同時に実施可能であるとい
うことである。
【０００８】前記その他の目的、利点、及び、特徴は、
以下の更に詳述な説明によって容易に明白になるはずで
ある。
【０００９】
【実施例】図１は、米国特許４，６９７，０８７に開示
された配列システムの簡素化された概略図である。ウェ
ーハ１０は、ウェーハステージ１２によりＸ−Ｙ両方向
に可動である。ウェーハステージｌ２は、隣接して取り
付けられた自動較正検出器１４を有する。マスク２０
は、マスクステージ２２に取り付けられる。マスクステ
ージ２２は、一般に、ウェーハステージ１２の移動面に
平行な平面内の１つの単一軸に沿って移動する。この移
動方向は、一般に、Ｙ方向である。投影光学装置１６
は、ウェーハ１０とマスク２０との間に配置される。投
影光学装置１６は、ウェーハ１０の部分上にマスク２０
の映像を作る。マスク２０の映像をウェーハ１０上に作
るための照明システムについては図示せず、本発明の一
部を形成しない。更に、マスク２０とウェーハ１０との
間にはビームスプリッタ１８が配置される。ビームスプ
リッタ１８と関連して、２つの直線配列（アラインメン
ト）チャネルが配置される。一方のチャネルは、第１チ
ャネル直線配列光学装置２６、第１チャネル照明源２
８、及び、ウェーハ標的検出器２９により形成される。
第２の直線配列チャネルは、第２チャネル直線配列光学
装置３０、第２チャネル直線配列照明源３２、及び、ウ
ェーハ標的検出器３３により形成される。第１の直線配
列チャネルは光軸３４を備え、第２の直線配列チャネル
は光軸３６をそなえる。両方の直線配列チャネルの光軸
と投影光学装置の軸とは合致しない。投影光学装置の光
軸を線３８で示す。直線配列チャネル照明経路は、直線
配列可視波長において修正された投影光学装置を通過す
る特殊経路を通る。マスク標的検出器２４と組合わされ
た各直線配列チャネルにより、同時走査されるウェーハ
及びマスク両方の直線配列標的の位置を検出することが
可能である。１回の単一直線配列走査が行われる際に、
視野の最上部と底部の両方に位置するスクライブアレイ
に配置された一連のウェーハ標的とマスク標的との間の
相対的な位置が測定される。直線配列照明の複数の波長
は、個別の光検出器上に集光された各色別に光学的に分
離されなければならない。直線配列データが収集された
後で、軸から横方向に外れた色収差に起因する直線配列
シフトが訂正される。直線配列照明の可視光線経路は、
視野の高さ全体に亙って訂正されなければならない。異
なる視野高さを調整するために２つの光学直線配列チャ
ネルは可動であるので、自動較正検出器１４は、ウェー
ハステージに取付けられなければならず、種々異なるチ
ャネル位置及び種々異なる直線配列ウェーハの長さに対
して、可視光線直線配列チャネル経路と化学線露出投影
光学経路との間のオフセット（ずれ）を周期的に測定す
るために用いられる。マスク標的検出器２４は、マスク
２０上の標的を検出するために用いられ、ウェーハ標的
検出器２９及び３３と組み合わせて用いることができ
る。レンズを通す軸ずれ直線配列システムの動作は制御
手段３９によって制御される。
【００１０】図２は、先行技術による他の直線配列シス
テムを示す。この光学直線配列システムは、レンズを通
さない単一チャネル光学直線配列システムであるという
点以外は、図１に示すシステムに非常に類似する。図２
に示すレンズを通さない単一チャネル光学直線配列シス
テムは、直線配列照明源４０、ウェーハ標的検出器４
ｌ、及び、直線配列光学装置４２で構成される。単一チ
ャネル直線配列システムは直線配列光軸４４を備える。
単一チャネル光学直線配列システムは、投影光学装置１
６に近接して設置される。ウェーハが直線配列システム
の視野内の所定位置に移動され、ウェーハステージ１２
の運動によって走査されると、ウェーハ１０上のウェー
ハ標的の位置が測定される。マスク直線配列標的の位置
は、ポジションは、ウェーハステージ１２によって所定
位置に移動された自動較正検出器、または、化学線光検
出器１４によって測定される。従って、単一直線配列走
査に際して、ウェーハ標的及びマスク標的の両方を検出
することは不可能であり、ウェーハ標的検出器４１と投
影光学装置１６による像との相対的な位置は、順次実施
される測定と測定との間において、画像は、安定した状
態に維持されなければならない。この単一軸ずれ視点を
設定するには、ウェーハステージ１２がその広い移動範
囲に亙って高精度を維持すること、及び、光学倍率およ
びシステムの歪曲が別々に測定されることが必要であ
る。このレンズを通さない単一チャネル光学直線配列シ
ステムの動作は制御手段４３によって制御される。
【００１１】図３は、本発明にかかる光学直線配列シス
テムを示す。図３において、ウェーハ１０は、ウェーハ
ステージ１２によって保持される。ウェーハステージｌ
２は、単一平面内において、２つの軸Ｘ及びＹに沿って
