JPS602772B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に既に形成されている第１の図形と新た
にその上に形成すべき第２の図形との位置関係を整合し
、第２の図形の光学像を第１の図形の上に所定の位置関
係をもって露光する装置、更に具体的に云えば集積回路
製造工程においてウェハ上に回路パターンを競付ける投
影型露光袋直に関するものである。

従来半導体集積回路等に用いられるパターン露光方法に
は大別して、密着露光法と投影露光法の一つの方法が用
いられている。

前者は古くから用いられている方法であり露光装置の構
成が簡単、ウェハ全面を一括露光でき生産的であるなど
の利点がある反面、ウェハ全面にマスクを完全に密着す
ることが困難であり、そのため間隙ができると光の回折
現象により微細な回路パターンが転写できない、また密
着の際にウェハ表面を損傷しやすい、などの欠点がある
。これに対し後者ではウェハに非接触で露光できるため
ウェハさらにはマスクをも損傷することがないという利
点を有している。しかしながら投影露光法によって微細
パターンを競付けるためには、その投影レンズの製作上
の困簸さから通常縮小率を大きくしなければならす、必
然的に蕗光面積が小さくなってしまう。例えば１れｍ幅
のパターンを解像できる高解像力レンズでは倍率１／１
０で露光範囲１４側？程度が限界である。そのためそれ
より大きなウェハに競付けるためにはウェハを順時ステ
ップ送りし、何回かに分割して露光しなければならない
。従来の投影蕗光装置ではこのウェハの１ステップ送り
ごとに、ウェハ上の位置決めマークとマスク上の位置決
めマークを投影レンズを介して光学的に観察し、通常マ
スクを微動させて両マークの位置合わせをして露光を行
なっていた。そのため一枚のウェハを露光するために数
回ないし数十回の位置合わせ操作を必要とし、生産的な
装置でなかった。また、両マークの位置合わせ時にはウ
ェハ上に塗布されているホトレジストに感光しないよう
に露光時の光の波長と異なる波長の光を用いなければな
らず、それに伴なう波長補正レンズ、フィル夕などの切
換え機構など装置自体も複雑なものであった。この従来
の投影露光装置における欠点を改良した装置、すなわち
各ウェハにつき１回の操作のみで位置合わせを完了する
投影蟻光装置として、ＩＢＭＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓ
ｃｌｏｓｍｅＢｕｌｌｅｔｉｎ ｌ港７号 Ｐ１８１６
に提案されている方式がある。すなわち「投影露光光学
系外部にゥェハ位置決め専用の顕微鏡観察装置を設け、
ウェハをこの顕微鏡装置の光学軸に対して位置決めした
後ある決められた距離だけこのゥェハを移動して露光光
学系内に導びき間接的にマスクとウェハの位置合わせを
行なう。その後はゥヱハをある決められた絶対的な量づ
つＸＹに精密にステップ送り、露光を行なって一枚のウ
ヱハ全面の露光を完了する。この方式によればゥェハの
位置決めは露光前１度のみで済み、非常に生産的である
がその反面、前記顕微鏡装置と露光光学系の空間的絶対
位置関係を長期間一定に保つことが困難であり、マスク
とウヱハの相対位置合わせ精度不良が生じやすい。本発
明は上述したこれら従来の投影露光装置の欠点を解消す
るためになされたものであり、１枚のゥェハ露光に際し
て１度のゥェハ位置決めで済み、さらに長期間安定して
高精度のマスクとウヱハの相対的位置合わせが行なえる
投影露光装置を提供するものである。

