JPS62114222A - 露光装置 - Google Patents

露光装置

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JPS62114222A
JPS62114222A JP60253687A JP25368785A JPS62114222A JP S62114222 A JPS62114222 A JP S62114222A JP 60253687 A JP60253687 A JP 60253687A JP 25368785 A JP25368785 A JP 25368785A JP S62114222 A JPS62114222 A JP S62114222A
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JP
Japan
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mark
wafer
positioning
reticle
holes
Prior art date
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Pending
Application number
JP60253687A
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English (en)
Inventor
Toshishige Kurosaki
利栄 黒崎
Shigeo Moriyama
森山 茂夫
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Yoshio Kawamura
河村 喜雄
Shinji Okazaki
信次 岡崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US06/927,939 priority patent/US4798470A/en
Publication of JPS62114222A publication Critical patent/JPS62114222A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7073Alignment marks and their environment
    • G03F9/7076Mark details, e.g. phase grating mark, temporary mark

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体素子等の微細パタンを形成して転写す
る露光装置に関するものである。
〔発明の背景〕
半導体素子等の製造工程では微細パタンを高精度に転写
する必要があり、しかも前工程で形成された基板(ウェ
ハ)上のパタンと、新たに転写するパタンとの位置合わ
せを特に精度よく行う必要がある。微細パタンを転写す
る装置としては、回路の原画パタンか描かれたマスク(
またはレティクル)を投影レンズで等倍または縮小し、
紫外光で露光転写する投影露光装置、あるいはX線等を
使って転写するX線露光装置がある。
従来の投影露光装置の構成は、第8図に示すとおり、レ
ティクル6を露光装置の所定位置に正確に位置決めする
ための位置検出器7と微動機構9、投影レンズ4の焦点
位置検出器5と焦点合わせのための微動機Na10、ウ
ェハ1を2次元的に移動し位置決めするためのXYステ
ージ11、レティクル6上の回路パタン14を露光する
ための照明光学系12.13、およびパタンの位置合わ
せを行うためのマーク位置検出器8からなっている。上
記の従来装置で回路パタンを転写する際に行う位置合わ
せは、ウェハ1の表面に形成されたターゲットマーク3
を投影レンズ4でレティクル6の面の基準マーク15の
位置に逆投影し、マーク位置検出器8を用いて上記基準
マーク15とターゲットマーク3との相互位置が一致す
るように、レティクル6と上記ウェハ1とを相対的に動
かして行っていた。しかし一般に半導体素子の製造工程
は十数工程からなり、各工程ごとにウェハの表面の形状
や材質が変る。したがって位置合わせに用いるターゲッ
トマークも同様に変化する。また各工程ごとにウェハの
表面にホトレジスト2が塗布され、しかも塗布膜厚には
ばらつきを生じることがある。これらの要因によってマ
ーク位置検出器8で検出されるターゲットマーク3のコ
ントラストが低下し、検出精度の低下を招いていた。こ
の結果、パタンの位置合わせ精度が悪くなっていた。
上記のように従来装置では製造プロセスの影響を受ける
ため、高精度なパタン位置合わせに限界があるという欠
点があった。また、位置合わせの高精度化のためには、
チップごとに位置合わせを行うことが要求されるが、こ
れに対しては、マーク位置検出器の検出光学系が回路パ
タンを露光する光束と干渉しないようにする必要がある
。このため検出光学系は複雑な構造になり、その結果、
