JPS61114529A - アライメント方法 - 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、ＩＣ，ＬＳＩ等の製造に使用される露光装置
に関するものであり、特に、アライメントと露光に関す
る新しい手法とシステムを提供するものである。

マスクアライナ−に要求される基本的な性能は、解像性
能とアライメント精度である。あと一つ挙げるとすれば
生産機械としての価値感から処理能力（スループット）
であろう、半導体素子の微細化、高集積度化に伴って、
より高い解像性能と７ライメント精度が際限なく要求さ
れる。マスクアライナ−は、その露光方法によってコン
タクト方式、プロキシミティ方式、１：１ミラ一プロジ
エクシヨン方式、レンズプロジェクション方式等に大分
類されるが、より微細なパターンが焼付可能であるとこ
ろから、現在は縮小型のレンズプロジェクション方式（
いわゆるステッパー）がその主流になりつつある。縮小
型レンズプロジェクションの解像性能面での利点は、す
でに文献等で紹介されているので省略するが、一方アラ
イメント精度まで考えたシステムとして見た場合、この
レンズプロジェクション方式は大きな障害を有している
。

それは簡単に言えば、投影レンズは、ある特定の波長〜
それは、通常露光波長であるが〜に対してしか結像及び
収差の保証がされていないという事実に起因している。

現在までに多数提案ないし実施されているレンズプロジ
ェクションに於るアライメントシステムの中でレンズが
保証している以外の波長の光を使用するシステムに於て
は上記の障害を克服するための手法が採用されているが
、そのいずれもがアライメントから露光に至るプロセス
の間に、その手法によって新たに発生する誤差要因を含
む結果となっている。それらの誤差を性格的な面から分
類すると。

Ａ０間接基準の介在による誤差。

Ｂ、アライメントから露光までの間にマスクあるいはウ
ェハーの移動〜その送り精度による誤差、 Ｃ，アライメントから露光までの間に要する時間、各要
素の温度、振動等による移動誤差、Ｄ、マスク、ウェハ
ー間のアライメント光と露光光の光路差、 等となる。特開昭５９−７９５２７のシステムに於ては
Ｂ、Ｃの誤差が、特開昭５．５−１３５８３１で付加レ
ンズを使用する場合にはＣ，Ｄの誤差が、特開昭５８−
１４５１２７のシステムではレチクルとウェハーを同時
観察していないことによりＡ、Ｄ等の誤差要因が発生す
ることになる。オフアクシスタイプのステッパーではＡ
−Ｄのすべての誤差が発生する。これらの誤差を減少さ
せることは可能であるが、誤差を低いレベルに安定依存
することは装置メーカーにとっても、ユーザーにとって
も大きな負担となるのは間違いない。

本出願人による特開昭５８−２５６３８に提案したシス
テムは、露光波長（ｇ線４３６ルｍ）にごく近い波長を
゛持つＨｅ＠Ｃｄレーザー（４４２Ｂｍ）をアライメン
ト光源とし、投影レンズをこの２波長に対して補正する
ことにより、前記Ａ−Ｄの誤差発生を回避したすぐれた
システムである。

しかし、より高い解像性能を得るために、投影レンズは
、より短い波長を使用する傾向にあり、この場合に於て
は前記システムのメリットを生かすことはできない。

また、レンズの持つ解像性能をより有効に使うためには
、レジストに発生する定圧波効果を減少させる必要があ
り、そのためにウェハー表面に反射防止処理をほどこし
たり、レジストに吸収剤を入れたり、あるいは又、多層
レジストを用いるプロセスが今後増加していく傾向にあ
り、この様なプロセスに於ては露光波長もしくはその近
傍の波長によるアライメントに於てつエバーからの信号
を取ることが、より困難になることが予想される。

本発明は、先述したアライメントシステムから派生して
くる誤差を押えながら、吸収レジストあるいは多層レジ
スト等の新しいプロセスにも対応し得る様に非焼付光に
よるアライメントを基本とした新しい露光方法および装
置を提供することを目的とする。

