JPS5918950A - 加工片上へのマスクの投影転写装置およびその調整方法 - 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】 本発明は加工片上へのマスクの投影転写装置に関し、評
言すれば、マスクパターンが加工片の感光層に投影レン
ズを介して露出光によって結像され、そしてマスクおよ
び加工片が該加工片の調整マーク上に投影レンズを通る
調整光によってマスクの整列パターンを結像することに
よりかつ調整信号の形成のため投影レンズを通して観察
されたこの結像のエラーを使用することにより相対的に
整列される、例えば集積回路作成のだめの半導体基板の
ごとき、加工片上へのマスクの投影転写装置に関するも
のである。さらに、本発明は加工片上へのマスクの投影
転写装置の調整方法に係わる。

集積回路の製作においては神々の回路パターンを有する
多数のマスクが加工片の同一区域上に正確にｌｌｉｉｌ
次結像されるということが必要である。露出および現像
後熱光層は化学的および物理的工程、例えば連続露出間
で行なわれる蝕刻および拡散工程の間中加工片の一定区
域を被榎するのに役立つ。

集積回路の製造においては高精度が要求される。

回路パターンの連続する像の許容し得る変位は、例えば
、１μｍ以下である。かがる精度を得るためにマスク上
の回路パターンは、通常回数１０に検算する投影レンズ
によって、加工片上に結像される。回路素子を既に備え
ている加工片または該加工片の一部分を露出する前に、
回路パターンの所望の上層を得るために、マスクまたは
加工片を調整することにより加工片上のＭｕマークに対
してマスクの整列パターンを一直線に配列する必要があ
る。

整列方法に関して、加工片上のそれぞれの調帯マーク区
域およびマスク上の整列パターンの区域は投影レンズに
よって互いに結像され、その相対的なずれは目視でまた
は度量衡学的に測定される０ｉ１７．ｉ整機構の位置決
め制御はそのずれから引き出される。

将来の露出工程用の調整マークを維持するために、フォ
トレジストが感応しない波長を有する光によりしばしば
調整が行なわれる。さらに、投影レンズに関連して非結
合点において、長方形の窓の形であっても良いマスクの
整列パターンをそして該整列パターンの像が集中される
加工片上の調整マークを配置するように設けられること
もできる（西ドイツ公開特許第２．８４５．６０３号参
照）。この場合には、調整の間中調整光の通路内に補助
的な光学手段が設けられる。

評価（Ｇａｕｇｉｎｇ）はどのような柚類の；；ｌ！Ｊ
整系統においても問題であり、調整手段がマスク、投影
レンズおよび加工片の相対的位置を最適として判断し、
無用光中の連続して伺加される回路パターンの上層が実
際にできるだけ正確であることが保証されねばならない
。それによ多系統的困難は、投影レンズがもちろん麹出
波長に関連してかつ調整波長に関連してではなく調整さ
れるので、フォトレジストに対して攻撃的でない好都合
に使用される調整光に起因する。補助的光学手段の配置
は、非結合マークを使用するとき、また、調整手段の評
角結果が画像上層の実際の品質を表わすと見做されるこ
とができる度合を減少する。

調整手段の評価（ケージング）は現在では加工片を細々
の位置に支持する移動ステージを連続的に動かしかつ前
記加工片を露光することにより行なわれており、対応調
整信号が注目されている。

露光されたチップは現像されかつそれらの品質に関して
検査される。最良の結果が得られた位置に対応する調整
信号はさ・らに他の結党用の設定値として使用される。

調整手段のこのような複雑な調整方法が装置の最初の使
用に関して容認されることは明白である。該装置を使用
する者がこの方法によってやがて生ずるゼロシフトを補
整することは期待できない。さらに、加工片上の１蟹マ
ークは、容易な方法において可能にすべきである調璧手
段の新だな調整が稼々のマーク配置を有する半導体基板
の型式間のスイッチング時要求されるように常に同一点
にはない。

