JPH025403A - 露光装置用のダミーウエハ - 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】 （産業上の利用分野ン 本発明はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造に際して用い
られる露光装置用のダミーウェハに関し、特にレチクル
やマスク（以下「レチクル」という。）等の第１物体而
上に形成された電子回路等のパターンを直接若しくは投
影レンズ等の光学手段を介してウェハ面等の第２物体面
上に露光転写する際に第２物体面上のパターン領域の照
明ムラを検出する為の露光装置用のダミーウェハに関す
るものである。

（従来の技術） 従来よりＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の露光装置
には照明用光源として、例えば超高圧水銀灯のような連
続発振する光源か用いられている。このとき被照射面上
の照度ムラの測定は投影レンズの像面位置に略合致した
どンホール板とその後方に配置した受光素子とから成る
受光器を被照射面内で像面方向に移動させ、各々の位置
における光量を検出して行っている。

露光装置における投影パターンの微細化を図るうえで有
力な一手段として露光波長の短波長化がある。比較的短
波長（２４８ｒ＋＋＋＋前後、）の光を発振する光源と
して、例えばエキシマレーザかある。エキシマレーザは
１０〜２０　ｎ５ｅｃのパルス発振をし、又可干渉性が
高いという特徴を有している。

この為、エキシマレーザを露光装置に用いた場合には被
照射面上に光の可干渉性によるスペックルが発生し、照
度ムラとなってくる。この為揺動方式を用い多パルス発
振を行ないスペックルの平均化を図る必要がある。

又、被照射面上の照度ムラを測定する場合には次のよう
な問題点があった。

（イ）短波長である為に受光素子の感度が低く感度不足
となってくる。

（ロ）パルス発振に対する応答性が低い。

（ハ）各測定点において毎回露光する為にエキシマレー
ザの寿命が短くなってくる。又露光毎の光量のバラツキ
に伴い積度が低下してくる。

この他、従来の照度ムラの測定器はＸＹステージ上、ウ
ェハを支持するウェハチャックの近傍に固定配置されて
いる。

この為投影レンズの像面が気圧の影響を受けて上下に移
動すると測定器はこれに追従することができず、像面と
どンホールとの不一致は、例えば対称デイスト−ジョン
の発生により測定誤差の原因となってくる等の問題点が
あった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は被照射面上の光量分布を受光素子で直接測定し
て電気信号に変換する代わりに第１波長帯域の露光光の
照射により第２波長帯域の光に対して光学的特性（例え
ば透過率）が変化する感光材料、例えばホトクロミック
材料を基板面上に設けたダミーウェハを用い、該ダミー
ウェハ面上に照度分布を記憶し、該感光材料面上に形成
された照度分布を照明光の波長とは異った波長の光を用
いて測定することにより、被照射面上の照度ムラを迅速
にしかも高精度に測定することのできる、特に半導体製
造装置に好適な露光装置用のダミーウェハの提供を目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る露光装置用のダミーウェハは、第１物体と
第２物体を対向させて位置合わせをし、該第１物体面上
のパターンを第２物体面上に第１波長帯域の光を用いて
露光転写する露光装置用のダミーウェハであって、その
基板面上に該第１波長帯域の光の照射により、第２波長
帯域の光に対して光学的性質が変化する書き込み及び消
去が可能な可逆性の感光材料を有していることである。

（実施例） 第１図は本発明に係る露光装置用のダミーウェハを露光
装置に適用したときの一実施例の概略図、第２図は第１
図のウェハステージ及びウェハ搬送系を含む一部分の平
面図である。

本実施例は所謂オフアクシスアライメント型の露光装置
を例にとり示している。

第１図において照明系４からの光束はプラテン６により
保持されている第１物体としてのレチクル２を照射する
。そしてレチクル２面上に形成されている電子回路等の
パターンを投影レンズ１によって第２物体としてのウェ
ハ３面゛上に投影転写する。

レチクル２とウェハ３は各々不図示の搬送手段により交
換可能となっている。レチクル２の下部周辺にはレチク
ル２を装置の座標系に対して正しく配置するためのレチ
クル基準マーク５がレチクル２と僅かの間隙を有して配
置されている。レチクル２を挟んで対向する位置にはレ
チクル２をレチクル基準マーク５に対して位置合わせす
る為のレチクル顕微鏡７が設けられている。尚、レチク
ル顕微鏡７とレチクル基準マーク５は、例えばレチクル
中心を対称に２ケ所設けられている。

