JPS6153724A - 露光装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、縮小投影型、ミラーブロジエクシプ／型、プ
ロキンミテイー型１等の光学ｆＩΣ光装置、又はｘｇ＋
を用いた露光装置に関する。

〔発明の背景〕

と ＩＣやＶＬＳ’Ｔ等の半導体素子製造用の露光装置とし
て、重ね合せ精度の高い縮小投影型露光装置（所謂ステ
ッパー）が生産現場で使われ、著しい功績をおさめてい
る。縮小投影型露光装置は、レチクル（マスク）に描か
れた回路／くターンを投影レンズを介して、半導体ウェ
ー・上に縮小投影するものである。この装置の場合、−
回の露光ショット領域（チップ）はウエノ・に対して小
さいので、ウェハを載置するステージを２次元移動させ
て、ウェノ・全面への露光を行なうものである。そのス
テージはレチクルの回路パターンをウエノ・に眸光して
いる間は完全に停止していなければならない。

ところが実際には、露光中に発生した機械的な外力（振
動等）、又は電気的なノイズ等の影響でステージが微動
してしまい、露光中のチップがしばしば不良になるとい
う問題があった。このような不良チップの検出は、ウェ
ハの現像処理後、顕微鏡ＦＡ察、又はウェハからの反射
光観察等の目視検査によって行なわれるのが一般的であ
った、このような目視検査で真に不良なチップを見つけ
出すことは、検査する作業者に熟練を必要とし、一定の
不良基単に対する個人差が大きくなる点から、好ましい
方法とは言えない。しかも、作業者の疲労が増大すると
いう難点も、ある。また、１枚のウェハを露光する毎に
、１枚１枚ウェハを検査することは生産管理上好ましく
ないので、例えばロットの１枚目のウェハのみについて
検査を行ない、不良なしとなれば、ロット内の他のウェ
ハについては無検査にするような処理が行なわれる。と
ころが、露光中にステージが微動して不良チップを作り
出す確率は、どのウェハについても均等であるため、１
枚目のウェハが不良なしであったとしても、他のウェハ
（（不良チップがないとは言えない。また、露光ＲＲ，
自体に不具合が発生して、不良チップを次々に作シ出し
ても、結局は検査の段階で初めて明らかになるので、半
導体素子生産の歩留りを著しぐ悪くしている場合もある
。いずれにしろ、露光中にステージが微動して回路パタ
ーンの転写像がウェハ上で流れて、不良チップになった
ことを、そのウェハの露光処理中、又は露光処理後直ち
に検出することができなかったという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、これらの欠点を解決し、露光中に発生するス
テージの微動、すなわちマスクとサル光基板（ウェハ）
との相対的な９動を検出して、許容値以上のずれを生じ
た露光に対して、早期に警告等を発生する露光装置を得
ることを目的とするう〔発明の概要〕 本発明は、マスク（レチクルＲ）と被露光基板（ウェハ
Ｗ）とを相対移動させて、所定の整合状態に合わせた後
、マスクのパターンを二披露光基板に露光する装置にお
いて、前記パターンの被露光ハ 基板への露光状態と非露光状態とを表わす露光信号（Ｅ
ｓ）を出力する手段（シャッター駆動部１１）と、露光
信号に応答して露光状態の間、マスクと被露光基板との
相対移動量を測定するための移動量測定手段（光波干渉
測長器９）と、測定された相対移動量が所定値以上か否
かを検出して、所定値以上のときはマスクと被露光基板
とが露光動作中に整合状態から許容値以上ずれたものと
してエラー信号（ＥＲ）を出力するエラー検出手段（エ
ラー検出回路１２）とｒ設けることを技術的要点として
いる。

〔実施例〕

第１図は本発明を縮小投影型露光装置（Ｃ適用したとき
の実施例を示す概略的な構成図である。ランプ１、楕円
反射鏡２で構成された光源からの照明光は、楕円反射鏡
２の第２焦点位置に収光する。