既に結像されているノくターン上への回路ノくターンの
一致する結像を得るためにはマスクまたはカロ工片をそ
れらの固有の（ｘＬｙ）平面に移動することにより古い
パターンで新しいノくターンを県中することは十分でな
い。さらに、直線上に存していない６個の調整手段によ
って加工片を２方向に移動することに行なわれる、露光
されるべきその全体面が正確に集束される位置に加工片
を持ち来たすことが必要である。したがって、ツクター
ンの一致する結像は未だ保証されないが、結局のところ
すべての結像工程に関して一定の倍率が保証されねばな
らない。すなわち、互いから一定距離に位置決めされた
マスク平面の−２つの点が加工片の平面内の同一減少距
離において常に結像されねばならない。現在使用中の投
影レンズは遠隔中心（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）系であ
るので、倍率は実際には投影レンズからのマスクの距離
に依存するが、この距離は倍率の維持が調整工程の必須
部分を形成するように新たなマスクが挿入されるときま
たは温度の影響によって容易に変化されることができる
。

本発明の目的は、魁かの加工片の露光および製品の品質
の検査を必秒とせずに露光状態下での調整に必要とされ
る少々くとも１つのパラメータの制御を許容することに
ある。不発ヴ」によれば、この目的は、加工片に代えて
投影レンズの下に挿入可能でかつ無出光中で投影レンズ
に関連してマスクの開口と結合される光透過区域を備え
る調整板を設け、該光透過区域の下にフォトメータ手段
が配置されることによって達成される。

倍率の不変のみが制御されるならば、調整板の露光から
得られる情報は投影レンズからの加工片の距離に依存し
ない倍率を調整するのに直接使用されることができるた
め調整板上の光透過区域と加工片上の調整マークとの間
の関係を達成する必要はない。

露出光における焦点合せの実際に得られる正確さに対し
て調整手段の追加のチェックが望まれるならばそれは調
整光において投影レンズを通る調整板の上側のマークを
観察することで十分であり、一方調整板を通って伝達さ
れる露出光は作動状態下で得られる焦点合せの情報を供
給する。光透過区域の上側が上方が目視し得る調整板上
のマークを形成しかつ該調整板上の追加のマークについ
ての必要を除去する。

通常、調整板の上側上の調整マークはそれらの形状およ
び間隔が加工片の上側のマークに一致するように遠択さ
れる。最大露出光が調整板を通過するその位置において
受信される調整信号はその場合に設定位置を指定する。

調整手段の評価には基本的に２つの可能性があシ、調整
板が最適調整を示す調整手段の信号を得るためにその理
想位置から移動されねばならない範囲に確められること
ができる。加工片を調整するとき、最適調整信号を付与
するその位置に刻する位置は前記移動の範囲によって校
正されるべきである。他方において、調整手段によって
受信される信号が露出光において確められた調整板の最
適位置における最大または最小値を有するように調整手
段を調整することができ、加工片は前記値に達するまで
移動される。

本発明による装置は信号が調整板の下のフ第１・メータ
手段においてならびに調整手段において露光および調整
状態下で連続して発生されるような方法で使用されても
良い。しかしながら、その場合にまた他の型の光が妨害
を生じないことが確かめられたならば、測定は同時に行
なわれることができる。

本発明の詳細をさらに添付図面によって以下に説明する
。

第１図は半導体基板を部分的に露光するための装置の必
須の特徴を示す。基板９はＸＹ座標の方向にかつ第２お
よび６図に示した手段によって垂直に順々に動き得る移
動ステージ８に載置する０マスクステージ６は移動ステ
ージ８の上方に配置され、前記マスクステージはマスク
２を受容しかつまたＸおよびＹ座標の方向に連続的に可
動で、そして必要ならば、また回動可能になっている。

