JPS6376427A - 露光方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 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］ 縮小投影レンズを用いた露光装置（いわゆるステッパ）
におけるアライメントについてはこれまで数多くの提案
がなされ、また製品上に適用されてきた。これらの提案
および製品への適用例の意図するところは、投影レンズ
を介してレチクルのパターンとウェハ上のパターンとの
相対的な位置合せを行ない、しかる後に露光するプロセ
スに関して、いかに■正確に、■確実に、■より早く、
当該プロセスを達成し得るかを追求したものである。さ
らに、あと一つの条件を付加するとすれば、ユーザの使
い勝手に関して、■使い易さを挙げることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、これらの条件を、満足しうるレベルですべて
達成するのは困難であり、これまでの提案や適用例にお
いてもいずれかの項目に対し欠点を持っているのが常で
ある。

この欠点は投影レンズを用いたステッパの宿命的な弱点
ともいえるが、その問題の所在を解析すると次のように
なる。つまり、 （イ）レチクルのパターンを投影レンズを介してウェハ
のパターン上に投影露光するに先たち、レチクルパター
ンの投影像とウェハパターンとの相対位置合わせをｒよ
り正確に１行なうためには、投影レンズを通したアライ
メントが望ましい。つまりＴＴＬアライメントが望まし
い。

（ロ）レチクルもしくはウェハのマークの位置情報を持
った光が投影レンズを通過しても情報媒体として有効で
あるためには、そこで発生する収差の関係から、ごく狭
い波長幅を持った光であることが必然となる。

（八）アライメントマークは常識的には凹凸を持った段
差構造であるため、ここに波長幅の狭い光を当てた場合
、凹凸の上のエツジから反射する光と下のエツジから反
射する光が干渉を生じる。そのため、段差量とそこに塗
布されたレジストの屈折率の条件によっては、信号光が
低減しまたは消失することがある。従って、どのような
プロセス条件に対してもｒ確実に１アライメントを実行
するためには、複数の別波長のアライメント光によりア
ライメントを行なう必要がある。

（ニ）露光波長と同一波長の光をアライメント光として
使用すれば、投影レンズによる色収差は発生せず付加的
な光学系無しでレチクルマークとウェハのマークとを同
時に２次元像として観察可能である。従って、アライメ
ント波長の一つとして露光波長を使用するのが妥当であ
る。

（ホ）他のアライメント光は露光波長と異なる波長にせ
ざるを得ない。このとき、露光波長と異なる波長の非露
光波長光がレンズを透過した場合に発生する色収差は、
光学理論上数種の収差に分析できる。しかし、これまで
の提案および適用例においては、軸上色収差しか補正し
ていなかった。

このことは、サジタル方向（レンズ光軸に対して放射方
向）に向いたマークしか使用できず、そのためマークに
直交する方向成分しか検出できないことを意味し、例え
ばＸＹ方向をアライメントするためには２つの対物レン
ズを含む顕微鏡が必要となる。

（へ）投影レンズに対しアライメントマークの位置が制
限されることによる弊害は様々な形態で現れる。

（１）例えば、レンズ光軸な原点とするＸＹ座標の軸上
にしかアライメントマークが存在し得ない場合において
、ウェハ側のアライメントマークを更新する必要が生じ
た場合には、投影レンズに対し実素子パターン部をシフ
トして設定するしかない、しかし、このときには実素子
パターン部のうちシフトにより投影レンズの有効画面を
外れる部分がでるため、実買上投影レンズの有効画面を
損なうことになる。

（ｉｌ）また、上記のような事態を避けるためには、レ
チクルとウェハの関係において、実素子パターン部が重
なり合う位置とアライメントマークが重なり合う位置を
定量シフトする方法がある。しかし、この場合にはアラ
イメント後、露光をかけるまでに一定量だけウェハまた
はレチクルを８勤することが必要であり、この移動時間
によりｒ早さ−が損なわれ、６動精度によりｒ正確さ１
が損なわれる。

（ト）一方、非露光波長をアライメント光として使用す
る場合、ウェハ側（像面側）の一点から出た光は軸上色
収差のため、通常、レチクルパターン面（物体面）より
遠くに結像する。もしこの光をレチクルを透過した位置
で捕捉しようとすれば、レチクルにはこの光束を通すた
めの大きな窓が必要となる。

本発明の目的は、縮小投影型の露光装置において、先に
述べたような種々の欠点および問題点を解決し、アライ
メント方法およびアライメント装置をより改善すること
にある。

