JPH0193120A - 縮小投影露光装置および方法 - 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） この発明は、半導体装置の製造過程において半導体ウェ
ハ上にレチクル像を縮小露光する縮小投影露光装置に関
する。

（従来の技術） この種の従来の縮小投影露光装置は、少なくとも１枚の
半導体ウェハの露光を行なう期間ではレチクル面および
ウェハを栽せるためのステージが光学系の主軸に対して
有する傾きは固定されていた。

ところで、ウェハ面は局所的には凹凸があり、現状では
１０ｍｍ角の面積の中で３μｍの高低差があることを覚
悟しなければならない。しかも、像面湾曲やウェハがプ
ロセスの途中である場合における素子面の凹凸を考慮す
ると、光学系のフォーカスマージンとして４μｍ以上が
要求される。

しかし、今後さらに分解能を上げていくと、フォーカス
マージンは減少し、充分なフォーカスマージンがとれな
くなってしまう。例えば、ＮＡ　（開口数）０．４のレ
ンズで０．８μｍを分解しようとすると、フォーカスマ
ージンは３μｍ以下となる。この場合には、現状のウェ
ハ表面のフラットネスでは、パターン転写の精度が著し
く低下してしまうという問題がある。したがって、従来
は分解能を高める事は困難であった。

この問題を解決するために特願昭６１−３１５３６７号
明細書には、レーザ光をウェハのスクライブライン上に
照射してその反射光の角度からウェハ面の局所的な傾き
を検知し、その検知結果に基づいてウェハステージまた
はレチクルの傾きを制御する技術が記載されている。こ
のようにすれば、フォーカスマージンの狭い光学系を使
用しても精度の高いパターン転写を行なうことが可能と
なり、分解能を高められるようになる。

しかしながら、前記明細書に記載されている傾き検出で
は、ウェハ面の局所的な傾きを正確に検知するためには
、レーザ光を細く絞りスクライブ線に正確に照射する必
要がある。これは、もしレーザ光を絞ることなくウェハ
面に投射すると、製造工程の途中でウェハのチップ表面
に凹凸ができている場合は反射光に加えて多数の散乱光
も発生するので、ウェハ面の傾きの検出精度が落ちるた
めである。したがって、ウェハ面の局所的な傾きを正確
に検知するには非常に高精度の光学系が必要となり、コ
ストアップにつながる聞届があった。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は前述の事情に鑑みなされたもので、従来のよ
うにレーザ光をスクライブ線内だけに正確に投射しなく
ても、ウェハのチップ面の凹凸による散乱光の影響を受
けずにウェハ面の局所的な傾きを正確に検知できるよう
にし、廉価でしかもパターン転写の精度の高い縮小投影
露光装置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） この発明による縮小投影露光装置にあっては、半導体ウ
ェハ面の露光領域に形成した回折パターンにレーザ光を
照射し、その回折光の角度から光学系の主軸に対する露
光領域の傾きを検出するウェハ面局所傾き検出部と、こ
の検出部により制御され、検出された傾きを補正するよ
うにウェハステージまたはレチクルの少なくとも一方を
光学系の主軸に対して傾ける微動部とを具備したもので
ある。

（作用） 前記構成の縮小投影露光装置にあっては、回折パターン
から発生される回折光の角度で露光領域の傾きを検出し
ているため、チップ本体にレーザ光が照射されてもその
チップ表面の凹凸に起因する散乱光の影響を受けること
なく傾きを検出することができる。したがって、レーザ
光を細（絞る必要がなくなり、傾き検出のための光学系
の構成を簡単にすることが可能となり、廉価でしかもパ
ターン転写の精度の高い縮小投影露光装置が得られる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。

第１図は例えば５；１の縮小投影を行なう装置を示して
おり、■は光源系、２は投影レンズ系、３は光学系の主
軸、４はレチクル、５は上記レチクルを支持すると共に
前記主軸３に対する傾きを微調整するためのレチクル微
動部、６は半導体ウェハ、７は上記ウェハＢを載せるウ
ェハステージの前記主軸３に対する傾きを微調節するた
めのステージ微動部、８はウェハ面の局所的な傾き（前
記主軸３に対する）を検出するためのウエノ１面局所領
き検出部である。