１０：１の尺度で加工片９上にマスク２のパターン４を
結像する投影レンズ１０は移動ステージ８とマスクステ
ージ６との間に配置される。露光手段１はマスクステー
ジ６の上方に設けられる。少なくとも加工片の同一区域
の各第２の露光後加工片上に既に設けられた回路素子と
回路パターンに対してこの区域は正確に配列されねばな
らないから、マスク２上に整列パターン５がかつ加工片
９上に調整マーク６が配置される。この調整マーク６は
、例えばレーザによって、第１露光中に加工片上に作ら
れることができる。図示来施例においてマスク２の整列
パターンおよび加工片９の調整マークは投影レンズ１０
に関連して非結合区域に位置決めされる。整列工程の間
中調整マークおよび整列パターンの区域を互いに結像で
きるようにするために２つの逆転ミラー１６と１６およ
び補正レンズ１４からなる補助的な光学手段１１が設け
られる。該補助的な光学手段は調整マークによって反射
される光線の平行変位をもたらす。光源１７は整列工程
中整列パターン５および調整マーク６を照明するのに設
けられ、前記光源の光は加工片９上に配置された感光層
に変化をきたさない。

光源１７によって発生される光は補正レンズ１４゜ミラ
ー１６と１６および投影レンズ１０によって加工片９上
に整列パターンの像を投影する。調整マーク６とともに
前記像はミラー１６および１６によって背部投影によシ
光電手段１８に伝達され、該光電手段はマスクおよび／
または加工片を一直線に配列するだめの位置決めユニッ
ト（図示せず）を制御するのに使用される信号をマーク
の相対的変位から引き出す。ミラー１６は半透過である
ようになされる。簡単化のために照明および光電手段な
らびに補助的な光学手段は一対のマーク５および６に関
してのみ図示される。

整列工程後補助光学手段１１が取シ除かれ、そして加工
片９が露光される。それによυノくターン４はチップ７
の１つに転写される。このノくターンは通常電気回路に
相当する。（しかじな７５玉ら、図面においては、調整
手段を評価するのに要求されるマスクが図示され、該マ
スクは線形状の開口２０を備えている）露光後移動テー
ブル８は次のチップに移動され、所定の調整工程が補助
光学手段１１によって再び実施され、そしてぞの後露光
が再び行なわれる。

第２図および第６図に示すごとく、ウエーノへである加
工片９はキャリッジろ４および６６によってＸおよびＹ
方向に移動し得る真空チャック３２上に配置される。Ｙ
方向の移動はスピンドル６７を介してモータ６５によっ
て行なわれ、Ｘ方向の移動はスピンドル６８を介してモ
ータ３６によって行なわれる。キャリッジ６４はベース
プレートト４０のガイド６９内で動かされる。

６本の支柱４４がベースプレート４０の垂直調整のため
に設けられ、各支柱はクサビ駆動に作用するモータ４６
を有する。各支柱４４の上側には実施されるべきレベル
調整に十分な範囲にまで水平方向に自由に動き得るボー
ル４２がある０６本の支柱４４の均一な運動はばね５１
０作用に抗するベースプレート４０の垂直平行移動の結
果として生ずる。しかしながら、６本の支柱が別々に動
されるとき、ベースプレート４０のかつそれゆえウェー
ハ９の水平面に対する位置は変更される。ウェーハの高
さにおいて配置されかつボール４６と４個のシリンダ４
７．４７’からなる案内手段は、そのような位置の変更
の間中、キャリッジ６６および５４の実際の位置に関係
なく、光軸が通るウエーノ・の領域の偶発的水平移動が
回避されることを保証するのに役立つ。ボール４６は支
柱４４を支持するステージの上向きフランジ５７に対し
て垂直方向にのみ動き得るため、弓形部材４１であって
も良いベースプレートの対向上向き部材上のシリンダ４
７′はまだ垂直にのみ動き得る。

シリンダ４７′の揺動連動はウエーノ・平面に横たわる
軸線のまわシのみに行なわれることができる。

ここ１でに説明された第２図および第５図による装置の
部材はボール４６のまわシのベースプレート４Ｇの水平
揺動を未だ除外してない。装置を完全に位置決めするた
めに、弓形部材４１上のかつ支持ステージ５０の上向き
フランジ５７上の案内面に沿って動き得るボール４５が
設けられ、一方ではね４９がかつ他方でストッパ４８が
ボール４５の抜は外れを阻止する。