［問題点を解決するための手段および作用］上記目的を
達成するため本発明では、第１の物体上のパターンと第
２の物体上のパターンとを投影レンズを介して相対位置
合せし、しかる後に第１の物体上のパターンを第２の物
体上に投影露光する露光装置において、該第１および第
２の物体上を露光波長光および非露光波長光で照明し、
上記投影レンズ透過後の該第２の物体からの反射光と第
１の物体からの反射光とを同一波長ごとに合成して観察
するようにしている。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示す。第１図を参
照して、１はレチクル、２は投影レンズ、３はウェハ、
４は可動ミラー、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄはミラー％　
６ａ、６ｂは対物レンズ、７は照明レンズ、８はＨｅ−
Ｎｅレーザ、９はハーフプリズム、１０はリレーレンズ
、１１はエレクタ、１２は空間フィルタ、１３はＣＣＤ
カメラ、　１４はダイクロプリズムである。第２図に示
す１５はアスコマ補正光学系である。第２〜４図の１６
はウェハアライメント用マークのレチクル側相当位置、
１７は実素子パターン、１８はクロム枠取り、１９はＨ
ｅ−ＮｅＴＴＬアライメント用のレチクルマーク、２０
は露光光ＴＴＬアライメント用のレチクルマークである
。第１図に戻って、２１は光ファイバ、２２はＸＹステ
ージ、２３はステージ基準プレートである。

第１図の概念図を用いて本実施例の作用について簡単に
説明する。

Ｈｅ−Ｎｅレーザ８より発した非露光波長光である波長
６３３ｎｍのレーザ光（アライメント光）は、まず、照
明レンズ７、ミラー５ａ、ハーフプリズム９、ミラー５
ｂ１対物レンズ６ａおよびミラー５ｃを経てレチクル１
上の露光パターンの外側にあるレチクル１のレチクルマ
ーク１９部分に入射する。レチクル１を通った６３３ｎ
ａ＋アライメント光は次に、ダイクロプリズム１４によ
り反射されて可動ミラー４に送られ、可動ミラー４で折
り曲げられ、投影レンズ２を介して像面側に到達する。

ところで、第１図の状態では、ＸＹステージ２２上に構
成されたステージ基準プレート２３が投影レンズ２の像
面位置に設定されている。このステージ基準プレート２
３は図示Ｘの走り方向に精度良く合せられたウェハ側の
専用マークが描かれており、また、このステージ基準プ
レート２３は投影レンズ２の像面焦点に合せてＺ方向に
可動である。

したがりて、前述のレチクル１を通った光はこのステー
ジ基準プレート２３のマーク２３ａを照射し、その観察
光は前記の経路を逆に戻ってハーフプリズム９まで達す
る。このレチクル１のレチクルマーク１９とウェハ側の
専用マーク２３ａとを重ね合せて観察した信号光は、ハ
ーフプリズム９を抜はリレーレンズ１０、エレクタ１１
および空間フィルタ１２を通つてＣＣＤカメラ１３に入
る。図示しない画像処理装置においては、このＣＣＤカ
メラ１３から出力される映像信号を受信し、ウェハ３と
レチクル１の相対合せ状況を調べるための画像処理を行
なう。

一方、ファイバ２１を光源とした露光波長の観察光（以
下、露光波長光という）は照明レンズ７、ハーフプリズ
ム９、ミラー５ｄ、対物レンズ６ｂを経てダイクロプリ
ズム１４内に入る。ダイクロプリズム１４に対してこの
露光波長光が入射する位置にはハーフミラ−１４ｂ（第
２図）が形成されており、入射した露光波長光の一部は
そのまま通過してレチクル１上のレチクルマーク２０を
照射し、他の部分はこのハーフミラ−１４ｂで反射され
てダイクロプリズム１４内を通り、ダイクロミラーＬ４
ａを通過し、可動ミラー４に入射し、以下前述の波長６
３３ｎｍのレーザ光を用いた場合と同様に、ステージ基
準プレート２３を照射する。このステージ基準プレート
２３からの反射光および上記レチクルマーク２０からの
反射光である露光波長アライメント信号光はダイクロプ
リズム１４のハーフミラ−１４ｂで合成され、該ミラー
１４ｂの下側に配置された対物レンズ６ｂを経て八−フ
プリズム９を通り、さらにリレーレンズｌＯ、エレクタ
１１および空間フィルタ１２を経てＣＣＤカメラ１３に
入る。