第２焦点位置には開閉自在なシャッター３が配置され、
光源からの照明光の透過と遮断とを切替える。シャッタ
ー３を透過した照明光はオプチヵルインテグレータ（フ
ライ・アイレンズ群＃）４とコンデンサーレンズ５を介
してレチクルＲを均一な光強度で照明する。レチクルＲ
の回路パターンの明暗像は投影レンズ６によって、感光
剤の塗布されたウェハＷ上に結像される。ウェハＷは直
交座標系ｘｙに沿って２次元移動可能なステージ７に載
置され、ステージ７は駆動用のモータ８によって移動す
る。まだステージ７の位置（あるいは移！ｆＪＪＪりは
、レーザ光を用いた光波干渉測長器（以下、干渉計とす
る）９によって検出される。

この干渉計９はステージ７が例えばＸ軸に沿って正方向
に移動している間は、単位移動量（例えば０．０２μｍ
）毎に１パルスとなるようなアップパルス信号を出力し
、負方向に移動している間は単位移動量毎に１パルスと
なるようなダウンパルス信号を出力する。なお第１図に
はステージ７の一次元方向の移動に関する干渉計９しか
示していないが、直交する方向（例えばｙ方向）の位置
検出（又は測長）のために、もう−組の干渉計が設けら
れていることは言うまでもない。

さて、制御装置１０は装置全体のシーケンスを統括制御
するととも（Ｃ１干渉計９からの位置情報（ア、ブパル
ス信号、ダウンパルス信号）を読み込んで、ステージ７
を所定位置ＫＱ、ｆ決めするよう（てモータ８をフィー
ドバック制御する。また制御装置１０はシャ、ター駆動
部１１にシャッター開放信号を出力する。この開放信号
を受けたシャ７タ一駆動部］１は予め定められた一定時
間、又はウェハＷに適正露光量を与えるのに必要な時間
だけシャッター３を開放した後、閉成させる。このシャ
ッター、駆動部１１はシャッタ３が開いている間（厳密
にはシャッターの開放開始時点から閉成完了時点までの
間）、すなわち露光動作中は、論理値「Ｈ」になるよう
な露光信号Ｅｓを出力する。エラー検出回路１２はその
露光信号Ｅ８と干渉計９からのアップパルス信号、ダウ
ンパルス信号とに基・づい゛て、露光中にステージ７が
予め定められた許容範囲以上微動したか否かを検出する
。そしてエラー検出回路１２はステージ７が許容範囲以
上動いてしまったときは、エラー信号ＥＲを制御装置１
０に出力する。制御装置１０はそのエラー信号ＥＲ″Ｓ
：入力したときは、その露光ショットのウェハＷ上での
位置に関する情報、例えば何行、何列目のショットかを
ディスプレイ装置１３に表示する、又は、エラー信号Ｅ
Ｒは、他の目的、例えばブザー、ランプ等の警告装置、
あるいはインライン制御装置等で使用される。

第２図はエラー検出回路１２の具体的な回路接続図でる
る。ゲート回路１００は干渉計９からのアップパルス信
号ＵＰＬと、露光信号Ｅｓとを入力して、露光信号Ｅｓ
が論理値ｒＨＪＯ間はアップパルス信号ＵＰＬを出力す
る。ゲート回路１０１は干渉計９からのダウンパルス信
号ＤｐＬ、！：ａ光信号Ｅｓとを入力して、露光信号Ｅ
ｓが論理値ｒ　ＨＪの間はダウンパルス信号ＤＰＬを出
力する。

