JPH01179318A - 投影露光装置及びそのパターンオフセツト補正方法 - Google Patents

投影露光装置及びそのパターンオフセツト補正方法

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JPH01179318A
JPH01179318A JP62333186A JP33318687A JPH01179318A JP H01179318 A JPH01179318 A JP H01179318A JP 62333186 A JP62333186 A JP 62333186A JP 33318687 A JP33318687 A JP 33318687A JP H01179318 A JPH01179318 A JP H01179318A
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    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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、半導体ウェハにパターンを形成するための光
学的投影露光装置及びそのパターンオフセット補正方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
一般にウェハ上にパターンを形成する場合には、何層も
のパターンを縮小投影露光装置等により一層毎に露光、
転写し、現像も一層毎行ない、このようにしてウェハ上
にパターンを重ね合せて形成する。従って、各層毎のパ
ターン転写を行なう場合には、その度にウェハと投影露
光用光学系との相対的な位置決めを行なう必要がある。
そのため、通常は、投影露光装置に位置合せ用のパター
ン検出器を装備し、ウェハをセットする場合には、予め
ウェハ上に形成された位置合せパターン(マーク)をパ
ターン検出器が光学的にとらえて、ウェハの位置決めを
行なっている。このウェハの位置決めは、パターン検出
器がウェハ上の位置合せパターンを光学的に検出して、
この位置合せパターンがパターン検出器の照準に合わさ
れるまで、ウェハ載置台(xyステージ)を自動位置調
整機構を介して移動させて行なうものである。
ところで、このようなウェハの位置決めを行なう場合、
例えばパターン検出器等の位置決め要素にわずかな変位
でもきたすと、その分、パターン検出器の照準がずれる
。その結果、せっかくパターン検出器を用いてウェハと
投影露光用光学系との相対的な位置決めを行なっても、
照準のずれた分だけ位置決めにずれが生じ、ひいてはウ
ェハ上に重ね合せ形成されるパターンにオフセット(誤
差)が生じる。
そこで、従来は、このようなパターンオフセットをでき
るだけ少なくするため、パターン転写を行なうに際して
、テストウェハを用いて位置合せパターン(テストパタ
ーン)を転写、現像し、このテストパターンと前回に転
写、現像されたテストパターンの間隔(パターン間隔は
予め設定されている)とを顕微鏡でwt察したり、光学
的に計測して、その寸法誤差を求め、且つ寸法誤差分ウ
ェハ等の自動位置調整機構の位置決め定数を自動補正し
ていた。
なお、この種のオフセット補正に関する従来技術として
は、例えば特開昭59−13324号公報等に開示され
たものがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、前述した如き従来のオフセット補正技術にお
いては、パターン精度を高める利点を有するが次のよう
な改善すべき点があった。
第1には、従来は、投影露光装置と現像機が別別に装置
化されているため、投影露光装置によりテストウェハに
位置合せパターンを投影露光した後、このテストウェハ
を投影露光装置のXYステージから取り出し、別の場所
にテストウェハを持出して現像を行なうものであった。
そのため、この種の露光、現像作業が面倒で時間がかか
る。
第2には、パターンオフセット補正に要する工程が(1
)テストウェハに第1層目の位置合せパターンを露光、
転写し、(2)この第1層位置合せパターンを別装置に
て現像、(3)再びテストウェハを転写位置にセットし
て第2層目の位置合せパターンを露光、転写し、(4)
この第2層位置合せパターンを別装置にて現像、(5)
その後に第1.第2層の位置合せパターンの間隔を計測
し、この計測値に基づき自動位置調整機構の位置決め定
数に対し補正項としてフィードバックをかける工程を要
する。従って、オフセット補正に手間がかかり、使用者