このウェハ面局所傾き検出部８は、ウェハ面の露光領域
に予め形成した凹凸による回折パターンにレーザ光を照
射し、その回折光の角度からウェハ表面の局所的な傾き
を検出できるように構成されている。

次に、第２図を参照してこのように回折光を利用した傾
き検出部８の検出原理について説明する。

まず、ステージ微動部７上に栽せたウェハ６の真上から
レーザ光ｌＯをウェハ上の回折パターン１１に照射し、
回折光１２．１３を発生させる。そして、その回折角θ
からウェハ面の局所的な傾きを検知する。

ウェハ面の局所的な傾き角をαとすると、傾き角αと回
折角θとの間には、 −Ｓ　ｉｎ　（ａ　）　＋　Ｓ　ｉｎ　（θ−ａ）−ｎ
λ／ｄの関係が成立つ。

ここで、傾き角αと回折角θはそれぞれラジアン単位で
あり、λはレーザ光の波長、ｄは回折パターンのピッチ
、ｎは回折の次数である。

傾き角αが微少であることを考慮すると、上式％式％（
）） と近似でき、傾き角αは、 ５ｉｎ（θ）　−（ｎ　λ／ｄ） として求められる。

第３図にはウェハ６のスクライブ線１１に形成する凹凸
による回折パターンの例が示されている。

第３図（Ａ）は２μｍピッチで幅１μｍ１間隔１μｍの
帯状パターンを並べたものであり、この場合例えば波長
λ−１μｍのレーザ光を用いると、回折角θは約３０″
となる。この回折パターンは非常にピッチが狭いのでこ
れと類似のパターンがチップ本体内に形成される事は少
ないので、従来のようにレーザ光を細く絞ることなく正
確な傾き検出を行なうことができる。しかしながら、場
合によってはチップ本体内に類似パターンが形成される
事もあるので、傾き検出の信頼性をさらに向上させる為
にはチップ周辺領域にその類似パターンの形成を禁止す
る領域を設けるか、あるいはレーザ光をほぼスクライブ
線の幅近くにまで絞り、本体内に形成された類似パター
ンから回折光が発生されないようにしたほうが良い。

第３図（Ｂ）は帯状の回折パターンをスクライブ線１１
の長さ方向に対して角度βだけ傾けたものであり、この
角度βを本体内パターンで使う頻度の少ない角度（例え
ば４５″）、または使用しない角度（例えば２５°、７
５°）にしておけば、レーザ光を絞る必要がなくなり傾
き検出をより容易に行なうことができる。また、スクラ
イブ線にそのような角度の回折パターンを形成するのが
困難な場合には、第３図（Ｃ）に示すように階段状のパ
ターンでその角度を近似してもよい。

第３図（Ｄ）は回折パターンをドツトマトリクス状に形
成したものであり、このようにするとウェハ面のＸ方向
とＹ方向の両方の方向に回折光が発生するので、ウェハ
ー面の局所的なＸ方向およびＹ方向の傾きを同時に検出
することができる。

このような回折パターンから発生される回折光の検出に
は、例えば２次元状に配置されたＣＯＤより成る光セン
サを利用することができる。また、第３図（Ｄ）に示し
た回折パターンを用いる場合には、このような２次元の
光センサを用いなくても、１次元のセンサをＸ方向およ
びＹ方向にそれぞれ設けけることで検出を行なうことが
できる。

尚、第３図に示した回折パターンは必ずしもスクライブ
線に形成する必要はなく、チップ本体の一部に形成して
もよいが、この場合にはチップ内に形成する正規回路の
為の面積が制限させることに注意する必要がある。

このようにこの発明の縮小投影露光装置における傾き検
出部８は、凹凸による回折パターンから発生される回折
光で傾き検出を行なっているので、チップ本体表面の凹
凸による散乱光の影響を受ける事がなくなり、レーザ光
を細く絞らなくても正確な傾き検出を行なうことができ
る。