本発明の前提となる従来技術、及び本発明の作動原理を
第１図によって説明する。

第１図は１軸のみについて示してあるが、ＸＹ２軸につ
いても同様である。ここにおいて目的は、マスクー上の
回路パターン２の縦４・レンズ３による光学像をゥェハ
４上のパターン５上に正確に重ねて結像させることにあ
る。従来の装置では、縮小レンズ３に対して堅固に固着
されている対物レンズ６、反射鏡７、鞍眼レンズ８およ
び図中には示されていない落射照明系からなる顕微鏡光
学系によりウェハ４上のパターン５を観察し、顕微鏡光
学系の中心光軸〆，と縮小レンズ３の結像面Ｐの交点Ａ
に前記パターン５が一致するようウェハ４をアラィニン
グする。一方、マスクー上の回路パターン２が縮小レン
ズ３の中心光軸そ２上にあれば、該中心光軸夕２と前記
平面Ｐの交点０にウェハ４上のパターン５が一致するよ
うに該ゥェハ４を移動する、すなわちある一定の距離Ａ
Ｏ：Ｌだけゥェハ４を移動することにより回路パターン
２の縮小レンズ３による光学像をゥェハ４上のパターン
５に一致させることができる。この場合、マスク１上の
回路パタ−ン２を前記光軸そ２上に配置せしめるには、
マスク１上にあらかじめマスク位置決め用マーク９を設
けておき、前記顕微鏡光学系および縮小レンズ３とから
決定される静止座標系上の固有位置１川こ対して前記マ
ーク９を一致させることにより行ない得る。しかしなが
ら実際の装置においては縮小レンズ３とマスクーの間の
距離は３００〜６０仇肋程度と大きく離れており、これ
らを結合する部材を剛性高く製作しても温度変化や外部
振動などにより前記静止座標系に対する固有位置１０は
数日間程度で５〜１０山ｍ程度も変位し、長期間にわた
って０．１〜０．２山ｍ精度のマスク合わせをすること
は困難である。しかしながらこの変位の生じかたは急激
なものではなく徐々に生ずることから、前記静止座標系
に対する前記固有位置１０の関係を随時知り、これを補
正することにより正しいマスク合わせを行なうことがで
きる。そこで、本発明では新たにマスク１上に検出マー
ク１１が設けられており、反射鏡１２および接眼レンズ
１３により上記検出マーク１１を拡大して観察すること
ができる。さらに、ウェハ４をＡ位置よりＢ位置に移動
するとウェハ４上のパターン５からの反射光は縮小レン
ズ３により逆に拡大され前記検出マーク１１上に結像し
、前記反射鏡１２と薮眼レンズ１３からなる拡大観察系
により、たとえば第２図のように十型をしたウェハ４上
のパターン５の像１４とそれを囲む形をした検出マーク
１１の像１５が同一視野内に観察できる。以後の説明で
は、ウェハパターン５のような十型パターンの中心と検
出マーク１１のようなそれをとり囲む形状のパターンの
中心が一致した時に両パターンが一致したと定義する。
いま、第１図中Ｂ位置においてウェハパターン像１４と
検出マーク像１５が一致したとすれば、マスク１上の回
路パターン２と検出マーク１１間の距離は既知であるこ
とから該距離に縮小レンズ３の縮小率を乗算することに
よりＯＢ＝Ｌ２を知ることが出来る。そこでＡＢすなわ
ち、前記顕微鏡光学系によりウェハパターン５の中心を
割り出した後から該ウェ／Ｖゞターンの拡大像１４が検
出マーク像１５と一致するまでウェハ５を移動した距離
を測ることにより、ＡＯ＝Ｌを知ることが可能となり、
これによって、前記固有位置１０の変位にかかわらずウ
ェハパターン５とマスクー上の回路パターン２のマスク
合わせを行なうことができる。第３図は本発明の詳細な
実施例を示した伸轍図である。

前処理工程で位置決めパターン５が形成されているゥェ
ハ４は、駆動機構１６，１７によりＸＹに移動する移動
台１８上に真空吸着されている。この移動台１８の移動
量は反射鏡１９，２０としーザ干渉測定器２１からなる
頚。長系により０．１ムｍ精度で側長される。一方マス
ク１はパルスモータ２２，２３により、ＸＹに士５０一
ｍ程度移動可能な微動台２４上に真空吸着され、静止座
標系に対して固着されている２つの振動スリット型光露
顕微鏡２５，２６の中心光軸に２つのマスク位置決め用
マーク２７，２８の中心が一致するよう前記微動台２４
を移動させ、マスク１を前記静止座標系の一定位置に配
置する。

マスクーのパターンをウェハ４に１／１０に縮小投影す
る縮小レンズ３の周囲にはそれぞれ対物レンズ２９，３
０、反射鏡３１，３２、後眼レンズ３３，３４および視
野十字マーク３５，３６からなる２本のゥェハ位置決め
用顕微鏡観察光学系が設けられておりウェハ４上の２つ
のゥェハ位置決めマーク３７，３８の中心位置を割り出
す。この顕微鏡観察光学系の２つの視野十字マーク３５
，３６に対し前記２つのウヱハ位置決めマーク３７，３
８が一致するよう移動台１８を移動し、一致した時にレ
ーザ側長期２１をリセットしてＸＹ座標の原点とする。
その後は前工程で処理されているウェハ上の回路パター
ン｛図には示していない）にマスク１上の新回路パター
ン３９を重ねるべくあらかじめ決定されている座標に、
レーザ干渉側長期２１を基準として移動台１８を位置決
めする。位置決めが完了されるとシャツ夕４０が開き、
水銀ランプ４１の光はコンデンサレンズ４２により平行
光とされてマスク１を照射し、縮小レンズ３を介してウ
ェハ４上のホトレジストを露光する。その後は次々と新
らたな座標に移動台１８が位置決めされ、その度々に露
光が繰り返えされる。この移動台１８の目標座標に対す
位置決めに関しては、既に本発明者らによって提案され
ている露光原理によりそれほど高い精度は要求されない
。すなわち移動台１８の目標座標に対する位置決め誤差
がある場合には、制御回路５４の指令に従ってその誤差
の１び音の量だけ微動台２４が反対方向に移動し、露光
光学系とした場合等価的にその位置決め誤差を補正して
ゥェハ４上の正しい位置にマスク１の回路パターン３９
を露光する。以上の機礎において、前記固有点１０に相
等する２つの光露顕微鏡２５，２６が縮小レンズ３およ
びレーザ干渉欄長系を基準とした静止座標系に対して変
位しなければ常に正確なマスク合わせがなされるわけで
あるが前述したように実際には変位が生ずるためその校
正が必要である。