の負担が大きくなる等の改善すべき点があった。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、第1には、テストウェハ等に転写さ
れる位置合せパターンの露光、現像作業の簡略化及び時
間の短縮化を図り、第2には、上記第1の目的達成に加
えてこの種のパターンオフセット補正を工程数を少なく
して高精度に行なうようにすることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記第1の目的は、ウェハを固定するためのXYステー
ジと、前記ウェハにパターンを投影露光して転写する投
影露光用光学系と、前記xyステージをXY軸平面上で
移動させるステージ駆動機構と、前記ウェハに形成され
る位置合せパターンを光学的に検出し、この位置合せパ
ターンに基づき前記ウェハと前記投影露光用光学系との
相対的な位置決めを行なう位置調整手段とを備えてなる
投影露光装置において、前記XYステージの可動域の上
方に現像機を設け、且つこの現像機は、XYステージ上
にウェハを固定したままウェハ上の位置合せパターン露
光部を現像する機能を備えてなることで達成される。
また、上記第2の目的は、前述の第1の目的達成手段を
用いて次のような工程を経たパターンオフセットを行な
うことで達成される。
すなわち、ウェハにパターンを重ね合せ形成する場合に
は、各層のパターン転写に際し、(■)前記XYステー
ジにテストウェハを固定して、該テストウェハに前記位
置合せパターンを前記投影露光用光学系を介して、投影
露光し、(II)この位置合せパターンの露光後に、前
記テストウェハを固定したまま前記XYステージをその
移動量を自動測定しつつ駆動させて、先ずこのテストウ
ェハを前記現象機の定位置(現像機はXYステージの上
方に設定される)まで移動させ、(Ill)この定位置
にて前記テストウェハ上の位置合せパターン露光部を現
像した後、(■)このテストウェハを前記XYステージ
と共に予め設定されたパターン検出位置まで移動させ、
(V)このパターン検出位置にて前記テストウェハに形
成された位置合せパターンを前記パターン検出器で検出
させると共に、この検出位置での位置合せパターンと前
記パターン検出器の照準とが一致せず位置偏差が生じて
いる場合には、その位置偏差分だけ前記位置調整手段の
位置決め定数をフィードバック補正し、これらの工程を
経てオフセットパターンを補正する。
〔作用〕
第1の目的達成手段の如くXYステージの可動域の上方
に現像機を設ければ、投影露光装置を用いてテストウェ
ハに位置合せパターンを露光した後、XYステージを可
動域の所定位置にセットして、XYステージ上にテスト
ウェハを固定したままウェハ上の位置合せパターン露光
部を現像することが可能となる。従って、位置合せパタ
ーンの露光、現像をウェハをXYステージから取出すこ
となぐ行なうことができ、位置合せパターンの露光、現
像作業の簡略化2作業時間の短縮化を図り得る。
次に、第2の目的達成手段の作用を第5図(a)。
(b)に基づき説明する。
第5図(a)、(b)は本発明のパターンオフセット補
正法の原理図で、同図(a)、(b)におけるSはパタ
ーン検出器の視野、Tは照準、(Xl。
Yz)は位置合せパターン転写位置、(X2. YZ)
は適正なパターン検出器[、(Xa、 Yes)はパタ
ーン現像位置、13は位置合せパターンの転写。
現像、検出工程時の位置状態を表わす。
しかして、本発明では、前述の(1)〜(V)の工程の
うち、(1)〜(IV)までの工程では、先ず投影露光
用光学系を用いて(Xl、 Yt)の位置にてテストウ
ェハに位置合せパターン13の露光。
転写を行ない、次いでXYステージを自動測定しつつ現
像位置(Xa、 Ya)まで移動させて、XYステージ
上にテストウェハを固定したまま位置合せパターン13
の転写部を(Xa、 Ya)の位置にて現像し、その後
テストウェハをXYステージと共にパターン検出位置(
X2. YZ)の位置まで移動させる。ここで、位置合
せパターンの転写位置(Xz、 Yt) 、現像位置(
Xa、 Ya) 及びパターン検出位置(X2. Yz
)の位置は予め設定され、且つXYステージの転写位置
から現像位置までの移動量l、1及び現像位置からパタ
ーン検出位置までの移動量L2は自動測定されるので、
テストウエバを転写位置(Xt+ Yl)を現像位置(
X3゜Ya)及び検出位置(X2. Yz)に正確に移
動させることができる。
そして、(V)の工程では、パターン検出位置(X2.