その上述した詳細が所望の範囲に変化できる単なる例と
して見做される図示装置の必須の特徴は各３４図および
第５図に詳細に示される調整板２６である。該調整板は
、例えば１０ｗｎの縁長さおよび１覇の範囲内の厚さを
有するガラス板である。

０・５μｍの厚さを有するガラス板上のクロム層があり
、光透過区域１５はマスク２の開口２０が投影レンズ１
０を通して結像される前記クロムｊ−に蝕刻される０通
常のフォトダイオードの形のフォトメータ手段２１は露
光手段１からマスク２の開口２０を通り投影レンズ１０
を介して光透過区域１５を通って移動する光の強度に対
応する信号を発生する。光透過区域１５の幅は１．５μ
ｍ１例えばそれらの長さは２　ｗｎであっても良い。関
連するマスク２の開口２０の寸法は、投影比が１０：１
であるとき、当然１０倍以上大きい。調整板２６の上側
における調整マーク６は、本装置のこの部分が当該技術
において公知であるので、単に略示しである。フィルタ
層２２が露出光を単に伝達する。前記層は設定位置に対
応する本発明による調整手段のかつ案内手段の信号が同
時に受信される場合に必要となるだけである。

評価および調整工程に関して、調整板２３は「実際の」
露光範囲に代って投影レンズ１０の下に配置される。そ
こで本装置は以下の作動を笑施する。

露出および調整光は同時に切シ換えられ、マスク２は開
口２０の像が光透過区域１５を越えて動かされるように
、例えばＸ方向に順々に動かされ、Ｘ方向の各歩進の８
１Ｊに調整板２３と移動ステージ８は歩進（Ｚ工、ｚ２
．Ｚ３　　歩進同時に）によって上昇され、フォトダイ
オードによって測定された強度は各ＸおよびＹ歩進によ
って測定される強度の値が各ＸおよびＺ歩進のため装置
のメモリに記憶される。

フォトメータ手段（フォトダイオード２１）に関して、
第６図に示すごとく、一群の曲線が得られる。装置が使
用中であるとき、ウエーノ・の変化に応答し得る露出光
によって発生される実際の像は強度がこの方向に移動中
相対的な最大に達するならばＸ方向に正しい点にある。

最適焦点合せ（Ｚ。）は前記最大が隣接する曲線の１つ
に比して最高値に達する場合に得られる。

このようにして実像の最適位置がすべての寸法（ｘ　、
　ｙ　、　ｚ　、　ｚ□、ｚ２．ｚ３）において決定さ
れたとき、調整板２３はこの位置に動かされることがで
きる。関連の調整信号はその場合に工程についての設定
値である。それから受信される信号が、調整板２３がそ
の決定された最適位置にあるとき、末端の値を有するよ
うな方法において調整手段を調整するという利点がある
かも知れない０第７図に示されるごとく、マスクは、加
工片上にかつ調整板上に異なるマスクの像の十分に精密
な上層が欠乏しているとしても、加工片に関してかつ調
整板２３に関して中心が合されかつまた焦点が合せられ
ることができる。その理由は倍率がマスクと投影レンズ
との間の距離の変化によって変わシかつマスク２から加
工片上に投影される２点間の距離が小さすぎるかまたは
第７図に示されるように、大きすぎるように生ずるかも
知れないということである。このような倍率の誤差は、
整列パターン５の像５′およびすべての光透過区域１５
が互いに直角の２方向における倍率が規定値を有する場
合にのみ互いに同時に重なシ合うため本発明による調整
板２５によって検出されることができる。