レチクルアライメントはレチクル顕微鏡７によりレチク
ル２面上に設けたレチクルセットマークとレチクル基準
マーク５との相対位置誤差を読み取り、ＸＹθ方向に移
動可能なレチクルステージ８によりレチクル２、及びプ
ラテン６を相対位置誤差が零に近つく方向に駆動させる
ことにより行う。そしてこのときの相対位置誤差が所定
の許容範囲になったら終了する。

投影レンズ１の近傍にウェハアライメント顕微鏡１０が
配置されている。ウェハ３はウェハ保持台１１に真空吸
着されて保持さ、れており、該ウェハ保持台１１は回転
方向及び上下方向に移動可能なθＺステージ１２に保持
され、ＯＺステージ１２はＸＹ力方向移動可能となるよ
うに構成されている。尚、ここでＯ方向はＺ＃１回りの
回転Ｈ向を示している。

ＸＹステージ１３の端部には７丈・向の（η置座標検出
の為の光学−″ニラー　１４Ｙと、該光？ミラー１４Ｙ
に光束を入射させる為のレーザー干渉測長器（以下「干
渉計」という。）１５Ｙか配置されている。同様にＸ方
向の位置座標検出の為の不図示の光学ミラー＋　４　Ｘ
　、Ｌｊ不図示の１−４計１５Ｘか配置されている。そ
し、て、これら２つぴ〕干渉計１５Ｘ、、１５Ｙを利用
し。てＸＹステージ１３の位置そしてウェハ３ζ”）Ｘ
Ｙ（１′７置座標を＋Ａ；　７ｊ、取−Ｊている。

以上のレチクル７・→イメント、ウェハ７ライメント、
そしてステージの位置情報等Ｃ）データ処理はルーチン
的に杓−）′１′−いる。又、Ｓ・−ケ〕・シャルな動
作等はコント−ワラ１００内の制御装置２０において行
っている。ジ（ブの作成、装置へのコマンド、バラメ・
−ター笠の設定は、ゴ〕・トーロラ１００内のデイスプ
レィ２】、キーボード２２に上り人力して行っている。

第２図において３０は投影レンズ１の光軸であり以下便
宜上、ＸＹステージ１３の原点０と一致させて説明する
。

ＹＩｌｔ、Ｘ軸は光学ミラーｔ　４　Ｘ、、　　１４　
Ｙノ：：ラー面３１Ｘ、３１Ｙの方向で代表されている
。

ウェハ顕微鏡工０の光軸３２（Ｐ、φ、）は本実施例に
おいては便宜上Ｙ軸）（Ｘ＝Ｏ，Ｙ＝−Ｒ，）の位置に
配置している。

１９　：ｉ三しンズ１の光軸３０とウェハ顕微鏡１００
九輔３２との距Ｈｘは、所謂Ｌｔ＝　”Ｐｉ　Ｖ　（Ｌ
ｉｓｅ　Ｉ　ｉｎｃ＞である。ＸＹステージ１３のスト
ロークはＸ）Ｊ［ｔ・についてはウェハの最大口径り、
Ｙ方向につい゛（は（Ｄ＋！２．）か若し・くはそれに
近い値に設定されており、これによりウェハ顕微鏡１０
によりつ「ハ３の表面全域の親寮及びウェハ３全域の露
光を行っている。

投影レンズ１の投影可能領域はウェハ３全域てＦｌ　３
５で示す領域であるが、　−Ｒ２４にはレイクル２は矩
形状である：り、、有効領域は矩七項域３６となってく
る。この領域３６か１回の露光でウニＡ３面上にレチク
ル２［頁１Ｆのパターンが投影転写される領域である。

ＸＹステージ１３はぞ−こに塔載したウニＡ　３の中心
か投影レンズ１の光軸３０と合致するように描かれてい
るが、ＸＹステージ１３はこ′の位置に対し、Ｘ方向に
土Ｄ／２　、　Ｙ方向に＋Ｄ／２−（Ｄ／２＋４）の範
囲内で移動可能である。

本実施例においては露光済のウェハ２を回収し、未露光
のウェハをウェハチャ・ツタ上に載置する為にＸＹステ
ージ１３を２点ｉｎ線で小すようにＱ点、ｘ　＝−Ｄ／
２、Ｙ　＝−（Ｅｌ／２　＋　ｎ）　（７）位置に移動
させることになる。