 Yz)の位置にて位置合せパターン13とパターン検
出器の照準Tが一致しているか否か判断される。この場
合、第5図(a)に示すように位置合せパターン13と
照準Tとが一致すれば、パターン検出器等の位置決め要
素は適正状態にある。従って、この場合には、ウェハと
投影露光用光学系との相対的位置決めを行なう位置調整
手段の位置決め定数に補正をかけない。そして、本番の
パターン転写を行なう場合には、現状の位置決め定数に
基づき位置調整手段を駆動させて、位置合せパターン1
3が照準Tに一致するまでウェハを移動させ、このよう
にしてウェハと投影露光用光学系との相対的な位置決め
が行なわれる。
また、上記同様にテストウェハをパターン転写位置(X
I、Yl)→パターン現像位置(X8゜Ya)→パター
ン検出位置(Xz、 Y2)で各工程を行ないつつ移動
させた場合、パターン検出器等の位置決め要素に変位が
生じていると、第5図(b)に示すように本来の位置合
せパターン位に(X、2. Yz)と照準TとにΔL=
 (Xz+ Y2)−(X2’ y Y2’ )= (
X+ Y)だけずれが生じる。
この場合、何らの対処がないと、本番のパターン転写を
ウェハに施す場合に1位置調整手段は1位置合せパター
ンが位置ずれした照準Tに一致するまでウェハを移動さ
せるので(第5図(b)の(Xz’ 、 Y2’ )位
置)、ウェハのセット位置が65分だけずれ、ウェハ上
に重ね合せパターンを形成する場合には、前層と今回の
層とのパターンに65分だけオフセットが生じる。しか
し、本発明では、テストウェハを現像位[(X3. Y
a)から本来の位置合せパターン検出位置(X2. Y
2)に戻した時点で、ずれのある照準Tの位置(X2’
Y2′)と本来のパターン検出位置(X2. Y2)と
の位置偏差ΔL= (X、Y)を検出することで、この
位置偏差ΔL分だけ位置調整手段の位置決め定数をフィ
ードバック補正する。従って、たとえパターン検出器の
照準Tがずれても、本番のパターン転写をウェハに施す
場合には、位置調整手段がこのずれ分ΔLを見込んで位
置合せパターンが真のパターン検出位置(X!、 Yz
)にくるように、ウェハと投影露光装置との相対的な位
置決めを行なう。従って、本発明によれば、例えばパタ
ーン検出器等の位置決め要素に変位が生じても、ウェハ
上に重ね合せパターンを形成する場合には、65分のパ
ターンオフセットが生じるのを防止し、高精度の重ね合
せパターン形成を行なうことができる。
また、本発明によるオフセット補正方法によれば、1回
の位置合せパターンの転写、現像で、しかもテストウェ
ハをXYステージに固定したままで投影露光位置→現像
位置→パターン検出位置と所定の距離だけ往復動させる
ことで、パターンオフセットが補正できるので、従来の
如きはん雑な工程を要することなく、短時間に自動的な
パターンオフセット補正を行ない得る。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図ないし第5図に基づき説明す
る。
第1図は本発明の適用対象となる投影露光装置の一構成
例を示す概略斜視図である。
第1図において、1はXYステージ、2はウェハ、3,
4はXYステージを駆動させるためのサーボモータ、5
はレーザ測長系、6は露光照明系、7は照明レンズ、8
は投影レンズ、9はパターンの原画が施されるレティク
ル、10はレティクル微動部、11は位置合せパターン
のX方向を検出するためのパターン検出器、12は位置
合せパターンのY方向を検出するためのパターン検出器
13はレティクル9よりウェハ2に転写された位置合せ
パターン、11a〜11f及び12a〜12fは、パタ
ーン検出器]−1及び12の光学系要素である。
このような構成要素を備える投影露光装置では、照明系
6より出た露光光が照明レンズ7を通過し、レティクル
9のパターン及び投影レンズ8を通して、XYステージ
1上に固定されたウェハ2に投影し、パターンの転写が