つまり、可動ミラー４の投入によって投影レンズ２の像
面側の左右１組のパターン２３ａ、２３ａを露光波長光
と非露光波長光とで同時観察可能になっている。このこ
とにより、露光波長光によりステージ基準プレート２３
とレチクル１を相対合せすることにより、ＸＹステージ
２２のＸＹ原点設定、レチクル１のθ合せ、投影レンズ
２がらみの補正項目である気圧や温度倍率補正が設定で
き、同時にこの時６３３ｎａ＋の波長の光で同時観察し
ているので、その観察光の波長の違いによる「見え」の
オフセット等（前記したＸＹ原点設定等のパラメータに
対するオフセット）を観察状態を保持したまま設定でき
る。

また、レチクル１上のパターンをウェハ３に相対合せし
た後に露光するという実働工程においては、露光光と同
一波長の観察光源をシャットし、非焼付光観察のみで相
対合せを行ない、この後、可動ミラー４を４ｂで示す位
置（第２図に点線で示す）ように退避させれば露光が可
能になる。

なお、従来どおりクエへとレチクルを露光光で観察し相
対合せする工程に対しても十分適用可能である。

第２図は、本実施例のレチクル１の周辺について展開し
ている説明図である。図中ダイクロプリズム１４は説明
の都合上横方向に展開している。ダイクロプリズム１４
の１４ａで示す面はダイクロミラ−になっており、Ｈｅ
−Ｎｅ光（波長６３３ｎｎ＋）のみ反射するようになっ
ており、１４ｂで示す面はハーフミラ−になっていて露
光波長光を２系統に分離し、１系統でレチクル１を観察
し、もう１つの系統ハ可動ミラー４の方へ光路を向わせ
ている。説明の都合上この後者光路を第１の分岐光路と
称す０本実施例では、第１の分岐光路は、可動ミラー４
を投入した時に露光光束の光軸に垂直に交わり、可動ミ
ラー４の反射によって矢印Ａの方向に進む。ウェハ側よ
り戻って来たウェハ信号光は可動ミラー４により第１の
分岐光路を通って、ダイクロミラー面１４ａまで戻る。

Ｈｅ　−Ｎｅレーザの場合は、このダイクロミラー面１
４ａにより反射され、アスコマ補正光学系１５とレチク
ル１を通過してミラー５ｃにより反射され、対物レンズ
−６８を通り、前述の観察光学系内に入る。以下これを
第２の分岐光路と称す。

次に、露光波長光で観察する観察光学系について説明す
る。前述したように、ダイクロプリズム１４の１４ｂの
面はハーフミラ−になフており、その下側の対物レンズ
６ｂを通してハーフミラ−１４ｂに入射された露光波長
光の光路は、ハーフミラ−１４ｂにより折り曲げられて
前記第１の分岐光路に合せて進む光路と、そのまま直進
してレチクルに垂直に入射する光路（以下、第３の分岐
光路と称す）に分かれる。

この第３の分岐光路を通フてレチクル１を照射した光は
、レチクルで反射した後そのままハーフミラ−１４ｂを
通過して対物レンズ６に入る。また第１の分岐光路に光
軸を合せて進んだ露光波長光の観察光は、ハーフミラ−
１４ｂと可動ミラー４の間の１点で結像し、そのまま進
み、４の可動ミラーで折り曲げられ矢印Ａ（第２図）の
光路をたどり、投影レンズ像面側を照射し、その返って
くる信号光は前述と逆に光路をたどり、ハーフミラ−１
４ｂにより折り曲げられ対物レンズ６に入る。この投影
レンズ２の像面側から来る信号光と前記レチクル１を観
察した信号光とは対物レンズ６で合成され、露光波長光
観察系の信号処理系に入る。

次に、各部の位置関係について説明する。木実流側にお
いて、投影レンズ２は両テレセンタイプのレンズである
。従って、可動ミラー４を露光光束内に４５°傾いた状
態でミラー投入してやると、第１の分岐光路はレチクル
１のパターン面と平行になる。また、第１の分岐光路と
パターン面との間隔をＨとし、露光波長光と非露光波長
光を投影レンズ２に通した時の軸上色収差によるレチク
ル１側での光路長の差をΔＬとすると、第１の分岐光路
上の可動ミラー４からダイクロミラー面１４ａまでの光
路長と、アスコマ補正光学系１５を含めた第２の分岐光
路の光路長との和から第１の分岐光路とレチクル１のパ
ターン面との距ａＨを差し引いた位置しにダイクロミラ
ー面１４ａの中心がある。それは前記ΔＬを考慮してい
る。このことから、本来、像面側の基準プレート２３を
観察した時のレチクル側マーク相当位置を１６とすると
、そのマーク相当位置１６の外側に前記りだけ離れた位
置に６３３ｎｍの波長の光による観察用のレチクル側マ
ーク１９があることになる。

