JPS62262426A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ＩＣおよびＬＳＩ等の半導体装置の製造工程
の内、ホトリソグラフィ工程において使用される露光装
置に関する。

具体例としては、投影光学系を用いてレチクル上のパタ
ーンを半導体基板（ウェハ）上に投影露光する装置であ
って、レチクル上のパターンと半導体基板上のパターン
との位置整合のためのアライメント光学系と、投影光学
系を含む装置全体とをマツチングさせた露光装置に関す
る。

［従来の技術］ 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、高集積度化に伴なって、
より高い解像性能とア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）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（
通常、それは露光波長であるが）に対してしか結像およ
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
ェクションにおけ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お
いては上記の障害を克服するため種々の手法が採用され
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（またはレ
チクル）あるいはウェハを８勤すること（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、振動等にょるゎ勤誤差、Ｄ、マスク・ウェハ
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号のシステムにおい
てはＢ、Ｃの誤差が、特開昭５５−１３５８３１号で付
加レンズを使用する場合にはＣ，Ｄの誤差が、特開昭５
８−１４５１２７号のシステ入−７−１−＋　　＋ノ　
キ　々　１し　し　内　〒　ハ　九　「１０を矢日　−
１イ　）、　↓、１、　雫とにより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
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
定維持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。

特開昭５８−２５６３８号に提案されているシステムは
、露光波長（ｇ線４３６μｍ）にごく近い波長を持っＨ
ｅ−Ｃｄレーザ〔４４２μｍ〕をアライメント光源とし
、投影レンズをこれらの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、この場合におい
ては前記システムのメリットを生かすことはできない。

せる必要があり、そのためｒ〜エバ実而１７肝酊叶比処
理を施したり、レジストに吸収剤を入れたり、あるいは
また、多層レジストを用いるプロセスが今後増加してい
く傾向にあるが、このようなプロセスにおいては露光波
長もしくはその近傍の波長によるアライメントにおいて
ウェハ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。

この問題に関して本出願人等は、すでに、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
にも対応し得るよう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特願昭５９−２３
６３２１号として提案している。

この特願昭５９−２３８３２１号の発明（以下、先願発
明という）の概念は、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である。

この先願発明のポイントは露光の結果生じたレジスト層
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また透過率、屈折率の変化を生
じ、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系のレジストにおいても選択露光
の結果を白色光の顕微鏡の下で濃淡像として観察するこ
とができる。以降の説明におい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レジスト上に焼付けられたマ
スクの潜像（レジスト潜像）は、その時点でマスクとの
関係におい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。

この先願発明における基本的なアライメント露光の手順
を第２図に示す。

このプロセスにお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ないしマスクが動いてしまう
ことによる誤差である。現状のステッパの実績から、（
ロ）のステージの送り量は大きくても２〜３μ、（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
値におさえることは可能である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記先願発明においては、■照明光学系
内にマスキング面を必要とし、このため、高精度の結像
光学系を必要とする、■焼付時とアライメント時でマス
キングを高速かつ正確に切り換えねばならず、位置精度
の高い切換機構を必要とするとともに、■′ゴミ発生の
原因となる、 ■レンズとウェハとの間に平面ミラーを必要と１　１　
枢Ｊ、マ＋＋４趨ノ＋０ｔレマ９ノＪ−ＪＬ此鴫宣速か
つ正確に切り換えねばならず、角度精度の高い切換機構
を必要とするとともに、■′ゴミ発生の原因となる、 等の欠点があった。この■〜■点は装置のコストアップ
につながり、■′、■′のゴミの発生は装置の信頼性の
低下を招く原因となった。

本発明は、露光の結果生じたレジスト層の部分的な変化
をマスク側の信号として検出する先願発明を改良した、
可動部分が少なく、低コストで高い信頼性を有する露光
装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］本件第１の
発明では、露光装置の投影レンズとウェハとの間に、露
光光は実質的に透過し、非焼付光であるアライメント光
は実質的に反射する分光手段を配置することにより、上
記■の平面ミラーをなくし、上記■の欠点を解消してい
る。