また本発明の概念により従来のレンズプロジェクション
はもちろん、より短波長化するレンズプロジェクション
あるいはミラープロジェクションさらにＸ線アライナ−
にも適用することが可能となる。

本発明のポイントは露光の結果生じたレジストＷの部分
的な変化をマスク側の信号として検出することにある。

レジストは光の照射により光化学的な反応を起こすが、
それは光学的な意味でも又透過率。

屈折率の変化を、あるいは特殊な場合には膨張ないし収
縮により非照射部との表面段差等を生じる。一般的に使
用されている０ＦＰＲあるいはＡＺ系のレジストに於て
も選択露光の結果を白色光の顕微鏡の下で儂淡像として
観察することが出来る。（以降の説明に於てこの像を便
宜的に潜像と称する。） 正規な露光光学系によって焼付けられたマスクの潜像は
、その時点でマスクとの関係に於て誤差を含まない関係
にあり、レジスト潜像とその下のウェハーマーク（段差
）の位置誤差を読みとることは、同一物体上のごく近接
した像の関係を読み取ることになり光学系等の影響を受
けぬ極めて信頼性の高い検出が可能となる。

本発明に於ける基本的なアライメント露光の手順を第２
図に示す。

このプロセスに於いて発生する誤差は、（イ）検出誤差
、（ロ）ステージの送り誤差、（ハ）予備露光から正規
露光までの時間内にウェハーないしマスクが動いてしま
うことによる誤差であるが現状のステッパーの実績から
、（ロ）の送り量は大きくても２〜３体、（ハ）の時間
は１秒前後であり、これらの誤差を極めて小さな値にお
さえることが可能である。

次に第１図に本発明の一実施１例を示し、その作用を説
明する。

システム全体は定盤ｌ上に組上げられる。

（構造体は不図示）、定盤ｌ上にはウェハーステージ２
があり、ウェハー保持板３及びそこに吸着保持されたウ
ェハー４を投影レンズ５の光軸に垂直な平面に沿って移
動可能としている。

ウェハーステージ２は、その上に設けた光学ミラー６に
レーザー干渉計の光７を当てる既知の手法により、その
位置座標を知ることが出来、かつ指定された量移動すべ
て制御される。投影レンズ５の上方にはレチクル保持台
８に保持されたレチクル９があり、さらにその上方の照
明光学系Ａから光が照射された時レチクル９にとりこま
れたパターンが投影レンズ５を介してウェハー４表面に
転写される様に構成保持されている。

照明光学系Ａは、超高圧水銀灯１０から発する光をレチ
クル９上に均等に照射すべく、第１〜第３のコンデンサ
ーレンズ１１，１２．１３と光束を曲げるべく第１．第
２のミラー１４゜１５で構成されている。シャッター１
６は露光の制御を行う。

第２．第３のコンデンサーレンズ１２．１３と第２ミラ
ー１５は又、レチクルパターン面１７と共ヤクで結像関
係を持つ面を図示Ｂの部分に作り出す様に設計されてお
り、この部分にマスキングを置くことにより、レチクル
９の特定の部分だけ照明できる様になっている０面Ｂに
は枠１８に保持されたパターン露光用マスク１９と、ア
ライメントマーク露光用マスク２０を選択的に光束内に
挿入可能な様にシリンダー２１により切換駆動する。

投影レンズ５とウェハー４の間にその一部を突込んだ形
でアライメント光学系Ｃが配置される。

ハロゲンランプ２２から出た光は、集光ミラー２３．集
光レンズ２４により集光されハーフジリズム２５．対物
レンズ２６を経て可動ミラー２７に至る。可動ミラー２
７は、破線の様に光軸に対し４５°の位置関係になった
時、対物レンズ２６により集められた光はウニ／＼−面
を照射する。ウェハー面から反射した光は逆に可動ミラ
ー２７．対物レンズ２６を経てハーフプリズム２５で上
方に光軸を曲げ、リレーレンズ２８を経て撮像管２９の
面３０にウェハー像を結像する。