検出の高精度化に限界があるという欠点があった。
なお、この種の装置として関連するものには、例えば特
開昭53−144270号、米国特許4355892号
等が挙げられる。
〔発明の目的〕
本発明は、製造プロセスの影響を受けずに高精度な位置
合わせと転写を行うことができる露光装置を得ることを
目的とする。
〔発明の概要〕
本発明による露光装置は、感光剤を塗布した基板上に原
画パタンを露光転写する露光装置において、上記基板の
特定領域に複数個の微小な貫通穴を設け、上記貫通穴の
裏面周辺部に設けた複数個の位置合わせマークと、原画
パタン上の基準マークまたは該基準マークの投影像とを
、上記貫通穴を通して同時に検知するマーク検出器を、
基板裏側に設けたことにより、原画パタンと基板との位
置合わせ、露光時の焦点合わせおよび傾斜量補正。
マスクの位置合わせを行うようにしたものである。
〔発明の実施例〕
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第1図は本発明による露光装置の一実施例を示す構成図
、第2図は上記実施例で用いるウェハの部分外w1図、
第3図はウェハおよびマーク検出部の説明図、第4図は
位置合わせ用マークを示す図、第5図はマーク検出器で
得られた検出信号の説明図、第6図はレティクルの位置
決めの説明図、第7図はレティクル位置決めにおけるマ
ークの関係を示す図である。第1図に示す実施例は、縮
小投影露光装置に本発明を適用した例であり、原画パタ
ン14を露光するための光源】3およびレンズ12から
なる照明光学系、レティクル6とその微動機構9、投影
レンズ4、感光剤2を塗布したウェハ1を固定台31に
よって固定したXYステージ11、ウェハ1の裏側に設
置したマーク検出器24.25で構成されている。 2
7,29はそれぞれ基準マーク15.15′の照明装置
である。ウェハ1には複数個の微小な貫通穴21を設け
ているが、上記貫通穴21は位置合わせに用いるターゲ
ットマーク3を設ける位置にあり、各露光領域ごとに各
領域の周辺部に2.3個づつ設けている。ウェハ1の裏
側にはマーク検出器24.25が装置全体に固定されて
いる。またウェハ1はX、Y、Z方向に可動であり、レ
ティクル6は微動機構9によってx、y、θ−2の4軸
方向に微動可能である。
上記のように構成された本露光装置において、まずパタ
ン位置合わせの方法について説明する。
第2図はパタン位置合わせを行うウェハ1の部分を示す
外観図である。ウェハ1上の各露光領域の回路パタン3
3の周辺部32に貫通穴21−1 、21−2等を設け
ているが、上記周辺部32はスクライブエリアとしても
よい。上記貫通穴21−1 、21−2等は第1回目の
露光、現像処理が終了したのちに形成する。第3図はウ
ェハ1に形成した上記貫通穴21−1 、21−2等の
断面図を示したものである。
貫通穴21の周辺は裏面にウェハ1の厚さtを残して、
例えば貫通穴21の寸法dの約2倍の寸法D(O=2d
)の穴を形成する。貫通穴周辺部34には位置合わせの
ためのターゲットマーク3.3′を形成する。上記位置
にターゲットマーク3.3′を形成することによって、
上記ターゲットマーク3.3′は製造プロセスの影響を
受けすらい。
位置合わせは、まずレティクル6上の基準パタン15と
ウェハ1上のターゲットマーク3.3′との相互の位置
を求めて行う。基準マーク15の投影像26は貫通穴2
1のウェハ1の表面と同一面上に結像している。上記基
準マーク15とウェハ1上のターゲットマーク3どの様
子は第4図に示すが、これらの両マークは一例を示した
に過ぎず、この他にも種々のマーク形状が考えられる。
基準マーク15の投影像26とターゲットマーク3とは
、マーク検出光学系22.23でマーク検出器24.2
5に導かれる。
マーク検出器24.25では2次元的に信号処理を行い
、基準マーク15とターゲットマーク3との相互位置を
演算する。上記処理を貫通穴21−1.21−2におい
てそれぞれXY座標を算出すれば、ウェハ1上の回路パ
タン33と、つぎに露出転写されるべき回路パタンとの
相互の位置関係ΔX、ΔY。
ΔZを求めることができる。ΔX、ΔY、ΔZが零にな
るように、レティクル6とウェハ1とを相対的に微動し
て位置合すせを行う。また気圧が変動して投影レンズ4
の倍率が変った場合は、上記2つの基準マーク26.2
6’とターゲットマーク3.3′との相互間隔が等しく
ならないことであるから、同一間隔になるようにレティ
クル6を光軸方向(Z方向)に微動させて倍率の補正を
行う。
なお、ターゲットマーク3が形成される部分のウェハ1
の厚さtは、マーク検出光学系の焦点深度以内にするこ
とが望ましい。しかしtを大きくすることが必要な場合
は、上記マーク検出光学系を2重焦点系にすることによ
って解決できる。
つぎに露光、転写するときの焦点合わせおよび露光領域
の傾斜量補正法について説明する。露光領域33の周辺
にある貫通穴部1例えば21−1.21−2,21−4
の部分にあるターゲットマークをマーク検出器24で検
出する。第5図に示すように、検出によって得られた信