また、本件第２の発明では、露光装置の投影レンズとウ
ェハとの間に、露光光は実質的に透過し、非焼付光であ
るアライメント光は実質的に反射する分光手段を配置す
るところまでは第１の発明と同様であるが、さらに、投
影レンズを介して焼付光でマスクとウェハとの相対位置
を検出するとともにマスクのパターンの一部（例えばア
ライメントマーク部分のみ）を選択的に露光可能な第２
のアライメント光学系を設けることにより、さらに、■
のマスキング面と結像光学系および■のマスキング切換
機構をなくし、上記■および■の欠点を解消している。

［実施例］ 次に第１図に本発明の一実施例を示し、その作用を説明
する。１．２はレチクルのアライメントマーク（以下、
Ｒ−ＡＡマークと呼ぶ）とウェハのアライメントマーク
（以下、Ｗ−ＡＡマークと呼ぶ）を同時に観察するため
のアライメント用対物レンズ、３，４は対物レンズ１．
２の光軸を下方に曲げるための平面ミラーで、焼付時は
、焼付範囲から逃げるため矢印方向に回転する。５はレ
チクルである。６は投影レンズで、図ではウェハ側もレ
チクル側もテレセントリックになっている。７はビーム
スプリッタで、感光光（焼付光）に関しては単なる平行
平面であるが、非感光光であるアライメントの光に対し
ては、ミラーまたはビームスプリッタの役割を有する。

このビームスプリッタ７としては、例えばダイクロイッ
ク膜を露光光軸に対して４５°傾けて配設しであるダイ
クロプリズムを用いることができる。８はウェハ、２７
はウェハチャック、９はＸＹＺステージであり、本実施
例の場合はＸＹＺステージ９を高速高精度で８動するこ
とによってＷ−ＡＡマークの位置合せを行なう。１０は
ウェハを多色光で観察するための広画面対物レンズで、
ショット内全面を同時に観察できる。１１はビームスプ
リッタ、１２は結像レンズ、１３は撮像管、１４は白色
光源１５から放射される光をコリメートするためのコリ
メータレンズ、１６は白色光源１５の光エネルギを効率
良くコリメータレンズ１４に入射させるための反射鏡で
ある。２８はレチクル５を支持するためのレチクルステ
ージ、１７はビームスプリッタ、１８．　ｉ９．２０は
対物レンズ２により形成された像をＣＯＤ　２２に伝達
するための光学系で１９と２０の間の絞り２１を有し、
絞り２１は空間周波数フィルタで像情報をフィルタリン
グするためのものである。このフィルタ２１は粗面ウェ
ハ等、Ｓ／Ｎの悪いウェハの場合特に有効であるが、通
常の特に粗面でないウェハを処理する際には必ずしも必
要ではない。２３は平面ミラー、２４はコリメータレン
ズ、２５は光源で、本実施例の場合、焼付光と同じ波長
のレーザである。

２６は１７と同じビームスプリッタであり、第１図には
示されていないが２６の左側には１７の右側と同じ光学
要素がある。

レチクル５の上側にある平面ミラー４以前の系はＴＴＬ
アライメント系と呼ばれるものであり、これについての
詳細は特開昭５８−２５６３８号にあるが、まずレーザ
２５から出たビームは２４により集光され、平面ミラー
２３で折り曲げられ、ビームスプリッタ１７で再度折り
曲げられ、対物レンズ２によりレチクル５のパターン面
に集光される。