一方、通常のウェハ連続処理ル・−チンの為に未露光ウ
ェハを収納したウェハカセット２３から供給ヘルド２４
等の搬送手段で、ウェハをプリアライメントステージ２
５．１：に移送し、プリアライメントステージ２５にお
いてウェハの外形を基準に略位置決めした後、供給ハン
ト２６によりウェハ受渡し位置Ｑ点にあるウェハ保持台
１１に載せられる。

一方、ＸＹステージ１３Ｆにあり既に露光処理されたウ
ェハは回収ハント２７番こより回収ベル１〜２８に載せ
られ、回収側のウニへカセット２９に収納される。被照
射面ｌ−の照度ムラの測定用とｌノて使用する本発明の
露光装置用のダミーウェハ４０（以下「ダミーウェハ４
０」という。）は待機ステージ４１に保管されている、
ダミーウェハ４０はその基板上に、例えばフィトクロミ
ック材料等の可逆性の材料を有するようにして構成され
ている。

露光工程の最期あるいは任意の時間に被照射面上の照度
ムラを測定する場合には制御装置２０の指令により、レ
チクル２を光路中より退避させると共に露光済のウェハ
をウェハ保持台１１から撤去した後、供給ハンド２６に
よりダミーウェハ４０をウェハ保持台１１に移送する。

ダミーウェハ４０は、この場合製造用のウェハと略凹−
形状、同−中法の円形薄板であるのか望ましい。

その後ダミーウェハ４０の表面が投影レンズ１の像面位
置に一致するようにＸＹステージ１３を用いて調整する
。そして照明系４により投影レンズ１を介して露光光で
ある第１波長帯域の光によりダミーウェハ４０を一括露
光してダミーウェハ面上に照度ムラに関する情報を記録
し、ｘＹＺステージ１３により露光済のダミーウェハ４
０を受は渡し位置Ｑに移動させ供給兼回収用の供給ベル
ト２６によりＸＹステージ１３より不図示の透過率測定
器に移動させている。

第３図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｇ）は順に本実施例
におぼろダミーウェハ４０の平面図、断面図、拡大断面
図である。同図において４２は基板、４３は吸収層、４
４はホトクロミック層である。基板４２は厚さか１ｍｍ
前後で、材料としては石英の様な熱膨張係数が小さく、
更に加工性の良い材料が好ましい。

この他、Ｌ　Ｅ　（Ｌｏｗ　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　）硝
子のようにＳｉウェハと略凹−の熱膨張係数を持つ材料
や金属材料、又はＳｉウェハそのものであっても良い。

基板４２面上には露光光の吸収層４３が形成されている
。吸収層４３は第１波長帯域の光としての露光光（例え
ば２５０ｎｍの光）に対して吸収係数が大きく、第２波
長帯域の光としての測定光（例えば５００〜６００ｔ＋
ｍの光）に対して透過率の大きな材料より成っている。

これによりホトクロミック層間の膜厚干渉現象と膜ムラ
の作用で露光光の吸収が場所により異なる為に生ずる測
定誤差を防止している。吸収層４３面上に設けたフォト
クロミック層４４は例えばスど口どラン系、フルギド系
、ジヒドロどレン系、チオインジゴ系、アジリジン系、
ビピリジン系、多環芳香族系、テトラベンゾペンタセン
系等を塗布しゃすいＰＭＭＡ等のベース材に溶かしてス
どンコート等の手段で１μｍ程度の厚さに塗布されてい
る。

これらのフォトクロミック材料はいずれも第１波長帯域
の光を照射すると物質の構造式が変化し、第２波長帯域
の光に対して光学的性質、例えば透過率が変化するもの
である。又、別波長の光を照射したり、加熱したりする
ことにより元の状態に戻る可逆性を有している。例えば
スピロピラン系では紫外線を照射することにより無色か
ら紫色になり、５７０ｎｍ近傍の光を照射するか又は加
熱すると元の無色に戻る。

第４図は本実施例に係るホトクロミック層４４に波長２
４８ｎｍのエキシマレーザを照射したときの吸収スペク
トル変化を示す説明図である。初期状態（ｓｐ、大実線
）に対し、１パルス当たり２　ｍＪ／ｃｍ２のエキシマ
レーザを重ね打ちするに従い５７０ｎｍの波長を中心（
ピーク）にして吸光度が変化していく状態を示されてい
る。

第５図は第４図において５７０ｎｍの波長に着目して照
射エネルギーに対する吸光度をプロットしたときの説明
図である。同図に示すように約２０　ｒｎＪ／ｃｍ２か
ら２００　ｍＪ／ｃｍ２の間で吸光度が直線的に変化し
、ｋ　＝　０．２５％／ｍＪ／ｃｍ２の変化率であるこ
とがわかる。