アップダウンカウンタ（以下ＵＤＣとする）１０２はア
ップ（ＬＩＰ）入力端子にアップパルス信号ＵＰＬを受
けたときは、そのアップパルス信号ＵＰＬのパルスを加
算計数し、ダウン（ＤＯＷＮ）入力端子にダウンパルス
信号ＤＰＬを受けたときは、そのダウンパルス信号ＤＰ
Ｌのパルスを減′ｘ　　　　　　　千割数する。またＵ
ＤＣ１０２’は、：計数値が零よυも小さくなったこと
を表わすボ・フニ（・ＢＯＲＲＯＷ）信号ＢＲ８を出力
するボロ一端子と、計数値を零にクリア（ＣＬＥＡＲ）
するためのクリア信号を入力するクリア端子と、任意の
計数値をプリセットするためのロード（ＬＯＡＤ）信号
を入力するロード端子等を備えている。プリセット設定
スイッチ群（以下、Ｐ、Ｒ−８Ｗと呼ぶ）１０３はＵＤ
Ｃ１０２に任意の計数値（初期値）をセットするだめの
デジタルスイッチである。上限設定スイッチ群（以下、
ＵＬ−３Ｗと呼ぶ）１０４はＵＤＣ，１０２の加算計数
の上限値をプリセットするためのデジタルスイッチでお
る。そして比較器１０５はＵＤＣ１０２の計数値とプリ
セットされた上限値とを比較して、計数値と上限値とが
一致したとき、又は計数値が上限値を越したときに一致
信号］ＩＥＱｓを出力する。インバータ回路１０６は、
ボロー信号ＢＲ８の論理を一致信号ＥＱＳの論理と揃え
るように、ボロー信号ＢＲ３の論理値を反転させる。オ
ア回路１０７は、その反転されたボローイム号ＢＲ３と
一致信号ＥＱＳとを入力して、少なくとも一方の信号が
論理値ｒＨＪのときはエラー信号Ｅ’＝Ｒをを出力する
。ワン−ショット−マルチバイブレータ１０８は露光信
号Ｅｓを入力して、その信号Ｅ８の論理値「Ｈ」への立
上シ皓点から所定時間だけパルス状のロード信号ＬＤＳ
を出力する。塘たインバータ回路１０９け露光信号Ｅｓ
の論理値を反転してクリア信号ＣＬＳを作シ出す。

ＵＤＣ１０２はクリア信号ＣＬＳが論理値「Ｌ」（すな
わち非露光状態）の間は、たえず計数値を零にクリアす
る。

次に本実施例の動作を第３図のフローチャート図を参照
して説明する。第３図のフローチャート図は制御装置１
０の露光動作時のシーケンスの一例を概略的に表わした
ものである。実際の露光動作に入いる前に１ステージ７
の彼動許容値をＰＲ・５Ｗ１０３とＵＬ−８Ｗ１０４に
よって設定する。この許容値は、例えば露光しようとす
るウェハＷ上のチップと露光に使用するレチクルＲの投
影像とに要求される重ね合せ誤差程度に選ばれる。例え
ば最小線幅が２μｍのパターンを重ね合せる場合、その
重ね合せ誤差は±０．２μｒ±０．４μｍ程度でちる。

そこで、許容値として±０６３μｍに定めるものとする
と、干渉計９からのアップパルス信号ＵＰＬ。

ダウンパルス信号ＤＰＬのノくルス間隔がステージ７の
０．０２μｍの単位移動量に相当する場合、ＰＲ・５Ｗ
１０３には１０進表現で１５　（０，３１０，０２）が
セットされる。一方、ｔＪＬ”５Ｗ１０４にはＰＲ−３
Ｗ１０３　にセットされた値の２倍の値、ここではｌＯ
進表現で３０がセットされる。このように、ｐｒｔ−ｓ
ｗｘｏ３に許容値に応じた値（１５）をセットし、ＵＬ
−８Ｗ１０４に許ｉ値の２倍に応じた値（３０）をセッ
トするのは、ステージ７の露光中における微動が、順方
向と逆方向のどちらに生じるのかがわからないためでお
る。