行なわれる。
このパターン転写を行なうに際し、XYステージ1は、
レーザ測長系5により0.02 μmの精度で位置計測
され、サーボモータ3,4により±0.05  μm程
度の精度で位置決めされる。更に、ウェハに形成された
両店のパターンへ次層のパターンの正確な重ね合せを実
現するため、ウェハ2上の合せパターン13を、縮小レ
ンズ8とレティクル9に設けた窓9aを通して、パター
ン検出器11、.12が検出し、これにより±0.1 
μm程度の精度で正確な重ね合せを実現することができ
る。すなわち、パターン検出器11.12が位置合せパ
ターン13を光学的に検出すると、位置合せパターン1
3がパターン検出器11.12の各照準に一致するまで
、XYステージ1をサーボモータ3,4を介してX、Y
軸平面上にて駆動させ、レティクル9とウェハ2との相
対的な位置決めが行なわれる。
しかして、本実施例では、このような投影露光装置にお
いて、更に次のような現像機20を取付ける。
すなわち、現像機20は、XYステージ1の可動域の上
方定位置に配され、この現像機20を用いてXYステー
ジ1上にウェハを固定したままウェハ上の位置合せパタ
ーン13を現像できるように設定している。第2図は、
現像機20の詳細を表わす縦断面図で、同図において、
21aは、現像液およびリンス液の供給を兼用する管で
、管21、 aは現像機本体20’ に設けた供給ノズ
ル21bに接続される。22aは液体吸引管で、液体吸
引管22aは本体2Q’ に設けた吸込孔22bに接続
される。23はノズル21bから出された現像液、24
はウェハ2上の感光剤であり、第2図に示した状態は、
液体供給ノズル21bより現像液23が、感光剤の位置
合せパターン13の上に表面張力でとどまっているとこ
ろを示したものである。現像シーケンスは、第2図に示
す状態の現像終了後、現像液23を吸引管22aで吸引
した後、管21a及びノズル21bを介してリンス液の
供給を行ない、その後、リンス液を吸引した後、エア吹
き出し乾燥を行なうものである。
しかして、このように現像機20をXYステージ1の可
動領域上方に設ければ、XYステージの移動を介してテ
ストウェハ2をパターン転写位置からパターン現像位置
まで移動でき、ひいては、XYステージ1からウェハ2
を取り出すことなく、位置合せパターンの露光、現像を
行ない得る。
次に、上記構成よりなる現像機付投影露光装置を用いて
のパターンオフセット補正法を第3図ないし第5図に基
づき説明する。
第3図は本実施例のパターンオフセット補正の動作を説
明するための説明図、第4図はそのフローチャート、第
5図(a)、(b)は位置合せパターンの投影露光位置
、現像位置、パターン検出位置との位置関係を表わす説
明図である。
本実施例のパターンオフセット補正は、第3図及び第4
図に示すように、本番のウェハ(図示せず)に所定のパ
ターンを重ね合せ形成するに際し、まず、未感光の感光
剤付テストウェハ2を、XYステージ1上に固定配置(
ローディング)する(ステップエ)、、次いでウェハ2
に、レティクル9に描かれた位置合せ用パターン(原画
)を所定の位置(Xt、 Yt)にて転写する(ステッ
プ■)。
次いで、XYステージ1上にテストウェハ2を固定した
まま、XYステージ1を現像機20の定位置(Xs、 
Yr+)に移動して、転写された位置合せパターンを前
記現像システムのシーケンスに従って現像し、且つリン
ス、乾燥工程を行なう(ステップ■)。この場合のX、
Yステージ1のXY軸平面上でのXY移動量L1はレー
ザ測長システム5により、正確に測長される。次いで、
テストウェハ2をレーザ測長システム5で測長しつつL
z分だけXYステージ1をXY軸平面上で移動させて、
現像された位置合せパターン13をパターン検出位置(
X2. Y2)まで移動させる。ここで、位置合せパタ
ーンの投影露光位置(Xt* Yl) *呪像位fli
 (Xa、 Y3 )及びパターン検出位置(X2. 
