JPH051610B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、レチクルパターンまたはマスクパタ
ーンをウエハに転写するための投影露光装置に関
し、特に投影光学系を用いたスルーザレンズ
（TTL）方式の位置合わせを行なう投影露光装置
及びこの装置における位置合わせ方法に関する。

［発明の背景］ 一般に、LSI、又はVLSI製造用の投影露光装
置においては、レチクルパターン（又はマスクパ
ターン）は1/5あるいは1/10程度の縮小倍率の投
影レンズを通してウエハに投影され、この時１枚
のウエハ上には同一パターンが繰り返し露光され
る。そのため、一回毎の露光の前にレチクルとウ
エハの相対位置を投影レンズを通して測定し、位
置合わせする必要が生じる。この作業を自動的に
行なうためにレチクル及びウエハには位置合わせ
のためのマークすなわちレチクルマーク及びウエ
ハマークが必要となる。しかも、通常、LGI，
VLSIの製造工程においては上記位置合わせ及び
露光工程は複数回含まれているため、上記アライ
メントマークも前工程で使用したマークとは異な
る位置に順次複数個作り込まれることが多い。

一般に投影露光装置の投影レンズには両テレセ
ンタイプと片テレセンタイプの二種類があり、レ
チクル投影像のウエハ側主光線は、両テレセンタ
イプも片テレセンタイプもウエハ面に垂直に入射
するが、レチクル側の主光線は両テレセンタイプ
の場合はレチクル面に垂直であるのに対し、片テ
レセンタイプの場合、光軸以外の像高ではレチク
ル面に対して垂直からはずれた傾きをもつてお
り、この傾きは像高によつて変化する。

従つて、従来投影レンズに片テレセンレンズを
用い、レチクルとウエハの相対位置を検出するた
めレンズを通してウエハマークの光信号を検出す
る場合、ウエハマークの像高が変わると、レチク
ル側主光線は光軸以外の像高ではレチクル面に対
し垂直からはずれた傾きをもつており、この傾き
が像高により変化するためウエハマークの光信号
選択手段に入射する光信号の光軸位置が変化し正
しい光信号検出ができなくなるという欠点があつ
た。

また投影レンズに両テレセンレンズを用い、レ
ンズを通してウエハマークの光信号を検出する場
合であつても、レンズにテレセン度誤差がある場
合にはウエハマークの像高が変わると光信号選択
手段に入射する光信号の光軸位置がテレセン度誤
差分だけ変化するため、片テレセンタイプのレン
ズを用いた場合と同様に光信号選択手段に対する
光信号の結像位置がずれてしまい正しい光信号の
検出ができなくなるという欠点があつた。

［発明の目的］ 本発明は、このような事情に鑑みなされたもの
で、その目的は、上述の従来例の欠点を除去し、
原板（マスクまたはレチクル等）と基板（ウエハ
等）間の相対位置合わせ信号を常に高精度に検出
し、正確に両者を位置合わせした状態で原板パタ
ーンを基板に投影露光することのできる投影露光
装置、及びこの装置に適用される位置合わせ方法
を提供することにある。

［目的を達成するための手段］ 上記した目的を達成するため、本発明の投影露
光装置は、原板（マスクまたはレチクル等）のパ
ターンを基板（ウエハ等）に投影する投影光学系
と、前記投影光学系に対して相対的に移動可能な
アライメント光学系と、前記投影光学系と前記ア
ライメント光学系を順に通過したマーク光の中か
ら前記原板と前記基板の相対的な位置関係を調整
するために利用される信号光を選択する信号光選
択手段と、前記信号光選択手段によつて選択され
た前記信号光を光電変換する光電変換手段と、前
記投影光学系と前記アライメント光学系の相対的
な位置関係の変化に応じた前記信号光選択手段の
移動量を算出する演算手段と、前記演算手段によ
つて算出された移動量に応じて前記信号光選択手
段を移動させる駆動手段を有することを特徴とし
ている。

また、本発明の位置合わせ方法は、原板のパタ
ーンを基板に投影する投影光学系と前記投影光学
系に対して移動可能なアライメント光学系の相対
的な位置関係の変化に応じて信号光選択手段の位
置を調整した後、前記信号光選択手段によつて前
記投影光学系と前記アライメント光学系を順に通
過したマーク光の中から信号光を選択し、前記信
号光を光電変換して得られた電気信号を利用して
前記原板と前記基板の相対的な位置関係を調整す
ることを特徴としている。