移動可能である。ウェーハステージ１２も同様に、回転
運動またはシータ（ ）が可能である。ウェーハステー
ジ１２は自動較正検出器１４を備える。自動較正検出器
１４は主として２つの機能を行う。第１の機能はマスク
標的の像を検出することであり、第２の機能は、直線配
列システムに対して、位置決定のための標的を提供する
ことである。マスク２０は、マスクステージ２２によっ
て保持される。マスクステージ２２は、ウェーハステー
ジ１２の運動によって形成される平面に平行な平面内に
おいて、単一軸に沿って移動可能である。ウェーハ１０
とマスク２０との間には、投影光学１６及びビームスプ
リッタ１８が配置される。投影光学装置１６は光軸３８
を備える。ビームスプリッタ１８は、光軸３８の経路内
に配置される。ビームスプリッタ１８と関連して１つの
単一光学直線配列チャネルが配置される。光学直線配列
チャネルは、照明源４５、ウェーハ標的検出器４６、及
び、直線配列光学装置４８を含む。ウェーハ標的検出器
４６は、直線配列システム内の他の場所に配置しても差
し支えない。直線配列光学４８は光軸５０を備える。光
軸５０の一部は、投影光学装置１６の光軸３８の一部と
合致する。マスク２０の背後には、マスク標的検出器２
４が配置される。ウェーハステージ１２及びマスクステ
ージ２２の運動は、制御手段５２によって制御される。
制御手段５２は、自動較正検出器１４、マスク標的検出
器２４、及び、ウェーハ検出器４６からの信号を受信す
る。制御手段５２は、ウェーハ１０とマスク２０を直線
配列するために、自動較正検出器１４、標的検出器２
４、ウェーハステージ１２、マスクステージ２２、及
び、ウェーハ標的検出器４６から受信する信号に基づ
き、ウェーハステージ１２とマスクステージ２２の相対
運動を制御する。
【００１２】単一チャネル直線配列システムの具体的な
構造は、米国特許４，６９７，０８７におけるチャネル
又は走査腕の１つにおいて開示されている構造に類似す
る構造であっても差し支えない。即ち、反転暗視野タイ
プ又は他の既知のタイプの光学直線配列システムであっ
ても差し支えない。作動時には、照明源４５及びウェー
ハ標的検出器４６は、走査に際してウェーハ上に位置決
めされる標的を検出するために使われる。直線配列照明
は、ウェーハ上に投射され、投射光学装置１６によって
ウェーハ標的検出器４６又はマスク標的検出器２４に反
射または後方散乱される。直線配列照明は、可視光線範
囲であっても差し支えない。直線配列照明の光軸は、投
影光学装置１６の光軸３８と部分的に合致する。マスク
標的検出器２４は、投影光学装置の軸上で作動し、ウェ
ーハ標的の位置またはウェーハ標的及びマスク標的両方
の位置のいずれかを検出するために用いられる。ただ
し、軸上標的検出器を使用するためには、マスクの標的
は、マスク視野の中心に所在しなければならない。マス
ク標的は、回路パターンの間の視野の中心における垂直
カーフ（切り溝）内に配置しても差し支えない。従っ
て、可視光線修正された経路の小さな視野だけが必要と
される。その代りに、ウェーハ及びマスクが同時に走査
される際に、マスク標的と選定されたウェーハ標的との
間の相対位置は、標的検出器２４によって測定可能であ
る。マスク標的検出器２４の単一視点を設定するには、
光学倍率およびシステムスの歪曲が自動較正検出器１４
によって測定されることが必要である。ただし、ウェー
ハステージ１２の運動に高精度が要求されるという必要
条件は最小限に緩和される。図示されていない露出照明
を用いて、マスク標的の像全体に亙って自動較正検出器
１４走査することにより、マスク目標を測定し、それに
より、順次走査に際して、マスク標的と選定されたウェ
ーハ標的との間の相対位置を検出しても差し支えない。
【００１３】以上により、本発明にかかる単一チャネル
軸上レンズ通過光学直線配列システムが、先行技術によ
る直線配列システムよりも多くの利点を持つことを容易
に理解できる。例えば、順次に実施される走査と走査と
の間にステージを位置決めし直すために必要なステージ
運動を排除することにより、処理能力は、レンズを通さ
ないシステムよりも改良される。更に、ウェーハを露出
するために使用される化学線光照明または露出照明と部
分的に共通経路を持つこと、及び、ウェーハに対するマ
スクの相対直線配列を同時に測定することによる安定性
に関する多くの利点が、２チャネル軸はずれ軸直線配列
システムのような複雑さを増すことなしに、維持され
る。
【００１４】数種の実施例について説明してきたが、本
発明の精神および適用範囲から逸脱すること学なしに、
様々な改変が可能であることは明瞭である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術にかかる２チャネル軸はずれ光学直
線配列システムの概略説明図である。