本実施例はこの特性を利用することによりダミーウェハ
４０をステージのチャック面上に保持し、投影レンズの
有効投影領域全域に１００［ＩＩＪ／ｃｍ２程度の露光
を与えることにより、その照度ムラを吸光度の場所ムラ
という形でダミーウェハ面上に保存し、これをＸＹステ
ージ１３のチャック上から取り去った後に露光装置内、
又は露光装置外に設けた吸光度測定器（透過率測定器）
により該照度ムラを測定している。

第６図は本実施例に係る透過率測定器の一実施例の概略
図である。同図において露光済のダミーウェハ４０を保
持したチャック６１をＸＹステージ１３により所定位置
（ｘ、　、　３／＋　）に移動させ、第２波長帯域とし
ての波長ＳＯＯ〜７００　ｎｍ程度の光を発振する光源
６２を点灯させる。ハーフミラ−６６、レンズ６７によ
り光源６２からの光束の一部Ｌ１を受光素子６３で受光
している。

又、ハーフミラ−６６を通過した光源６２からの光束を
レンズ６８ａ、６８ｂ、６８ｃによりダミーウェハ４０
に入射させている。そしてダミーウェハ４０を通過した
光束Ｌ２を受光素子６４で受光している。

次いで点（ｘ＋　、ｙ＋　）、光量Ｌｌ、Ｌ２の情報を
コントローラ６５に送る。コントローラ６５は点（ｘ＋
、ｙ、）での透過率ＴをＴ　＝　Ｌ２／Ｔｌより求め記
憶する。同様な手法を繰り返して一括露光された全域の
測定を行い透過率分布を求めている。

以上の方法で求めた被照射面上の照度分布が予め設定さ
れた所定の範囲より外れているときはコントローラ６５
は例えば警告ランプや警告音等によりオペレーターに知
らせると共にウニ八面上への露光か出来ないように制御
し、又所定の範囲内のときは自動的に通常の露光動作を
開始するようにしている。

一方、ダミーウェハは例えば加熱あるいは特定波長の照
射によりホトクロミック層を初期状態（ｓｐ）に戻す作
業を自動的に行っている。

尚、本発明は光源としてエキシマレーザの代わりに超高
圧水銀灯（ｇ線）を用いても同様に適用することができ
る。又、プロキシミテイ方式による露光装置にも同様に
適用することができる。

（発明の効果） 以上のように第１波長帯域の照射により第２波長帯域の
光に対して光学的性質（透過率）の変化する感光材料を
設けたダミーウェハを用い、その面上に一括露光して照
度分布を形成し、該照度分布に関する情報を保存し、該
ダミーウェハをステージから取り外し、透過率分布を測
定する方式をとれば、例えばエキシマレーザのような短
波長でしかも極短パルスの光を用いたときの被照射面上
の照度ムラを迅速にしかも高精度に測定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の露光装置用のダミーウェハを露光装置
に適用したときの一実施例の概略図、第２図は第１図の
ウェハステージ及びウェハ搬送系を含む一部分の説明図
、第３図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は順に本発明
に係るダミーウェハの一実施例の平面図、断面図、拡大
断面図、第４図、第５図は本発明で用いたホトクロミッ
ク材料の光学的性質の説明図、第６図は透過率測定器の
概略図である。 図中、１は投影レンズ、２はレチクル、３はウェハ、４
は照明系、５はレチクル基準マーク、６はプラテン、７
はレチクル顕微鏡、８はレチクルステージ、１０はウェ
ハ顕微鏡、１１はウェハ保持台、１２はθＺステージ、
１３はｘＹステージ、４０はダミーウェハ、２３はウェ
ハカセット、２４は供給ベルト、２５はプリアライメン
トステージ、２６は供給ハンド、２７は回収ノ＼ンド、
２８は回収ベルト、２９はウェハカセット、１００はコ
ントローラである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１物体と第２物体を対向させて位置合わせをし
   、該第１物体面上のパターンを第２物体面上に第１波長
   帯域の光を用いて露光転写する露光装置用のダミーウェ
   ハであって、その基板面上に該第１波長帯域の光の照射
   により、第２波長帯域の光に対して光学的性質が変化す
   る書き込み及び消去が可能な可逆性の感光材料を有して
   いることを特徴とする露光装置用のダミーウェハ。
2. （２）前記感光材料はフォトクロミック材料であること
   を特徴とする請求項１記載の露光装置用のダミーウェハ
   。