アライメントの場合、レチクルとウェハーの平面的な位
置合せだけでＸ、Ｙ、０３方向の成分のアライメントに
なるから、対物レンズが２眼必要であり、実施例の場合
に於ても２眼あるものと考える。

第３図に第１図のシステムに於けるアライメント、露光
の手順の１例としてのフローチャートを示す。第３図に
於いて、実線の枠の部分が本発明に関わる部分であり、
破線枠は従来技術の範中である。

第４図ＡおよびＢにこのシステムで使用されるレチクル
９とレチクル側のアライメントマーク３１，３２．回路
パターン領域３３．スクライブラインに相当する領域３
４を示す。

第５図ＡおよびＢに同じくウェハー４とウェハー側のア
ライメントマーク３５．スクライブライン３６．レチク
ルの回路パターンに相当する部分３７を示す。

第６図に第４図Ａのレチクル９に対応した選択露光用の
マスクの平面図を示す、なお３８は窓である。第３図の
フローの■の段階に於ては第６図の左側のマスク２０を
光束内に置き、［相］の段階に於ては右側のマスク１９
を使用する。

マスクはレチクルと同様光学硝子に遮光用のクロムを選
択的に付けたものでも良いが、この上の異物等がレチク
ル、ウェハー上に転写されることを配慮して素ヌケの方
が望ましい。

第７図に、レチクル９側のアライメントマーク３１．３
２がウェハー表面のレジスト層４０に焼込まれた状態を
示す。図中３９はレジストに焼付けられたレチクル側マ
ーク潜像である。

第７図Ａの例では、レチクルマーク潜像３９はウェハー
マーク３５に対して微かにズレを持って焼込まれている
。この場合ウェハーマーク３５は第７図Ｂに示す様な段
差により形成されたパターンである。

このパターンをアライメント光学系でとらえ、撮像管に
結像した時、撮像管の走査線一本（例えばＡＨＡ）から
得られる電気信号は第７図Ｃのようになる。

撮像管全面から得られる２次情報を使ってＸ方向及びｙ
方向の誤差に分離して出力する手法は既知のものとして
詳細な説明は省略する。

レチクル９のアライメントマーク３１．３２を焼付けた
時点でのウェハーパターンとレチクルパターンの位置誤
差は 実施例の様に２ケ所にアライメントマークのある場合に
はΔｘＲ１ΔＹ尺、△ｘＬ、△Ｙ、　　の様に４つの誤
差量が得られるが、この４つの値から許容値に入ってい
るか否かを判定し、許容値外の時は の値によりウェハー側のステージを移動する。

これらの作業の間に可動ミラー２７は光束外へ退避しマ
スクはパターン露光用マスク１９に切換えられてステー
ジ駆動直後に正規のパターン部の露光を行うことが出来
る。

以上述べてきた実施例は潜像を使ったアライメント手法
が十分実現可能であることを示したものであり、本発明
のポイントはあくまで第２図に示したアライメントから
露光に至るプロセスにある。

従ってこの手法はレンズプロジェクションに限ることな
く、他の露光方式に於ても使用可能である。例えば、焼
付結果がマスク寸法に対して倍率誤差を持つＸ線プロキ
シティ露光装置に於ても潜像が「露光の結果」であるが
由に、この手法の有意性を発揮できる。

第１図に於けるアライメント光学系は、またオフアクシ
スの顕微鏡として使用することが出来る。それは、第３
図のフローにおけるブロック■の役割である粗アライメ
ントのためのプリアライメント機能としても成立するし
、またいわゆるオファクシススチッパ−におけるファク
ンアライメントの機能として考えても良い。