【図２】 先行技術によるレンズを通さない光学直線配
列システムの概略説明図である。
【図３】 本発明にかかる光学直線配列システムの概略
説明図である。
【符号の説明】
１０ ウェーハ １２ ウェーハステージ １４ 自動較正検出器 １６ 投影光学装置 １８ ビームスプリッタ ２０ マスク ２２ マスクステージ ２４ マスク標的検出器 ４５ 照明源 ４６ ウェーハ標的検出器 ４８ 直線配列光学装置 ５２ 制御手段

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平板印刷技術においてマスクとウェーハ
    を直線配列する際に使用するための直線配列システムに
    おいて、 第１の平面内において移動可能なウェーハステージと、 前記の第１平面に実質的に平行な第２の平面内において
    移動可能なマスクステージと、 前記のウェーハステー
    ジと前記のマスクステージとの間に配置され、光軸を有
    する投影光学装置と、 前記の投影光学装置の光軸経路内に配置されたビームス
    プリッタと、 その一部が前記光軸上に位置するような経路を有する直
    線配列照明の直線配列照明源と、 直線配列照明の一部
    をウェーハ上に投影することが可能な直線配列光学装置
    と、 ウェーハから反射された照明を検出するために前記直線
    配列照明源と関連した第１検出器手段と、 マスクの一部を検出するための第２検出器手段と、 前記のウェーハステージと前記のマスクステージとの間
    の相対運動を制御することによりマスクとウェーハを直
    線配列するために、前記ウェーハステージ、前記マスク
    ステージ、前記第１検出器手段および前記第２検出器手
    段と結合された制御手段と、 を有することを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 前記の第２検出器手段が前記の投影光学
    装置の光軸上に位置することを特徴とする請求項１記載
    の直線配列システム。
  3. 【請求項３】 前記の第２検出器手段が前記のウェーハ
    ステージに取り付けられていることを特徴とする請求項
    １記載の直線配列システム。
  4. 【請求項４】 前記の直線配列照明源が可視範囲内の光
    を発生することを特徴とする請求項１記載の直線配列シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 前記の直線配列光学装置が反転暗視野像
    を作ることを特徴とする請求項１記載の直線配列システ
    ム。
  6. 【請求項６】 平板印刷技術においてマスクとウェーハ
    を直線配列する際に使用するための直線配列システムに
    おいて、 第１の平面内において移動可能なウェーハステージと、 その上にウェーハ標的を有し、前記ウェーハステージ上
    に配置されるウェーハと、 前記第１の平面に実質的に
    平行な第２の平面内において移動可能なマスクステージ
    と、 前記のマスクステージ上に配置され、その上にマ
    スク標的を有するマスクと、 前記のウェーハステージと前記のマスクステージとの間
    に配置され、光軸を有する投影光学装置と、 前記の投影光学装置の光軸の経路内に配置されたビーム
    スプリッタと、 その一部が前記光軸上に位置するような経路を有する直
    線配列照明の直線配列照明源と、 直線配列照明をマス
    ク及びウェーハ標的上に投影することが可能である直線
    配列光学装置と、 ウェーハ標的を検出して位置決めするためのウェーハ標
    的検出器手段と、 マスク標的を検出して位置決めするためのマスク標的検
    出器手段と、 前記のウェーハと前記のマスクとの間の相対運動を制御
    することによりマスクとウェーハを直線配列するため
    に、前記ウェーハステージ、前記マスクステージ、前記
    第１検出器手段および前記第２検出器手段と結合された
    制御手段と、 を有することを特徴とするシステム。
  7. 【請求項７】 前記のマスク標的検出器手段が前記の投
    影光学装置の光軸上に位置することを特徴とする請求項
    ６記載の直線配列システム。
  8. 【請求項８】 前記のマスク標的検出器手段が前記のウ
    ェーハステージに取り付けられていることを特徴とする
    請求項６記載の直線配列システム。
  9. 【請求項９】 前記の直線配列照明源が可視範囲内の光
    を発生することを特徴とする請求項６記載の直線配列シ
    ステム。
  10. 【請求項１０】 前記の直線配列光学装置が反転暗視野
    像を作ることを特徴とする請求項６記載の直線配列シス
    テム。
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