上記のように許容値のセットが終わると、制御装置１０
は第３図のステ、プ２００において、ウェハＷ上の初め
のチップとレチクルＲの回路ノくターン投彫像とが重な
り合う（整合する）ように、モータ８等を駆動してステ
ージ７のステ、ピング（歩進）を行なう。ステッピング
が完了してステージ７が所定の整合位置で停止したら、
制御装置１０はステップ２０１でシャ、ター駆動部１１
にシャッター開放信号を出力する。このときシャッター
駆動部１１からの露光信号Ｅｓは論理値ｒＬＪからｒＨ
ＪＫ立上がり、ウニ・・Ｗへの露光７５；開始されるぐ
さて、このとき、クリア信号ＣＬＳは論理値［，４から
ｒｆＪに反転するので、Ｕ’ＤＣ・１０２のクリア動作
が解除されるとともに、ワン・ショット・マルチバイブ
レータ１０８からは）＜ルス吠のロ、−ド信萼ＬＤＳが
出力され、ＵＤＣ１０２にはＰＲψ５Ｗ１０３にセット
された＃、（１５）がロード（転送）される。またこの
ときゲート回路１００゜１０１はともに開かれて、ア、
７プ／ζルス信号ＵＰＬ、ダウンパルス信号ＤＰＬはＵ
ＤＣ１０２に入力ＥＴＴｒｙな状態になる。ＵＤＣ１０
２にＰＲ−８Ｗｔ０３の値（１５）がロードされた直後
の状態では、ボロー信号ＢＲ８は論理値ｒＨＪであり、
比！ｆ９器１０５カーらの一致信号ＥＱＳは論理値ｒＬ
Ｊである。このためエラー信号ＥＲの論理値は［Ｌｊで
ある。そして、露光信号Ｅｓが論理値「Ｈ」の間、ＵＤ
Ｃ！１０２は初期値（１５）からアップ・くルス信号Ｕ
ＰＬ。

ダウンパルス信号ＤＰＬに応じて加減算を行なう。

例えばシャッター３が開いて譚光状聾だなった直後、ス
テージ７が順方向に０．１　ｐｒＪｌ！動した後、逆方
向に０．２μｍ微動した場合、ＵＤＣＩｏ、２の計数値
はまず初期値αつから２０まで増加した後、１０’；ｌ
で減少する。

さて、露光状態になると制御装置１０はステップ２０２
でエラー信号ＥＲを読み込み、ステップ２０３でエラー
信号ＥＲが論理値「Ｈ」（エラー発生）か否かを判定す
る。上記の例のように、ステージ７が順方向に０．１μ
ｍ微動した後、逆方向（（０，２μｍ微動した場合は許
容範囲（±０．３μｍ）以内であるため、エラー信号Ｅ
Ｒは論理値ｒＬＪのままでちる。そこで制御装置１０は
次のステップ２０４に進み、露光信号Ｅｓを読み込み、
さらにステップ２０５で露光信号Ｅｓの論理値がｒＬＪ
か否かを判断する。この時点で露光信号Ｅ３が論理値ｒ
ＬＪになっていれば、シャ、ター３が閉成して露光動作
が完了したことになる。ステップ２０５で露光動作中（
シャッター３の開放期間中）であると判定されると、制
御装置１０はステ、プ２０６を実行する。ステップ２０
６は、１回の露光動作中にエラー信号ＥＲが一度でも発
生したか否か、全判定するものである、従って露光動作
中、ステージ７の微動が許容範囲内であれば、再びステ
、プ２０２のエラー信号ＥＲ１７′）読み込みから同様
の動作が繰り返される。

さて、ステップ２０５で露光動作が完了したと判定され
ると、制御装置１０はステップ２０７を実行して、ウェ
ハＷ上の全チップについて２４光全行なったか否かを判
断する。この時点で露光信号Ｅｓは論理値「Ｌ」になっ
ているので、ＵＤＣＩ（１２はクリア状態になっている
。全チップについて露光が完了していないときは、再び
ステップ２００のステッピングから同様の動作が繰り返
され、次のチップの露光動作が開始される。