号のエツジが実線35のように急峻に立上る場合が合焦
点位置である。焦点合わせおよび傾斜量補正は、ウェハ
1を固定しているステージ10.11を光軸方向および
傾斜方向に微動して、マーク信号のエツジが第5図に示
すように急峻になるようにする。
つぎにレティクル6を露光装置の所定の位置に位置決め
する方法を説明する。この操作は露光。
転写に先立って行う必要がある。第6図に示すようにX
YZステージ10.11上にウェハ1の表面と同一高さ
の位置に位置決めマーク36.37を設ける。
位置決めをするには、まずレティクル6上の基準マーク
15.15’が上記位置決めマーク36.37の位置に
結像するようにxYZステージ10.11を移動させ、
上記基準マークts、15’の投影像と、位置決めマー
ク36.37との相対位置をマーク検出器24あるいは
25で検出する。第7図に示すように、基僧マーク15
.15’の投影像26.26′と位置決めマーク36.
37とは、それぞれ距離したけ離れた位置に2ケ所ある
。2ケ所の各位置において求めた相対位置から得られる
レティクル6の位置座標ΔXL、ΔXR,ΔyL、Δθ
Rが零になるように、レティクル6が固定された微動機
構9をx、y、θ、2の4軸方向に微動して位置決めを
行う。
上記のように、従来は別個に設けた位置検出器(第8図
7)と微動機構9を用いてレティクル6の位置決めを行
っていたが、本発明ではウェハ1の位置合わせ、露光時
の焦点合わせや傾斜量補正とともに、同一のマーク検出
器を用いてマスクの位置合わせを行うことができる。
上記実施例は光を用いる投影露光装置について記したが
、上記以外にもX線やイオン線等を使った露光装置にお
いて、上記同様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
上記のように本発明による露光装置は、感光剤を塗布し
た基板上に原画パタンを露光転写する露光装置において
、上記基板の特定領域に複数個の微小な貫通穴を設け、
上記貫通穴の裏面周辺部に設けた複数個の位置合わせマ
ークと、原画パタン上の基準マークまたは該基準マーク
の投影像とを、上記貫通穴を通して同時に検知するマー
ク検出器を、上記基板の裏側に設けたことにより1位置
合わせに用いるターゲットマークは製造プロセスによる
変形を受けず、レジストが表面を覆うことなく、第1層
目で形成したターゲットマークを最終工程まで使用でき
、かつレジスト膜内で発生する干渉縞等の影響がないた
め1位置合わせ精度が向上する。また焦点合わせにおい
ても、ウェハ表面状態の影響を受けず高精度化できる。
さらに上記のように、パタンの位置合わせ、焦点合わせ
および傾斜量補正、レティクル位置決めのためのマーク
検出を、すべて1組のマーク検出器で行うことができる
ため、装置の構成を簡素化し、その結果、高精度で小形
化した低価格の露光装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による露光装置の一実施例を示す構成図
、第2図は上記実施例に用いるウェハの部分外観図、第
3図は上記ウェハおよびマーク検出部の説明図、第4図
は位置合わせ用マークを示す図、第5図はマーク検出器
で得られた検出信号の説明図、第6図はレティクルの位
置決めの説明図、第7図はレティクル位置決めにおける
マークの関係を示す図、第8図は従来の露光装置を示す
構成図である。 1・・・基板(ウェハ)   2・・・感光剤3.3′
・・・位置合わせマーク 14・・・原画パタン    15,15’・・・基準
マーク21.21−1.21−2・・・貫通穴24.2
5・・・マーク検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)感光剤を塗布した基板上に原画パタンを露光転写
    する露光装置において、上記基板の特定領域に複数個の
    微小な貫通穴を設け、上記貫通穴の裏面周辺部に設けた
    複数個の位置合わせマークと、原画パタン上の基準マー
    クまたは該基準マークの投影像とを、上記貫通穴を通し
    て同時に検知するマーク検出器を、基板裏側に設けたこ
    とを特徴とする露光装置。
  2. (2)上記位置合わせマークは、基板と同一高さのXY
    ステージ上の位置に設けた位置決めマークであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の露光装置。
JP60253687A 1985-11-14 1985-11-14 露光装置 Pending JPS62114222A (ja)

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US06/927,939 US4798470A (en) 1985-11-14 1986-11-07 Pattern printing method and apparatus

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