このオフアクシス顕微鏡に対しても潜像アライメントの
概念を有効に活用することが出来る。つまりオフアクシ
スアライメントの誤差要因の中で投影レンズの光軸とオ
フアクシス顕微鏡光軸との距離〔基準長〕が大きな比重
を占めているが、この基準長を常にコンスタントな値に
依存するか、あるいは変動した場合にはその時点での正
確な値を知っておくことが、オフアクシスアライメント
の精度を支配する。基準長を計測する手段もいくつかの
提案があるが、いずれも間接的な手段で誤差の入る可能
性の大きいものである。

焼付けるべきレチクルのパターン位置さらには投影レン
ズによりウェハー上に投影されたレチクルパターンとオ
フアクシスの検出光軸の位置関係が実質上の基準長であ
る。従って第４図に示す様なマークをウェハー上の空地
（パターンの無い部分）に焼付けその焼付けられた潜像
パターンをステージを動かしてオフアクシス顕微鏡で検
出し、その時の検出値、ステージの移動量、レチクル上
のマークの配置寸法から、基準長を算出することにより
、直接的な誤差の少ない測長が可能となる。

またこの手法によれば、特殊な工具、手法を使うことな
く、ウェハー処理ルーチンの中にでも随時基準長の確認
を行うことが出来る。

第２図は本発明の基本的なプロセス説明のフ第３図は実
施例の７ライメント露光のフローチャート、 第４図ＡおよびＢは実施例で使用されるレチクルとアラ
イメントマークの説明図。

第５図ＡおよびＢは実施例で使用されるウニハートアラ
イメントマークの説明図、 第６図は選択露光用マスクの説明図。

第７図Ａ、Ｂ、Ｃは焼付けられたアライメントマーク潜
像とそこから検出される信号の説明図である。

２−−−−−−ステージ　　４−−−−−−ウェハ６−
−−−−−光学ミラー　９−−−−−−レチクル１９−
−−−−−パターン露光用マスク２０−−−−−−アテ
イメントマーク露光用マスク第２図 第７図Ｂ　　　　第７図Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクのパターンをウェハーのパターンに整合し
   、マスクのパターンをウェハー表面のレジスト層に焼付
   ける露光方法であって、マスク側のアライメントマーク
   を含む部分をウェハー側のアライメントマークの近傍に
   露光する工程と、レジスト層に形成されたマスク側アラ
   イメントマークの潜像とウェハー側のマークを検出して
   潜像とウェハーマークの位置誤差を読み取る工程と、位
   置誤差に基づいてウェハーもしくはマスクを移動する工
   程と、マスクの回路パターン部を露光する工程を含む露
   光方法。
2. （２）マスクのパターンをウェハーのパターンに整合し
   、マスクのパターンをウェハー表面のレジスト層に焼付
   ける露光装置であって、マスクのパターンの異る部分を
   選択的に露光可能な露光光学系と、ウェハー上面のみを
   非焼付光で観察しうるアライメント光学系と、ウェハー
   もしくはレチクルの少なくとも一方を前記露光光学系の
   光軸に直交した面に沿って動かしうるステージとを持ち
   、前記アライメント光学系は、ウェハー表面の段差とウ
   ェハー表面のレジスト層の潜像（レジストの感光した部
   分がつくるパターン）を観察可能としたことを特徴とす
   る露光装置。
3. （３）アライメント光学系のすくなくとも一部が露光に
   際してその光束外に退避可能であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の露光装置。
4. （４）マスクパターンをウェハー上に転写する露光光学
   系と、露光に先だってウェハーパターンを観察してマス
   クパターンとの位置を関係づけるべく露光光束外に置か
   れたアライメント光学系と、ウェハーを移動しうるステ
   ージを備えたオフアクシスタイプの露光装置であって、
   マスクのマークをウェハー表面のレジスト層に転写露光
   する工程と転写されたマークを前記アライメント光学系
   の視野まで移動する工程と、前記アライメント光学系に
   より転写されたマークの位置を読み取る工程とによりマ
   スクのパターン位置と、アライメント光学系の検出軸の
   位置関係を知ることを特徴とする露光装置。