次に、露光波長光観察位置について述べる。露光波長光
の信号光束は可動ミラー４により第１の分岐光路上に入
るが、途中、可動ミラー４の中心からＨだけ離れた光学
長位置にて一旦結像し、そのまま第１の分岐光路上を伸
びる。一方、ダイクロプリズム１４のハーフミラ−１４
ｂ側はレチクル観察用の光の収差発生を押えるために、
３角プリズム１４ｃをはり合せている。このハーフミラ
−１４ｂの中心からレチクル１までの３角プリズム１４
ｃの補正を加えた第３の分岐光路の光路長と等しくして
プリズム１４の長さを補正した結像点までの光路長を決
定し、その結像点と前記可動ミラー４から外側にＨだけ
離れた所にある結像点を合致させることで露光波長光観
察系の位置やレチクル側露光波長光観察マーク位置が決
定される。

つまり、レチクル１上のマーク位置を示すと、第３およ
び４図のようになる。

ただし、第３図は、第１露光工程（ファーストマスク）
で使用するレチクルで、ウェハ側合せマーク１６はレチ
クル上のパターン１７に近接した位置に配置して、その
外側をクロム枠１８で囲ってぃる。このパターンをウェ
ハ側に露光して行けば、各チップ間のスクライブ線内に
ウェハ側合せマークを転写できるのは周知である。

次に、第４図を参照して第２露光工程以後の前記ウェハ
側合せマーク位置に相当するレチクル側合せマーク位置
について説明する。同図において、１９はＨａ−Ｎｅ観
察用のレチクル側合せマークで、これを用いる場合レチ
クル１上の実素子パターン１７から大きく離れた位置で
レチクル・クエへ間の相対合せをする。また、２０は露
光光観察用のレチクル側合せマークで、前記Ｈｅ−Ｎｅ
観察用マーク１９よりもっと離れた位置でレチクル１と
ウェハパターンまたはレチクル１とステージ上基準プレ
ート２３との相対合せをする。

［実施例の変形例］ 上述の実施例では非焼付光の光源をレチクル１の上方か
ら入射し、その光束が投影レンズ像面側に照射し、像面
側物体より出て来る信号光を投影レンズを介して同−光
軸光束内を通して観察系に入れるように構成されている
が、レジスト塗りむら等プロセスがらみの誤差要因を少
なくする有効な手段であるところの、投影レンズ像面側
レンズＮＡ光束の外側より、直接、非露光波長光をクエ
へのマークに照射し、ウェハ観察マーク段差による回折
光の高次成分を信号光として投影レンズ光束内で取り込
みレチクルより上の観察系に送り込むいわゆる“超暗視
舒照明型アライメントシステム”に対しても容易に対応
できる。

また、上述においてはＨｅ−Ｎｅ観察系と、露光光観察
光学系の二種類で説明したが、第５図のように第２図か
ら発展してハーフプリズム１４ｃ部をその外側に延長す
ることにより、レチクルに対して露光波長光観察光学系
と同じ側に他の波長光の観察ポートを露光波長光観察系
と同様な方法で追加することができる。

また、第１図に示すダイクロプリズム１４の折り曲げ部
をダイクロ化することでこの部分からでも、他の波長光
による観察光学系が追加できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、投影レンズと第１の物体との間に
投入退避可能な可動ミラーを付加し、非露光波長光で観
察する場合に発生する軸上色収差による光路長の長くな
った分を考慮して投影レンズ光軸中心から放射方向にシ
フト配置した反射ミラーを含むバイパス光学系の延長上
に露光波長光観察手段および非露光波長光観察手段を配
置し、この二種類の観察手段をもって、第１および第２
の物体上の像を同時観察することにより、露光波長光に
合せて補正された投影レンズに非露光波長光を用いて第
２の物体上の像を観察する場合の各補正データを事前に
とるに際し、他の構成要素の位置、姿勢等の状態を変化
させることなく正しいデータがとれるという効果がある
。

また、特に第５図に示す実施例では、第１の物体上の像
と第２の物体上の像を別々の光路で観察しているので、
ウェハ信号とレチクル信号の偏光方向を変えて分離する
必要がなくなるので、従来投影レンズ内にあるλ／４板
を取り去ることができる。