［実施例の説明］ 以下、本発明を実施例についてより具体的に説
明する。

第１図は、レチクルとウエハの相対位置検出の
ために投影レンズを通してウエハマークの光信号
を検出する装置において、ウエハマークの光信号
光軸とアライメント光学系光軸が一致している状
態を示す。

レーザ１から発射されたアライメント光はレン
ズ２を通過した後、ポリゴンミラー３、ミラー
４、対物レンズ５を介してレチクル６に照射され
る。レチクル６にはウエハ８との位置合わせ用マ
ークが設けてあり、レチクル６を通過したアライ
メント光は投影レンズ７を介してウエハ８のスク
ライブエリアに設けられたウエハマークに照射さ
れる。なおウエハ８は試料台９に載せられてい
る。ウエハマークでの反射光、すなわちウエハマ
ークからの光信号は投影レンズ７を通り入射光と
同じ道を通つてミラー４に達し、ミラー４により
入射時とは別光路に導かれ、レンズ１０を通つて
レチクル６とウエハ８の相対位置を検出するため
の光信号選択手段１１及び選択された光を電気信
号に変換する光電変換手段１２に入射する。この
光電変換手段の出力を電気的に処理することによ
り、レチクル６とウエハ８の相対位置が検出され
る。

第２図は、本発明の一実施例に係る投影露光装
置の概略のブロツク構成を示す。同図の装置は、
投影光学系光軸に対してアライメント光学系光軸
を変化させる場合に前記光信号選択手段１１の位
置を投影レンズ７のテレセン度特性に応じた最適
位置に自動補正する機能を有している。なお、符
号１〜１２は第１図と同一である。

前記第１図で説明したウエハマークの光信号光
軸とアライメント光学系光軸が一致している像高
ａから、第２図に示すような像高ｂにウエハマー
クの像高が変化した場合、投影レンズ７のテレセ
ン度特性により、光信号選択手段１１に入射する
ウエハマークの光信号光軸位置が変化する。その
ため、光信号選択手段１１に対する光信号結像位
置がΔxだけずれてしまい正しい光信号検出がで
きなくなつてしまう。本実施例において、ウエハ
マークからの光信号に対する光信号選択手段１１
の位置の自動補正は次のような方法で与えられ
る。

即ち、投影光学系光軸に対してアライメント光
学系光軸が変化した場合、まず投影光学系光軸と
アライメント光学系光軸の相対位置を知る手段１
３により両光学系光軸の相対位置データを知り、
得られた両光学系光軸の相対位置データをコント
ローラ１４に送る。コントローラ１４では両光学
系光軸の相対位置データと投影レンズ７の特性デ
ータから光信号の光軸位置と光信号選択手段１１
の位置のずれ量Δxを算出する。コントローラ１
４で算出された光信号の光軸位置と光信号選択手
段１１の位置のずれ量Δxから位置補正機構１５
の駆動量を制御することで光信号選択手段１１を
投影レンズ７のテレセン度特性に応じた最適位置
に自動位置補正可能ならしめる。

第３図に本発明の光信号選択手段（以下ストツ
パと呼ぶ）１１の自動位置補正の動作フローを示
す。この動作の制御は第２図のコントローラ１４
にて行なわれるが、コントローラ１４は図示しな
いマイクロプロセツサ及びメモリ回路等から成つ
ている。メモリ回路には、現在位置メモリ、前回
位置メモリ及びストツパ位置メモリ等が含まれて
いる。

第３図のステツプ301にてオートアライメント
が開始されると、まずステツプ302にてアライメ
ント光学系の現在位置を検知する。これは第２図
の１３で示した投影光学系光軸とアライメント光
学系光軸の相対位置を知る手段により位置検知が
行なわれる。具体的には第２図のミラー４、対物
レンズ５を駆動するステツピングモータ（不図
示）の駆動パルス数を現在位置メモリに記憶する
ことにより（不図示のフオトスイツチ等を原点と
して）アライメント光学系の位置がわかる。従つ
て実際にはステツプ302にて、マイクロプロセツ
サは現在位置メモリを読み出す。次にこの読み出
した現在位置は前回ストツパを駆動したときのア
ライメント光学系の位置（以下前回位置という）
と同じか否かステツプ303で判別する。この前回
位置は、後述するステツプ307で前回位置メモリ
に書き込まれたデータを読み出すことによつて行
なわれる。