ここでレチクルのパターンに入射した光はパターる。

反射光は再度対物レンズ２に入射し、１８．１９゜２０
の光学系を通過した後、ＣＣＤ面に結像され、レチクル
アライメントマークの像を形成する。

透過光は投影光学系６を通過した後、ウェハ８上に結像
され、反射されることにより再度レチクル５に結像され
るが、ここでは透過し、対物レンズ２に入射し、１８．
１９．２０の光学系を通過した後、ＣＣＤ面に結像され
ウェハアライメントマークの像を形成する。これにより
レチクル上のアライメントマーク情報とウェハ上のアラ
イメントマーク情報を同時に得ることができ、両者の位
置差を検出することが可能となる。この位置差が所望の
値となる如＜ｘｙｚステージ９を動かしてやればＲ−Ａ
ＡマークとＷ−ＡＡマークのアライメントは完了する。

しかしこの方法では多層レジスト等、露光光吸収型のレ
ジストプロセスを用いるとウェハからの反射光が検知で
きない。

本発明の潜像を焼付ける方式のオートアライメント８−
行たう）具を１．−　ｌ÷犬ＴＴＩマ丹ノｌ゛ノにエバ
照明露光系として潜像を形成するために用いられる。こ
の場合、レチクル面と共役な位置に絞り３１を配置し、
照射領域を制限する。

投影光学系６について、プリズム７は焼付光に関しては
先述の如く車なる平行平面であるから一般的な投影光学
系と何ら変わることはない。

次にウェハアライメント系について述べる。まず、光源
１５より放射された白色光は、反射鏡１６により集光さ
れ、コリメータレンズ１４を通り、対物レンズ１０によ
りウェハ上に集光される。ウェハ上にはウェハアライメ
ントマークおよびレチクルのアライメントマークの潜像
が存在しているのでこれの反射光が再度対物レンズ１０
に入射し、ビームスプリッタ１１により反射され、集光
レンズ１２により撮像管１３上に結像される。撮像管で
はウェハアライメントマークとレチクルアライメントマ
ーク（但し潜像）を同時に観察することができるので両
者の位置誤差を検出することが可能となる。この位置誤
差が所望の値となる如＜ｘｙｚステージ９を動かしてや
ればＲ−ＡＡマークとＷ−ＡＡマ一りのアライメントは
完了する。この位置誤差の算出方法は周知であるからこ
こでは省略する。

このウェハアライメント系は潜像アライメントとして用
いない場合でもウェハのアライメントマークのみを検出
し、これが所望の位置となるようにＸＹＺステージを駆
動することにより、従来のオフアクシスアライメント法
と同様のアライ・メントが可能になる。また、投影レン
ズとウェハ間にビームスプリッタを配置することにより
、アライメント時でも焼付時でも光学系を動かす必要は
ないのでアライメント完了と同時に焼付が行なえ、スル
ーブツトの向上が望める。

［実施例の変形例］ 本実施例のウェハアライメント系において対物レンズは
区画面サイズの対物レンズ１個で構成しているが、対物
レンズをコンパクト化し、複数の対物レンズより構成す
ることも可能である。この例を第３図に示す。第３図中
、３０はプリズムで、対物レンズで形成される像を合成
する。また、本実施例ではウェハとレチクルのアライメ
ントマークの位置誤差補正のためにウェハ側のＸＹＺス
テージを駆動しているが、これはレチクル側で行なうこ
とも可能であり、レチクル側で行なった方が精度的には
投影光学系の倍率比だけゆるくなる。

本実施例ではＴＴＬアライメント系として焼付時にはミ
ラー４および３の逃げが必要であるが、レチクルと照明
光学系との間に、ウェハアライメントと同様なビームス
プリッタを配置することにより、このミラーの逃げも不
要となり、より高いスルーブツトが実現できる。

また、本実施例において、第１シヨツト目を潜像アライ
メントとして用いこの時のウェハアライメントマークの
撮像管上での位置を記憶することにより、第２シヨツト
目以後は潜像焼付けを行なわず、ウェハのアライメント
マークを第１シヨツト目のウェハアライメントマーク位
置に合わせることにより高スルーブツトのアライメント
法が可能となる。この場合、第１シヨツト目のアライメ
ントが完了してからはレチクルは動かさない。