投影レンズが互いに直角である２方向において異なる範
囲にまで拡大する、すなわち漸進変化による結像誤差を
鳴する場合を見い出すためには、実際には３個の光透過
区域１５で十分である。しかしながら、光透過区域の四
辺形配置はレンズの漸進変化による誤差とマスクの傾斜
、すなわち台形としてマスク上に長方形を結像すること
によって発生される台形誤差との間の区別を容易にする
０本発明による装置は露光状態下での調整に俄求される
パラメータの値をきつばシ決定するのに使用されること
ができない。加工片上に互いに投影された正確な上ノー
の欠乏は調整された値がその後変化するという事実によ
ってしばしば発生され、かかる変化は露出時間中に発生
するととくに不都合がある。フォトレジストで被板した
加工片が本発明による調整板によって置き換えられる場
合に、露出工程のシミュレーンは制御されたパラメータ
が露出工程中に変化する範囲の決定を許容する。

この種の変化はその初期値に関連するプリセット後制御
されたパラメータの変化を連続して測定することによっ
て決定されることができる。プリセット時間抜決定され
る初期値からのパラメータの平均値のずれはその場合に
、例えば温度によって発生される変化が生起するような
系統的変化についての測定である。移動が偶発的な作用
まだは振動によってどの程度まで発生されたかはその変
化の平均値に対する制御されたパラメータの標準偏差か
ら理解されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体基板上へのマスク転写装置を示す概略斜
面図、 第２図および第６図は半導体基板および調整板用移動手
段を示す部分断面図および平面図、第４図および第５図
は本発明にょる調整板を示す平面図および側面図、 第６図は調整板によって得られる信号を示すグラフ、 第７図は制御用調整板を示す拡大平面図である。 図中、符号１は露光手段、２はマスク、４はパターン、
５は整列パターン、６は調整マーク、９は加工片（基板
）、１ｏは投影レンズ、１５は光透過区域、２０は空所
、２１はフォトメータ手段、２２はフィルタ、２６は調
整板である。 Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、４ ０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）加工片上に、とくに集積回路作成のため半導体基
   板上にマスクを投影転写する装置であって、マスクパタ
   ーンを前記加工片の感光層に投影レンズを介して露出光
   によシ結像し、そしてマスクおよび加工片を、前記加工
   片の調整マーク上に前記投影レンズを通る調整光によっ
   て前記マスクの整列パターンを結像することによりかつ
   調整信号の形成のため前記投影レンズを通して観察され
   たこの結像のエラーを使用することにより、相対的に整
   列するものにおいて、前記加工片に代えて前記投影レン
   ズの下に挿入し得る調整板が設けられ、該調整板には露
   光において前記投影レンズに関連して前記マスクの空所
   と結合される光透過区域を有し、該光透過区域の下にフ
   ォトメータ手段が配置μされることを特徴とする加工片
   上へのマスクの投影転写装置。 （２）前記調整マークは前記調整板の上側に設けられる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の加工片
   上へのマスクの投影転写装置。 （３）前記調整板の上側の前記調整マークは露出される
   べき前記加工片上の調整マークに対応することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の加工片上へのマスク
   の投影転写装置。 （４）前記フォトメータ手段の前方にはフィルタが配置
   され、該フィルタは、調整波長が露出波長からずれてい
   る場合には、調整光に対して非透過となっていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項に記載の
   加工片上へのマスクの投影転写装置。 （５ン前記調整板はガラスから作られがっ光透過区域が
   蝕刻されるクロムからなる被覆層を備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   に記載の加工片上へのマスクの投影転写装置。 （６）前記調整板は前記加工片用移動ステージ上に堅固
   に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第５項のいずれかに記載の加工片上へのマスクの投
   影転写装置−８ （７）加工片上へのマスクの投影転写装置を調整する方
   法であって、マスクと調整板の相対的位置が少なくとも
   １つの座標に関連して連続的にまたは順々に変化され、
   同一位置と連係する信号が記録され、該信号が一方で前
   記調整板によって透過された露出光の強度にかつ他方で
   調整光において前記調整板の調整マーク上に前記マスク
   の整列パターンの結像の投影レンズを通して観軽された
   エラーに対応し、かくして得られた調整光信号と露出光
   信号との関係が前記加工片の位置の設定値の調整に使用
   されることを特徴とする加工片上へのマスクの投影転写
   装置の調整方法。