もし、ステツプ303にて前回位置と現在位置が
異なつていればステツプ304へ進み現在のアライ
メント光学系の位置に対応するストツパ位置をテ
ーブルを読み出して算出する。このテーブルは予
めメモリ内に形成されているもので、アライメン
ト光学系の位置をメモリのアドレスに、そしてス
トツパ位置をメモリのデータに対応して書き込ん
だものである。

次にステツプ305にて後述するステツプ307にて
書き込まれているストツパ位置メモリから前回の
ストツパ位置を読み出し、ステツプ305にてこの
前回ストツパ位置とステツプ304でテーブルから
読み出したストツパ位置との差を計算しストツパ
駆動量を計算する。この計算値をもとにステツプ
306にてストツパ１１を駆動する。このストツパ
１１の駆動もステツピングモータにより行なう。
次にステツプ307にて駆動した後のストツパの位
置をストツパ位置メモリに、またこの時のアライ
メント光学系の位置を前回位置メモリに書き込
む。ここで、アライメント光学系の位置を前回位
置メモリに書き込むのはオートアライメント時以
外例えば観察時にもアライメント光学系が移動
し、現在位置メモリの内容が書き換えられる可能
性があるからである。このようにしてステツプ
301〜307で本発明の光信号選択手段１１の自動位
置補正が行なわれた後、あるいはステツプ303で
現在位置が前回位置に等しいものと判別したとき
はステツプ308へ進んでオートアライメントを実
行し、ステツプ309にてオートアライメントを終
了する。

［実施例の変形例］ なお、前記実施例では光信号選択手段１１を投
影レンズ７のテレセン度特性に応じた最適位置に
自動位置補正する例を示したが、光信号選択手段
１１と光電変換手段１２を一体で駆動させても同
様な効果が得られることは明瞭であり、さらに光
信号選択手段１１を駆動することに代えて光信号
選択機能を有する光電変換手段１２を駆動させて
も全く同様な効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば投影レンズ
のテレセン度特性による基板（ウエハ）側のマー
クの光信号の結像位置変化があつても常時光信号
選択手段を最良位置に位置決め可能であるので高
いレチクルとウエハのアライメント精度を維持す
ることが可能な投影露光装置を実現させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はウエハマークの光信号光軸とアライメ
ント光学系光軸が一致している場合のウエハマー
クの光信号検出を説明する図、第２図は本発明の
一実施例のブロツク図、第３図は本発明の一実施
例の動作を示すフローチヤートである。 １…レーザ、２…レンズ、３…ポリゴンミラ
ー、４…ミラー、５…対物レンズ、６…レチク
ル、７…投影レンズ、８…ウエハ、９…試料台、
１０…レンズ、１１…光信号選択手段、１２…光
電変換手段、１３…投影光学系光軸とアライメン
ト光学系光軸の相対位置を知る手段、１４…コン
トローラ、１５…位置補正機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原板のパターンを基板に投影する投影光学系
   と、前記投影光学系に対して相対的に移動可能な
   アライメント光学系と、前記投影光学系と前記ア
   ライメント光学系を順に通過したマーク光の中か
   ら前記原板と前記基板の相対的な位置関係を調整
   するために利用される信号光を選択する信号光選
   択手段と、前記信号光選択手段によつて選択され
   た前記信号光を光電変換する光電変換手段と、前
   記投影光学系と前記アライメント光学系の相対的
   な位置関係の変化に応じた前記信号光選択手段の
   移動量を算出する演算手段と、前記演算手段によ
   つて算出された移動量に応じて前記信号光選択手
   段を移動させる駆動手段を有することを特徴とす
   る投影露光装置。 ２ 前記演算手段は前記投影光学系と前記アライ
   メント光学系の相対的な位置関係に対応した前記
   信号光選択手段の位置データをデータテーブルと
   して記憶しているメモリを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の投影露光装置。 ３ 原板のパターンを基板に投影する投影光学系
   と前記投影光学系に対して移動可能なアライメン
   ト光学系の相対的な位置関係の変化に応じて信号
   光選択手段の位置を調整した後、前記信号光選択
   手段によつて前記投影光学系と前記アライメント
   光学系を順に通過したマーク光の中から信号光を
   選択し、前記信号光を光電変換して得られた電気
   信号を利用して前記原板と前記基板の相対的な位
   置関係を調整することを特徴とする投影露光装置
   の位置合わせ方法。