Y2)は、あらかじめ設計データにより既知であるので
、これらの位置データとXYステージの移動測定量LL
、L2に基づき、テストウエハ2を現像位置(Xs、 
Ya)からパターン検出位置(Xz、 Yz)まで正確
に移動させることができる。
そして、この場合、パターン検出器11.12を通して
位置合せパターン13とパターン検出器11.12の照
準T、換言すれば本来のパターン検出位置(Xz、 Y
z)と照準Tと位置偏差が生じているか否か、及び位置
偏差量ΔL= (X、Y)が測定される(ステップV)
、  第5図(a)、(b)は、この時の状態を表わす
ものである。
第5図(a)、(b)は第4図に対応するもので、発明
の〔作用〕の項でも述べたように、Sはパターン検出器
の視野、Tは照準、(Xl、 Yt)は位置合せパター
ン転写位置、(XZ、 YZ)は正規のパターン検出位
置、(Xs、 Ya)はパターン現像位置である。
そして、パターン検出器11.12で検出される位置偏
差量ΔL=Oであれば、第5図(a)に示すように、パ
ターン検出器11.12が適正状態を保ち、照準位置T
と本来のパターン検出位置(Xz、 YZ)が一致し、
オフセットが発生していない。従って、この場合には、
位置調整手段3゜4がソフトウェアパラメータとしても
つ位置決め定数にフィードバック補正をかけない。そし
て、本番のパターン転写を行なう場合には、現状の位置
決め定数に基づき位置調整手段3,4を駆動させて、位
置合せパターン13が照ITに一致するまでウェハを移
動させ、このようにして、ウェハとレティクル9との相
対的な位置決めが行なわれる。
また、上記の如くテストウェハをパターン転写位置(X
l、Yt)→パターン現像位置(XaI Ya)→パタ
ーン検出位B (XZ、 Yz)に各工程を行ないつつ
移動させても、パターン検出器11.12等の位置決め
要素に変位が生じると、第5図(b)に示すように本来
の位置合せパターン位置(XZ。
Yz)と照準Tとに65分だけずれが生じる。この場合
、何らの対処がないと、本番のパターン転写をウェハに
施す場合に、位置調整手段は、位置合せパターンが照準
Tに一致するまでウェハを自動的に移動させてしまうの
で(第5図(b)の(Xz’ HYz’ )位置)、ウ
ェハの位置が65分だけずれてセットされる。そしてウ
ェハ上に重ね合せパターンを形成する場合には、前層と
今回の層とのパターンに65分だけオフセットが生じる
しかし、本実施例では、テストウェハを現像位置(Xs
、 Ya)から本来の位置合せパターン検出器@ (X
Z、 YZ)に戻した時点で、パターン検出器11.1
2が照準Tと正規の位置合せパターン検出位置(Xzy
 Yz)との位置偏差ΔL= (XZ。
YZ)−(Xz′、Yz′)=(X、Y)を検出するこ
とで、この位置偏差ΔL分に基づき位置調整手段3,4
のソフトウェアパラメータたる位置決め定数をフィード
バックして補正する。従って、たとえパター検出器の照
$Tがずれても1本番のパターン転写をウェハに施す場
合には、位置調整手段11.12がこのずれ分ΔLを見
込んで位置合せパターンが真のパターン検出位置(X 
Z t Y 2)にくるように、ウェハと投影露光装置
との相対的な位置決めを行なう。この場合の位置合せパ
ターン13と照準Tとの最終的な位置は第5図(b)の
状態に保たれる。従って、本実施例によれば、例えばパ
ターン検出器11.12等の位置決め要素に変位が生じ
ても、ウェハ上に重ね合せパターンを形成する場合には
、65分のパターンセットが生じるのを防止し、高精度
のパターン形成を行なうことができる。
また、本実施例によるオフセット補正方法によれば、1
回の位置合せパターンの転写、現像で、しかもテストウ
ェハをXYステージに固定したままで投影露光位置→現
像位置→パターン検出位置と所定の距離だけ往復動させ
ることで、パターンオフセットを補正できるので、従来
の如きはん雑な工程を要することなく、短時間に自動オ
フセット補正を行ない得る。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、(1) X Yステージ
の可動域上方に現像機を配することで、ウェハをXYス
テージに固定したまま位置合せパターンの露光、現像を