次に、あるチップの露光動作中しこステージ７が許容範
囲以上微動してしまった楊ぜ（ミス・／ヨツト）につい
て説明する。し１］えはステージ７が順方向に０．３μ
ｍ以上徽動微動才１合、ＵＤＣ１０２はアップパルス信
号ＵＰＬのパルスをし）・クルヌ堤、上に渡って初期値
（１５）と加算言Ｉ依することになり、この結果、ＵＤ
Ｃ１０２の計数値は３０以上（てなる。従ってステージ
７が順方向に許容値以上微動したときは、比較器１０５
からの一致信号ＥＱＳは論理値ｒＬＪからｒＨＪに反転
し、エラー信号ＥＲも論理値「Ｈ」になる。一方、ステ
ージ７が逆方向に許容範囲以上微動したときは、ＵＤＣ
１０２の計数値はダウンパルス信号ＤＰＬＫよって初期
値（１５）から零まで減算された後、さらに負の方向に
減算される。その計数値が零から負に切替った時点で、
ボロー信号ＢＲ８は論理値ｒＨＪからｒＬＪに反転し、
この結果エラー信号ＥＲも論理値「Ｈ」になる。このよ
うに躇光動作中にエラー信号ＥＲが論理値「Ｈ」になる
と、制御装置１０はステ、プ２０３の判定により、ステ
ップ２０８でエラー表示を行なう。このエラー表示は本
実施例では第１図中のディスプレイ装置１３上に、露光
しているチップの位置（何行目の何列目）として表示さ
れる。この表示は必らずしもこの上うＫする必要はなく
、１枚のウェハＷ上にエラーとなるチップが１つ以上存
在することがわかればよい場合は、単に轡告用のランプ
を点滅させたυ、ブザーを鳴らせるだけでもよい。制御
装置１０はステップ２０８で一度エラー表示を行なった
後は、ステ、プ２０４、ステ、プ２０５、ステップ２０
６のループを１チツプの露光動作の完了まで繰り返し実
行する。

以上、本実施例においては干渉計９からのアップパルス
信号ＵＰＬ、ダウンパルス信号ＤＰＬの入力に基づいて
、ステージ７の露光動作中の微動を検出したが、ステー
ジ７は２次元移動するので、もう−組のレーザー干渉計
からのアップ又はダウンパルス信号の入力に基づいて、
ステージ７の他の一軸方向の微動も検出することは言う
までもない。その場合は、第２図に示したエラー検出回
路１２をもう一組用意し、雨検出回路のオア回路１０７
からのエラー信号ＥＲの２つを新たなオア回路に入力し
て１つのエラー信号にまとめるとよい。

さらにその場合、ステージ７のＸ方向の微動許容値とＸ
方向の微動許容値とを同一に定めるならば、ＰＲ・５Ｗ
１０３．ＵＬ・ＳＷ　１０４．　　ワン・ショット・マ
ルチバイブレータ１０８及びインバータ回路１０９は、
２つのエラー検出回路に別個に設ける必要はなく、共用
することができる。またＰＲ−３Ｗ１０３゜ＵＬ−８Ｗ
１０４はデジタルスイッチとしたが、それぞれう、子回
路に置き替えて、それらう、子回路に制御装置１０から
許容値と上限値を送出してセット（ラッチ）するような
構成にしても同様の効果が得られる。

さらに本実施例ではウェノ・Ｗ上の各チップの露光中に
ミス・ショットの有無をただちに警告（表示）するよう
にしたが、一枚のウェノ・の露光が完了したときに、ま
とめて警告を出すようにしてもよい。このようにミス・
ショットしたチップの位置が露光の段階で判明すると、
以後のウェノ・プロセスにおいて多大な効果が得られる
。通常、ウニ・・プロセス（リングラフ（も含む）にお
いては２０〜３０枚のウェハを１つのロットとして扱っ
ている。そこで半専体素子製造の管理上、ロット内のウ
ェハの情報のみならず、ウェノ・内のチップの不良を露
光処理の段階で知っておけば、ウェノ・プロセスの最終
的な工程でウェノ・上の不良チップを取υ除くことが容
易になシ、生産の歩留シを向上させることができる。こ
のためには、制御装置１０にロット管理用のソフトウェ
アを用意し、ロット内の何枚目のウェハについては、何
行目の何列目にミス・ショットがあったかを逐次記憶し
ていくようにする。その記憶したデータは外部記憶製蓋
（磁気ディスク、磁気テープ、磁気カード等）に蓄えて
、生産管理のだめの情報として使うようにする。

