JPS62241330A - 露光装置における位置合わせ方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、露光装置における位置合わせ方法に関する。

（従来の技術） 従来エキシマレーザ光等のレーザ光を用いた露光装置に
おいては、ウェハとマスクとの位置合わせを露光光と同
一の波長のもので行うと、この位置合わせ時にウェハ上
のレジストが感光してしまうという問題があり、位置合
わせ光としてレジスト感光波長領域以外の露光光とは異
なる波長のものを使用して位置合わぜを行ない、位置合
わせ光によるウェハ上のレジストの感光を防止する工夫
がなされていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述したような位置合わせ光として露光光
と異なる波長の光を用いると、この位置合わせ光の波長
が露光光用に作成されたパターン投影用レンズの特性と
合わないため、ウェハ上の位置合わせ用基準パターンの
像とマスク上の位置合わせ用参照パターンの像とを同一
の検出器に焦点を合わせることができず、このため２重
焦点レンズ等の特殊なレンズが必要であった。

ところが２重焦点レンズの製作は通常のレンズに比べて
その製作が非常に困難であり、従って位置合わせの精度
向上の大きな障害となっていた。

そこで本発明は露光光の一部による被露光体の位置合わ
せ用パターンからの反射光を用いて位置合わせをするこ
とにより位置合わせ精度を向上させることができる露光
装置の位置合わせ方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するために、マスクを透過した
露光光を被露光体に結像させて露光する装置の上記被露
光体に設けられた位置合わせ用の基準パターンとマスク
に描かれた位置合わせ用の参照パターンとを参照しなが
ら位置合わせを行なうに際し、露光光による被露光体の
位置合わせ用基準パターンからの反射光とマスクの位置
合わせ用参照パターン像とを参照にして位置合わせを行
なう手段を有することを特徴とする露光装置における位
置合わせ方法を用いる。

（作　用） 本発明では、例えば公知の位置合わせ装置で位置合Ｕの
粗調整を行ない、次に例えばエキシマレーザ露光光の数
１０発のパルスのレジストを露光するに至らない光ｍの
最初の数パルスまたは必要に応じて任意に選択したパル
スを用いて、このパルスを露光開始時に位置合わせ微調
整用として使用し位置合わせ後露光することで高精度の
位置合わせを実現する。

（実施例） 以下、図を参照しながら本発明の方法をエキシマレーザ
露光装置に適用した一実施例を説明する。

露光用光源となるエキシマレーザ発生装置１から発射さ
れたパルス状のエキシマレーザ光２ａはまずビームスプ
リッタ３で例えば直角下方向へ反射され、露光体例えば
焼き付はパターンの原版となるマスク４に入射した後、
パターン投影用レンズ５を透過して被露光体例えばシリ
コンウェハ６に達する。

上記パターン投影用レンズ５はエキシマレーザ光２ａの
波長に合わせて設計されており、マスク４のパターンを
正確にウェハ６上に投影結像することができる。

ウェハ６上の露光光に対して反射特性を示す如く形成さ
れている位置合わせ用基準パターンから反射されてビー
ムスプリッタ３を透過したエキシマレーザ反射光２ｂは
拡大レンズ７で拡大され、この拡大レンズ７を透過した
エキシマレーザ光２Ｃは微調整用受光素子８に入射する
。

微調整用受光素子８が受光したエキシマレーザ光の像を
参照にしながらアライメント制御装置９が図示を省略し
たウェハ６やマスク４の位置を移動させるＸＹスデージ
等の微動機構を制御する。

これが微調整機構であるが、必要に応じて粗調整工程を
実行することができる。その手段は例えばウェハ６上に
設けられた位置合わせ用基準パターンを照射する如く例
えばＨｅ−Ｎｅレーザ発生装置等の位置合わせ用光源１
０を設け、この位置合わせ用光源１０から発射された位
置合わせ光１１ａは、ウェハ上で正反射光１１ｂとウェ
ハ６上の位置合わせ用基準パターンで乱反射された乱反
射光１１Ｃとに散乱される。この乱反射光１１ｃの一部
でパターン投影用レンズ５を透過してマスク４に投影さ
れる反射光１１ｄの先口は受光素子１２ａおよび１２ｂ
で測定される。なお図示では受光素子は１個となってい
るが実際には２個のものが重なって装着されている。

次に上記した実施例の位置合わせ方法を説明する。

この実施例では、位置合わせ方法として位置合わせ用光
源１０を用いて位置合わせの粗調整をする第１の段階、
次に露光光であるエキシマレーザ光を用いてさらに位置
合わせの微調整をする第２の段階とからなっている。

まず第１の段階である位置合わせの粗調整方法の一例を
説明する。

第１図において、位置合わじ用光源１０から発射された
位置合わせ光１１ａはウェハ６上に描かれている位置合
わせ用基準パターンで乱反射し、その一部の乱反射光１
１ｄがパターン投影用レンズ５を透過してマスク４の１
３の位置に投影される。