行ない、この種パターンの転写。
現像作業の簡略化及び時間の短縮化を図り、(2)更に
この現像機を用いたパターンオフセット補正法により、
位置合せパターンの1回の転写、現像で繁雑な作業を要
することなく、短時間で高精度のパターンオフセットの
補正を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の適用対象となる投影露光装置の一構成
例を示す概略斜視図、第2図は上記投影露光装置に装備
される現像システムの縦断面図、第3図は本発明のパタ
ーンオフセット補正法の具体例を示す説明図、第4図は
上記パターンオフセット補正法のシーケンスを表わすフ
ローチャート、第5図(a)、(b)はパターン転写位
置、パターン現像位置及びパターン検出位置の位置関係
を表わす説明図である。 1・・・XYステージ、2・・・ウェハ(テストウェハ
)、3.4・・サーボモータ(ステージ駆動機構2泣置
調整手段)、5・・・XYステージ移動量測定手段(レ
ーザ測長系)、6,7,8,9・・投影露光用光学系、
11.12・・・パターン検出器、13・・・位置合せ
パターン、20・・・現像システム、Ll、Lz・・・
XYステージ移動量、ΔL・・・位置偏差、(Xl。 Yl)・・・パターン転写位置、(X2. Y2)・・
・パターン検出位置、(Xa、 Ya)・・・パターン
現像位置、T・・・パターン検出器の照準。 阜j圓 /−XYgデージ 73−− イ装置#ぜノゾダーン 2θ −・−現4本システム 茎5 区 (C 丁

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ウェハを固定するためのXYステージと、前記ウェ
    ハにパターンを投影露光して転写する投影露光用光学系
    と、前記XYステージをXY軸平面上で移動させるステ
    ージ駆動機構と、前記ウェハに形成される位置合せパタ
    ーンを光学的に検出し、この位置合せパターンに基づき
    前記ウェハと前記投影露光用光学系との相対的な位置決
    めを行なう位置調整手段とを備えてなる投影露光装置に
    おいて、前記XYステージの可動域の上方に現像機を設
    け、且つこの現像機は、XYステージ上にウェハを固定
    したままウェハ上の位置合せパターン露光部を現像する
    機能を備えてなることを特徴とする投影露光装置。 2、ウェハを固定するためのXYステージと、前記ウェ
    ハにパターンを投影露光して転写する投影露光用光学系
    と、前記XYステージをXY軸平面上で移動させるステ
    ージ駆動機構と、前記ウェハに形成される位置合せパタ
    ーンを光学的に検出し、この位置合せパターンに基づき
    前記ウェハと前記投影露光用光学系との相対的な位置決
    めを行なう位置調整手段とを備えてなる投影露光装置に
    おいて、前記XYステージの可動域の上方に現像機を設
    け、前記ウェハにパターンを重ね合せ形成する場合には
    、各層のパターン転写に際し、前記XYステージにテス
    トウェハを固定して、該テストウェハに前記位置合せパ
    ターンを前記投影露光用光学系を介して、投影露光し、
    この位置合せパターンの露光後に、前記テストウェハを
    固定したまま前記XYステージをその移動量を自動測定
    しつつ駆動させて、先ず該テストウェハを前記現像機の
    定位置まで移動させ、この定位置にてテストウェハ上の
    位置合せパターン露光部を現像した後、該テストウェハ
    を前記XYステージと共に予め設定されたパターン検出
    位置まで移動させ、このパターン検出位置にて前記テス
    トウェハに形成された位置合せパターンを前記パターン
    検出器で検出させると共に、この検出位置での位置合せ
    パターンと前記パターン検出器の照準とが一致せず位置
    偏差が生じている場合には、その位置偏差分だけ前記位
    置調整手段の位置決め定数をフィードバック補正するこ
    とを特徴とする投影露光装置のパターンオフセット補正
    方法。
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