また、第１図の例において、区画面サイズ１０が対物レ
ンズの大きさの制約上、装置に搭載し難い場合がある。

そのような場合には全く同じ配置であるが１０として画
面サイズの小さい対物レンズを１本のみ用いてもよい。

この場合にアライメント誤差のＸＹθを測定するためは
最低２ケ所のアライメントマークを観測しなければなら
ないのでウェハ上のアライメントマークと対物レンズの
相対位置を変える必要がある。２ケ所のアライメントマ
ーク上のフォトレジストにはレチクルの潜像が焼きつけ
られている。

これに対しては対物レンズを固定してウェハ側を動かす
方法と、ウェハを固定して対物レンズを動かす方法の２
通りがあり、この流れを第４図（オフアクシス顕微鏡が
固定の場合）および第５図（オフアクシス顕微鏡が動く
場合）に示す。

［発明の効果］ 以上述べてきたように本発明によれば極めて高精度の、
システム誤差の少ない、しかもプロセスの影響の少ない
アライメントを、スループットを低下させることなく実
現できる。

しかも、従来主流であったオフアクシス顕微鏡を用いた
グローバルアライメント法も、ＴＴＬダイバイダイアラ
イメント法も同時に行なうことが可能であり、適用プロ
セスに応じて自由に選択することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化した一実施例、第２図は、本
発明の基本的なプロセス説明のフローチャート、 第３図は、ウェハ側アライメント系の対物レンズを２本
用いた場合の一実施例、 第４図、第５図は、ウェハ側アライメント系の対物レン
ズを１本用い、対物レンズの画面サイズが小さい場合の
実施例を示すフローチャートである。 １．２、ｌＯ：アライメント用対物レンズ、５ニレチク
ル、 ６：投影光学系、 ７：ビームスプリッタ、 ８：ウェハ、 ９：ＸＹＺステージ、 １３：撮像管。 特許出願人　　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄 代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスクのパターンをウェハのパターンに整合し、マ
   スクのパターンをウェハ表面のレジスト層に焼付ける露
   光装置であって、非焼付光であるアライメント光をウェ
   ハ上面に照射して該ウェハ上面のみを観察しうるアライ
   メント光学系と、投影レンズとウェハとの間に配置され
   露光光束は実質的に透過しアライメント光は実質的に反
   射する分光手段とを具備し、アライメント時、上記アラ
   イメント光学系は、上記分光手段の反射によりウェハを
   露光位置から移動させることなく該ウェハ表面の段差と
   ウェハ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。 ２、前記分光手段がダイクロプリズムである特許請求の
   範囲第１項記載の露光装置。 ３、マスクのパターンをウェハのパターンに整合し、マ
   スクのパターンをウェハ表面のレジスト層に焼付ける露
   光装置であって、マスクのパターンをウェハ上に投影す
   る投影レンズを含む露光光学系と、非焼付光である第１
   のアライメント光をウェハ上面に照射して該ウェハ上面
   のみを観察しうる第１のアライメント光学系と、上記投
   影レンズを介して焼付光と実質的に同一波長の第２のア
   ライメント光でマスクのパターンとウェハのパターンと
   を同時に観察しうる第２のアライメント光学系と、投影
   レンズとウェハとの間に配置され露光光束を実質的に透
   過しアライメント光を実質的に反射する分光手段とを具
   備し、アライメント時、上記第２のアライメント光学系
   は、上記マスクのパターンとウェハのパターンとの相対
   位置を検出するとともにマスクのパターンの一部をウェ
   ハ表面のレジスト層に選択的に露光し、上記第１のアラ
   イメント光学系は、上記分光手段の反射によりウェハを
   露光位置から移動させることなく該ウェハ表面の段差と
   上記第２のアライメント光学系の選択的露光によりウェ
   ハ表面に形成された潜像（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。 ４、前記分光手段がダイクロプリズムである特許請求の
   範囲第３項記載の露光装置。