一方マスク４上には位置合わせ用参照パターンが描かれ
てあり、受光素子１２ａおよび１２ｂによってこの双方
のパターンを同時に参照にしなからウェハ６上のパター
ンとマスク４上のパターンの位置合わせの粗調整を行う
。

第２図（ａ）はマスク上に描かれている位置合ねＵ用基
準パターン２０の一例を示し、第２図（ｂ）はウェハ上
に描かれている位置合わせ用の基準パターン２１の一例
を示している。符＠２２はパターン投影用レンズ５を通
して見ると明るく見える明部であり、２３は暗く見える
暗部でおる。

また２４は光を透過させる透光部を示している。

すなわち、ウェハ上のパターンの明部２２で反射された
光１１ｄは、マスク上の透光部２４を通って受光素子１
２ａおよび１２ｂに到達する。ここで受光素子１２ａは
第２図のＡ部を透過した光を受光し、受光素子１２ｂは
第２図の８部を透過した光を受光するようになっている
。

位置合わせ用基準パターン２１上の明部２２と位置合わ
せ用参照パターン２０上の透光部２４とは位相がずれて
おり、従って位置合わせ用基準パターン２１と位置合わ
せ用参照パターン２０との位置関係により受光素子１２
ａと１２ｂの受光間が変化する。

この実施例の位置合わせの粗調整はこの受光素子１２ａ
の受光量と受光素子１２ｂの受光量の差の変化により行
なう。

第３図に位置合わせ用基準パターン２１をウェハ上に配
置した一例を示すが、図示したように本実施例では隣接
するＩＣチップ３０間に存在する切断線上に効果的に位
置合わせ用基準パターン２１を配置している。

上述したような位置合わせ方法では、パターン投影用レ
ンズ５がエキシマレーザ光の波長（例えばＫｒＦレーザ
の波長は２４８．５部ｍ）に合うように設計されている
ため、位置合わせ用光源に例えばＨｅ−Ｎｅレーザ（波
長６３３ｎｍ）を用いた場合には、受光素子１２ａおよ
び１２ｂが受ける像に焦点ズレが生じてしまい高精度の
位置合わせが期待できない。

そこでこの実施例では上述した位置合わせ方法を０．２
μｍから０．３μｍ程度の精度の粗調整用としてのみ用
いる。

以上で第１の段階である粗調整が終了するが、前述した
ように第１の段階では線幅０．５μｍルールの精度を満
足させることができない。そこで本発明では第２の段階
としてエキシマレーザ発生装置により出力される露光用
レーザ光を利用してざらに微調整を行う。

以下、第２の段階である位置合わせの微調整方法を説明
する。

この実施例で使用するエキシマレーザ光、例えばＫｒＦ
レーザの場合は、その波長は２４８．５部ｍ。

レーザの発振時間は約１０ｎＳ、繰り返し周波数が１０
０）１部程度であり、レーザ光の強度を変えることによ
り１０数発のパルスまたは数１０発のパルスの積算で１
回分の露光光量が得られるようにしである。

第１図において、エキシマレーザ露光装置１から発射さ
れたパルス状エキシマレーザ光２ａはビームスプリッタ
３で直角下方向に反射されてマスク４に八則し、パター
ン投影用レンズ５を透過してウェハ６に達する。

パターン投影用レンズ５はエキシマレーザ光２ａの波長
に合わせて設計されておりマスク４のパターンが正確に
ウェハ６上に投影することができる。

「ウェハ６上で反射されたエキシマレーザ光はパターン
投影用レンズ５を通して戻るがこのときパターン投影用
レンズ５はマスク４上に正確に焦点が合わされているの
でマスク４上の位置合ねけ用参照パターンとウェハ６上
の位置合わせ用基準パターンがマスク４上に同一面で結
像することになる。

このマスク４上に結像されたウェハ６上の位置合わＶ用
基準パターンはマスクとウェハの像とを重ね合わせた形
の反則像としてビームスプリッタ３を透過して拡大レン
ズ７で拡大され、微調整用受光索子８で検出することが
できる。

第４図に上述した微調整用受光素子８が捕えたマスク４
およびウェハ６の位置合わせ用パターンの受光像の一例
を示す。

図示したようにマスク４上の位置合わせ用参照パターン
の透光部２４から「ウェハ上の位置合わせ用基準パター
ンの暗部２３と明部２２が鮮明に判別可能である。

ところでエキシマレ−ずの露光パルス回数を３０回の積
亦で１露光分の光量とした場合、パルス回数の１７１０
程度までのパルスずなわら３回までのパルスの積算光量
はウェハ６上のレジストにそれほど影響を与えない露光
光はである。よって−エキシマレーザ照射開始後の１発
目から３発目までの露光光の反射光による受光像を微調
整用受光素子８で検出して、この受光像によりアライメ
ント制御装置９で例えば第４図の如く白黒領域が等しく
なるようにマスク４とウェハ６を相対的に移動例えば、
ウェハ６を載置するＸＹステージ等の微動機構を制御す
ればウェハ６を正確に位置合わせをすることができる。