さらに、第１の物体上のスクライブ線内にある位置合せ
マークに対応する第２の物体上の位置合せマークの位置
が、その転写するパターンから十分に離れているので、
完全なマーク保護ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す概念図、第２図は、
第１図を部分的に説明する図、第３図は、本発明の一実
施例で用いる第１露光工程用レチクル、 第４図は、第２露光工程用レチクル、 第５図は、第２図の部分の他の実施例を示す図である。 １；レチクル、２；投影レンズ、３：ウェハ、４：可動
ミラー、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ　　：ミラー、８ａ、
６ｂ　　：対物レンズ、７：照明レンズ、８：Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ、９：ハーフプリズム、１０：リレーレンズ、
１１：エレクタ、１２：空間フィルタ、１３：ＣＣＤカ
メラ、１４：ダイクロプリズム、 ｌ５：アスコマ補正光学系、 １６：ウニへアライメント用マークのレチクル側相当位
置、 １７：実素子パターン、１８ニクロム枠、１９　：　Ｈ
ｅ　−ＮｅＴ　Ｔ　Ｌアライメント用レチクル側マーク
、 ２０：露光光ＴＴＬアライメント用レテレチクル側マー クに光ファイバー、２２：ＸＹステージ、２３：ステー
ジ基準プレート。 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２図 第３図　　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の物体の像を第２の物体上に投影する投影レン
   ズと、 第１の物体の像を第２の物体上に転写させる露光光源と
   、 第１の物体上の第１の領域および第２の物体上の第２の
   領域を露光波長光で照明する第１の照明系と、 第１の物体上の第３の領域および第２の物体上の第２の
   領域を非露光波長光で照明する第２の照明系と、 第１の物体と上記投影レンズとの間の露光光束中に投入
   ・退避可能に配置され、投入時該投影レンズを介して入
   射する第２の領域からの反射光を露光光束外の分岐光路
   に導出する可動ミラーと、該分岐光路を通る第２の領域
   からの反射光を実質的に露光波長光と非露光波長光とに
   分離する手段と、 第１の領域からの露光波長光と第２の領域からの露光波
   長光とを合成し観察する手段と、 第３の領域からの非露光波長光と第２の領域からの非露
   光波長光とを合成し観察する手段とを具備することを特
   徴とする露光装置。 ２、前記非露光波長光を観察する手段が第１の物体につ
   いて前記分離手段と反対側に位置し、該分離手段と第１
   の物体との間の非露光波長光の光路上にアスコマ補正光
   学系を有する特許請求の範囲第１項記載の露光装置。 ３、前記分離手段が、露光波長光を透過するダイクロミ
   ラーである特許請求の範囲第１項記載の露光装置。 ４、前記露光波長光の観察手段が露光波長光を受光する
   第１の対物レンズを有し、前記露光波長光を合成する手
   段が第１のハーフプリズムであり、前記可動ミラーと第
   １のハーフプリズムとの間に第１のハーフプリズム中心
   から第１の領域までの光路長と同じくしてできる第１の
   対物レンズによってできる結像点と前記投影レンズの光
   束の該可動ミラー中心から上記光路長と同じくしてでき
   る結像点とが該可動ミラー投入時に合致しており、前記
   非露光波長光の観察手段が非露光波長光を受光する第２
   の対物レンズを有し、前記非露光波長光を合成する手段
   が第２のハーフプリズムであり、この第２のプリズムと
   組んだ第２の対物レンズによってできる光束の第２のハ
   ーフプリズム中心から第３の領域までの光路長と同じく
   してできる結像点と上記投影レンズに非露光波長光を通
   した際に発生する軸上色収差を含んだ投影レンズの結像
   点とが上記可動ミラー投入時に合致しており、第１のハ
   ーフプリズムと第２のハーフプリズムとの間にアスコマ
   補正光学系を有し、第１と第２の領域および第３と第２
   の領域を、それぞれ別光路同観察手段で観察する特許請
   求の範囲第１項記載の露光装置。 ５、前記第２の照明系が相異なる複数波長の非露光波長
   光で該各波長に対応する複数の第３の領域および第２の
   領域を照明するものであり、前記非露光波長光を合成し
   観察する手段がこれら非露光波長光を同一波長ごとに合
   成し観察する手段である特許請求の範囲第１項記載の露
   光装置。 ６、第１の物体がレチクルであり、第２の物体がウェハ
   であり、第２の領域である該ウェハ上に作られたスクラ
   イブ線上の位置合せマークに対応する第１および第３の
   領域であるレチクル側相対位置合せマークが観察する光
   の波長により各専用化されており、該マークのいずれも
   がレチクル上の実素子パターン領域の外側に十分（５ｍ
   ｍ以上）離れた位置に配置されている特許請求の範囲第
   １項記載の露光装置。