校正時には、水銀ランプ４３、コンデンサレンズ４４、
オブチカルフアィバ４５からなる照明系を移動台１８に
設けられている挿入口４６に挿入し、フアイバによって
導びかれた光で反射鏡４７、集光レンズ４８を介してタ
ーゲットマーク４９を介してターゲットマーク４９を照
明する。このターゲットマーク４９は通常一般に用いら
れているホトマスク作成工程によって作られ、幅２ムｍ
の十字パターン部のみ金属クロム膜が付着している。一
方、マスク１の周縁には前記ターゲットマーク４９と合
わせるべき検出マーク５０が設けられている。この検出
マーク５０の位置はマスク位置決めマーク２７，２８に
対し全てのマスク共通の位直に設けられている。検出マ
ーク５０の上方には反射鏡５１、対物レンズ５２、接眼
レンズ５３からなる顕微鏡光学系が設けられている。今
、前記オブチカルフアィバ４５により導びかれた光でて
ターゲットマーク４９を照明しつつ、該ターゲットマー
ク４９が対物レンズ２９を含む顕微鏡光学系の真下に釆
るように移動台１８を移動し、顕微鏡光学系視野内の十
字マーク２９と該ターゲットマーク４９の像を一致させ
る。この時の移動台のＸＹ座標位置をレーザ干渉側長期
２１により読み取り記録しておく。次に該ターゲットマ
ーク４９が縮小レンズ３の下に釆るように再び移動台１
８を移動させ、今度は対物レンズ５２を含む顕微鏡光学
系を観察する。視野内にはターゲットマーク４９の十字
像と共にマスク１上の検出マーク５０が観察されるので
、これらが一致するように移動台１８を微動させ、一致
した時の移動台１８のＸＹ座標位置を再び記録する。以
上述べた操作により前述したＬ，一Ｌの距離を各Ｘ，Ｙ
軸について知ることができたわけであり、マスク１上に
おける検出マーク５０の位置より各Ｘ，Ｙ軸についての
Ｌ２がわかっているから容易に各Ｘ，Ｙ軸についてのＬ
，を知ることができる。

これによって縮小レンズ３およびレーザ干渉側長系を基
準とした静止座標系に対するマスクーの空間的な位置関
係を校正することができたわけである。上記実施例では
ターゲットマーク４９は１つとなっているが、これを対
物レンズ２９，３０の中心間距離だけ離れた２つのマー
クとすることは明らかに可能である。

しかしこの場合にはフアィバ照明系が若干複雑になる。
またこれら専用のターゲットマークを移動台１８上に設
けず、ウェハ位置決めマーク３７，３８が形成されてい
る基準ウェハを用いても同様の校正を行なうことが可能
であるが、この場合ターゲットマークの照明光は当然縮
小レンズ３を介した反射照明となり、高い夕ーゲット像
コントラストが得られないためマスク１上の検出マーク
５０との合致精度が低下する欠点がある。以上説明した
ごとく本発明によれば、ウェハとマスクの相対位置合わ
せが１枚のウヱハにつき１回で完了すると共にその合わ
せ精度の確認が容易にできるため、非常に生産的な縮小
投影露光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の作動原理と共に本発明の原理を示す
図、第２図はゥェハパターンとマスク上の検出マークが
一致した場合の顕微鏡視野像を示す図、第３図は本発明
の実施例の順轍図である。 １：マスク、３：縮小レンズ、４：ウェハ、６：対物レ
ンズ、８：嬢眼レンズ、１２：反射鏡、１３：嬢眼レン
ズ、１８：移動台、５４：制御回路。 稀ー図 第２図 策３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一連のマスク図形を投影レンズを介して感光性基板
   の所望位置に結像露光する場合、前記一連のマスクは前
   記投影レンズに対して常に同一関係位置におく一方、該
   投影レンズ光路外に固着されているマーク検出用光学系
   により前記感光性基板上に設けられている基準マーク中
   心を検出することにより前記一連のマスクと前記感光性
   基板の光学的相対位置合わせを行なう装置において、前
   記投影レンズにより前記一連のマスク面上に結像せられ
   た前記投影レンズ焦点面内の物体の実像と前記一連のマ
   スクの図形を同時に観察すべく拡大光学系を備えた露光
   装置。