以上に述べたような本発明に係る位置合わせの微調整装
置を用いることにより前述した粗調整による０、２μｍ
から０．３μｍのバラツキ範囲をさらに０１１４ｍ以下
に微調整することかて゛ぎ、線幅０．５μｍルールに充
分対応できる位置合わせを実現することができる。

なお露光パルスの回数が１０回の場合には微調整は１発
目のパルスによる受光像で行なわなければならないので
、精度向上のためには露光パルス回数を数１０回以上に
設定するのが好ましい。

本発明の仙の実施例として、微調整に用いる露光光の最
初の１発目または数弁口までのパルスのみについて予め
レーザ光の発光強度を弱く設定しておけば、ウェハ上の
レジストへの影響を少なくすることができる。

ざらに本発明の他の実施例として、露光光の複数のパル
スから任意にパルスを選別してこれを位置合わせの微調
整用光として使用することもできる。すなわち第１弁口
のパルスｎ１以降のパルスを、ｎ２２発目ｎ３３発目・
・・・・・、とし、この中から任意のパルスを選択して
微調整を行うものであるが、これはエキシマレーデ光に
よってマスクまたはウェハが発熱し伸縮が生じた場合の
補正用として有効な手段である。

また第１の段階の位置合わせの粗調整としてＸＹステー
ジの機械精度のみで行なえば、粗調整用光源が不要とな
り装置の簡素化がはかれる。

なおエキシマレーザ光としては実施例で述べたようなＫ
ｒＦレーザ光の他にＡｒＦレー・ザ光（波長ｔ９３ｎｍ
　、パルス幅約＆ｎＳ　）等がボトンコストも低く好適
である。

上記実施例では露光光源としてパルスレーリ４を用いた
例について説明したがレーザに限らず他のの光、Ｘ線、
電子線等の露光光でも被露光体に露光光に対して反射特
性を有する位置合わせパターンを用いればいずれでもよ
い。被露光体も半導体ウェハに限らずマスクでもよい。

また露光光が、パルス光でなくても最初の露光に十分な
強度に達しない初期期間に位置合わせ期間を設けた後露
光に十分な強度に達するような手順で露光操作を実行し
てもよい。

なお上記実施例では粗調整復微調整した例について説明
したが、予め粗調整の精度がｉＱられれば微調整のみで
よい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の露光装置にＪ３ける位置合
わせ方法によればウェハ上のレジストへ影響を与えずに
高精度の位置合わせが実現可能となる。また露光中にマ
スクやウェハの伸縮が発生した場合にも位置合わせの補
正ができるという効果もめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるエキシマレーザ露光装
置の構成を示す図、第２図（ａ）および第２図（ｂ）は
第１図のウェハおよびマスクの位置合わせ用パターンの
一例を示す図、第３図は第２図（ａ）および第２図（ｂ
）による位置合わせ用基準パターンをウェハ上に配置し
た一例を示す図、第４図は第１図の微調整用受光素子が
検出した位置合わせ用パターンの受光像の一例を示す図
である。 １・・・エキシマレーザ発生装置、３・・・ビームスプ
リッタ、４・・・マスク、５・・・パターン投影用レン
ズ、６・・・ウェハ、７・・・拡大レンズ、８・・・微
調整用受光素子、９・・・アライメント制御装置、２０
・・・位置合わせ用参照パターン、２１・・・位置合わ
せ用基準パターン 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスクを透過した露光光を被露光体に結像させて
   露光する装置の上記被露光体に設けられた位置合わせ用
   の基準パターンとマスクに描かれた位置合わせ用の参照
   パターンとを参照にしながら位置合わせを行なうに際し
   、 前記露光光による前記被露光体の位置合わせ用基準パタ
   ーンからの反射光と前記マスクの位置合わせ用参照パタ
   ーン像とを参照して位置合わせを行なう手段を有するこ
   とを特徴とする露光装置における位置合わせ方法。
2. （２）露光装置はパルス状エキシマレーザを露光光とし
   て用い、複数のパルスレーザ光の一部を位置合わせ用と
   して用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の露光装置における位置合わせ方法。
3. （３）複数の露光パルスの１部が露光に用いるパルスの
   露光光強度よりも弱いことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の露光装置における位置合わせ方法。
4. （４）露光光による位置合わせは、露光光以外の光源に
   よる粗位置合わせ調整後露光光を利用した微位置合わせ
   調整を行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の露光装置における位置合わせ方法。