以上の実施例においては、ステージ７のＢ光中における
微動を干渉計を使って検出するようにしたが、露光装置
の構成上、ウェハＷのチップとレチクルＲのパターン投
影像とを整合させる際、ステージ７を粗位置決めのため
に動かした後、レチクルＲを保持するレチクルステージ
を４＃密位１１決めのために２次元的に動かす方式のも
のにおいては、露光動作中にレチクルＲも微動する可能
性がある。その場合はステージ７とレチクルステージと
の露光中における相対的な移動禁を計測するような構成
にし、その相対移動ぢが許容値以内か否かを検出するよ
うにすればよい。ただし、縮小投影型露光装置゛め場合
、投影レンズの縮小倍率Ｍ（１１５，又は１／１０等）
とレチクルステージの所定の整合位置からの移動量ΔＲ
との積が投影像のウェハ面上での移動量ΔＲ−Ｍになる
ので、その移動量ΔＲ，Ｍとステージ７の所定の整合位
置からの移動量ΔＳとの差の絶対値が許容値以内か否か
を検出する必要がある。

尚、第２図に示したエラー検出回路においては、許容値
の上限はＵＬ−８Ｗ１０４でセットして比較器１０５　
で検出し、下限についてはＵＤＣ１０２のポロー信号Ｂ
Ｒ８で検出するようにした。しかしながら、ＵＤＣ１０
２の計数値を入力する２つの比較器を設け、各比較器に
夫々上限値ＭＡＸと下限値Ｍ　Ｉ　Ｎをセ、トシ、ＵＤ
Ｃ１０２の初期値として上限値ＭＡＸと下限値ＭＩＮの
中間的な値、例えば１　　　　　　丁度半分の値（ＭＡ
Ｘ＋ＭＩＮ）／２をプリセットするようにすれば、同様
の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、露光中の露光ミス（エラー）を被
露光基板を現像することなく、速やかに発見することが
でき、半導体素子製造の歩留りを格段に向上させること
ができるという効果が得られる。特に、マスクと被露光
基板とを相対的に高速移動させて位置決めした後、露光
することを繰り返す、所謂ステ′ツブアンドリピート方
式の露光装置においては、ステッピングのたびに装置全
体が振動し、その撮動が小さくならないうちに露光動作
を開始することもあるので、本発明のような露光ミスの
検出は極めて有効である。逆にＸ線露光装置のように、
感光剤の感度が低い（Ｘ、［強度が低い）ため、１シヨ
ツトあたりの露光時間が長くなる場合においても本発明
は極めて４１効である。

さらに、この種の露光装置を製造して、１度チェックす
る手段としても有効である。例えば製造された露光装置
をランニングさせて、模擬的な露光動作を繰り返し行な
う。このとき許容値の幅を！ｉｐ　　　　　　　＋１次
狭くして、エラー信号が多発する時点を求めｉｚば、そ
の許容値がその露光装置の稼動中における重ね合せ精度
の実力とみなすことができるという応用上の利点もある
。

【図面の簡単な説明】

ｇ１図は本発明の実施例による縮小投影型露光装置の概
略的な構成を示す図、第２図はエラー検出回路の具体的
な回路構成を示、す回路接続図、第３図は本実施例の全
体的な動作を説明するだめのフローチャート図でちる。 〔主要部分の符号の説明〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マスクと被露光基板とを相対移道させて、所定の整合状
   態に合わせた後、マスクのパターンを被露光基板に露光
   する装置において、 前記パターンの被露光基板への露光状態と非露光状態と
   を表わす露光信号を出力する手段と；該露光信号に応答
   して前記露光状態の間、前記マスクと被露光基板との相
   対移動量を測定するための移動量測定手段と； 該測定された相対移動量が所定値以上か否かを検出して
   、所定値以上のときは、前記マスクと被露光基板とが露
   光動作中に前記整合状態から許容値以上ずれたものとし
   て、エラー信号を出力するエラー検出手段； とを備えたことを特徴とする露光装置。