また、前記レチクル微動部５は、レチクル４を支持する
支持台を圧電素子により支持し、この圧電素子に前記ウ
ェハ面局部傾き検出部８により与えられる制御電圧が印
加されるように構成されている。同様に、ステージ微動
部７は、ステージ支持台を圧電素子により支持し、この
圧電素子に検出部８により与えられる制御電圧を印加す
るように構成している。

次に、このように構成される縮小投影露光装置の使用方
法および動作を説明する。まず、通常の位置合せ機構（
図示せず）によりウェハ６を所定の位置に移動させた後
、露光領域例えば１チップ分のウェハ表面の傾きを傾き
検出部８により検出する。次に、このようにして検出さ
れた傾きを補正するようにレチクル４およびウェハステ
ージの少なくとも一方を傾むける。すなわち、ウェハス
テージのみを傾むける場合には、上記検出された傾きと
同じ大きさだけステージ微動部７によりウェハステージ
を傾ける。これに対して、レチクル４のみを傾むける場
合には、本例は１１５の縮小投影を行なうので、検出さ
れたウェハ面の傾きの５倍（尚、１／１０縮小投影の場
合は１０倍）だけレチクル微動部５によりレチクル４を
傾ける必要がある。尚、レチクル４の微動とウェハステ
ージの微動との組合わせにより傾きを補正してもよい６ したがって、ウェハ面の露光領域に対する露光行なう前
に上記したように露光領域に対する傾きの補正を行なう
ことによって、この補正がなされた状態でウェハ面に精
度の良いパターン転写を行なうことが可能になる。

そして、このように傾きの調節を行なった後に、光源系
１からレチクル４を介して対応するチップにパターン転
写を行なう。

尚、上記実施例は、レチクルおよびウェハステージのそ
れぞれに対して微動部５．７を設けたが、少なくとも一
方に対して微動部を設けさえすれば他方に対しては傾き
補正機構を設けなくても支障はない。

また、ここでは１チツプ毎に検出およびパターン転写を
繰返し行なう場合について説明したが、最初に各チップ
毎の傾きをウェハ全体にわたって検出しておき、その後
その各検出結果に基づいて１チツプ毎に傾きを調整して
パターン転写を行なうようにしてもよい。

さらに、回折パターンは必ずしも凹凸により形成したも
のでなくても良く、例えば凹凸を形成した後にその凹部
にウェハと異なる材料を埋込む事により表面の平坦な回
折パターンを形成し、これによって回折光を得ることも
可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、レーザ光をスクライブ
線の幅より狭く絞ることなくウェハ表面の局所的な傾き
を正確に検知できるので、傾き検知のための光学系の構
成を簡単にすることができる。したがって、精度の高い
パターン転写を行なうことのできる縮小投影露光装置を
比較的廉価に製造することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る縮小投影露光装置の
全体の構成を示す図、第２図は第１図の装置に設けるウ
ェハ面局部傾き検出部の傾き検出の原理を説明するため
の図、第３図は傾き検出に使用する回折パターンの例を
示す図である。 ３・・・光学系の主軸、４・・・レチクル、５・・・レ
チクル微動部、６・・・ウェハ、７・・・ステージ微動
部、８・・・ウェハ面局所傾き検出部。 第１図 ］１ 第２図 （Ａ） （Ｃ） 第３ ＣＢ） ＣＤ） 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハ面の露光領域に形成した回折パター
   ンにレーザ光を照射し、その回折光の角度から光学系の
   主軸に対する露光領域の傾きを検出するウェハ面局所傾
   き検出部と、 この検出部により制御され、検出された傾きを補正する
   ようにウェハステージまたはレチクルの少なくとも一方
   を光学系の主軸に対して傾ける微動部とを具備すること
   を特徴とする縮小投影露光装置。
2. （２）前記回折パターンは、スクライブ線上に形成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の縮
   小投影露光装置。
3. （３）前記回折パターンは、等間隔に並んだ帯状パター
   ンより成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の縮小投影露光装置。
4. （４）前記等間隔に並んだ帯状パターンは、スクライブ
   線に対して斜めに傾むいて形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の縮小投影露光装置。
5. （５）前記回折パターンは、マトリクス状に配置された
   ドットパターンより成ることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の縮小投影露光装置。