JPS6376425A - 投影露光装置の位置合せ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はウェハ等の露光装置の位置合せ装置に係り、特
に高集積度の半導体集積回路用の縮小投影露光装置に好
適な位置合せ装置に関する。

〔発明の背景〕

半導体集積回路の高集積度化に伴い、回路パターンも微
細なものとなってきている。半導体集積回路の製造には
、すてにウェハ上に形成された回路パターン上！ζ別の
回路パターンを位置を合せて転写する必要がある。ＶＬ
ＳＩのような高集積度の半導体集積回路では、上記転写
工程は、高解像度を備える縮小レンズによってパターン
を投影、転写する縮小投影露光装置を用いて行なわれる
。

縮小投影露光装置において、ウェハ上の回路パターンと
、転写する回路パターン（レチクルと呼ばれる原板上の
パターン）との位置合せ（これをアライメントと言う）
を行う方式には、オフアクシスアライメント方式とＴＴ
Ｌアライメント方式の２つの方式がある。オフアクシス
アライメント方式は、縮小レンズとは独立した光学系を
用いてウェハ上の回路パターンの位置を検出した後、こ
の光学系と縮小レンズおよびウェハ上の回路パターンの
配置より定まる位置に、ウェハを載置しているステージ
を移動させ、前記パターンの転写を行うものである。こ
の方式は、専用の光学系を備えるため、パターン薔ζ対
する検出性能が安定している。また、検出範囲も広い等
の特徴を有するが。

アライメントにおける誤差要因が多いという欠点もある
。回路パターンの微細化に伴うアライメント精度の高精
度化に対しては、例えば、特開昭５６−１０２８２３号
公報に記載のように、ステージ位置測定用直交座標軸上
に、上記光学系を固定に設けることにより、誤差要因（
ステージのヨーイングによるアツベ誤差）を除き、精度
向上を図った装置が考えられている。他方、ＴＴＬアラ
イメント方式は、回路パターンを投影する縮小レンズを
通して、ウェハの回路パターンの位置を検出し、ウェハ
、レチクルの両回路パターンのアライメントを行うもの
である。本方式によれば、露光状態におけるアライメン
ト状態を検出し得るので、アライメントにおける誤差要
因を最小限に排除でき、高精度化を達成し易い。しかし
ながら、本方式では、縮小レンズの特性等の光学的な要
因により、検出範囲を広く設定することが難しく、した
がって、補助的な光学的検出系を備えることが多い。そ
こで、特開昭５９−７６４２５号公報で示される装置で
は、オフアクシスアライメント方式とＴＴＬアライメン
ト方式の２種のアライメント検出系を備え、まず、オフ
アクシスアライメント検出系により粗いアライメント（
プリアライメント）を行った後、ＴＴＬアライメント検
出系により精密なアライメントを行うことで、上記、広
検出範囲と高アライメント精度という２つの性能を両立
している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記特開昭５６−１０２８２３号公報記載の装置では、
ウェハ上の回路パターン配置誤差の点については配慮が
されておらず、例えば、集積回路製造工程における高温
熱処理等により発生するウェハの歪により、アライメン
ト精度を損ねるという問題があり、ＶＬＳＩ製造に適用
し得るものではない。

他方、特開昭５９−　７６４２５号公報記載の装置では
、オフアクシスアライメント検出系の機能として、回路
パターンの２方向についての位置ずれを検出する機能を
備えている。これに対して、ウェハ上の回路パターンは
、２次元に展開しているパターンであり、直行座標系２
方向（Ｊｅ　ｙ　）および回転（θ）という３１’ｌの
位置情報を備えている。したがって、上記装置は、１回
の検出で、このウェハが備える３個の位置情報全てを検
出することは不可能である。この位置情報全てを検出す
るには、ウェハの複数の位置で検出を繰り返′す必要が
あり、ステジ移動時間および検出時間が増加し、露光装
置全体のスループットが低下するという問題があった。

本発明の目的は、上記従来の問題点に鑑み、露光オフア
クシスアライメント用とＴＴＬアライメント用のアライ
メントパターンが干渉するのを防止すると共に、プリア
ライメント中のステージ移動をなくし、スループットの
向上を図った投影露光装置の位置合せ装置を提供するに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、オフアクシスアライメント検出系に、ウェ
ハの３個の位置情報（ｘ　＊　’Ｉ　ｓθ）を同時に検
出する機能と、露光する回路パターンの寸法に合せて検
出する位置を任意に可変し得る機能を付加することによ
り達成される。

〔作用〕

本発明では、ＴＴＬアライメント検出系と、ウェハ上の
２点のパターンを同時に検出することが可能で、かつ、
この２検出点の間隔が可変なオフアクシスアライメント
検出系とを備えている。それによって、オフアクシスア
ライメント検出系により、ステージを移動することなし
に、ウエノ１上の回路パターンの位置情報（ｘ　−ｙ　
＊θ）を検出し得るとともに、本検出系によりプリアラ
イメントを完了した後、ＴＴＬアライメント検出系によ
り精アライメントを行う。この操作により、広検出視野
と高アライメント精度を効率的に実現するとともに、ウ
ェハ上へ露光する回路パターンの寸法の変化に対しても
、上記検出点間隔を調整することにより、オフアクシス
、ＴＴＬの両アライメント検出系に用いるアライメント
用パターンの干渉を防止している。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜７図により説明する
。

本実施例の基本構成は、第１図に示すように、レチクル
１の回路パターンを縮小レンズ２によりウェハ３上へ縮
小投影し焼付ける縮小投影露光装置において、オフアク
シスアライメント検出系４とＴＴＬアライメント検出系
５を併設している。

６はＴＴＬアライメント検出系５で使用するＡｒレーザ
発損器であり、光学系７を経て検出系ヘレーザ光を供給
するようになっている。８はウェハステージであり、水
平面内Ｃｒｙθ）および上下方向（、）に制御可能であ
る。さらに、ウェハステージ８は、レーザ測成器９およ
び干渉計１０により精密に位置計測されている構成とな
っている。

本実施例の検出系の構成について説明する。ＴＴＬアラ
イメント検出系５は、特開昭６０−９８６２３号にその
詳細を示している検出系を用いているが、縮小レンズ２
を通してウェハ３のパターン位置を検出するものであれ
ば使用できる。オフアクシスアライメント検出系の構成
は、第２図に示すように、ウェハ上のアライメントパタ
ーン１１ヲ対物レンズ１２ｇ、１２Ａおよび結像レンズ
１５により拡大投影する。アライメントパターン１１を
対物レンズ１２ａ、１２４の焦点位置に置く無限逮捕正
系の光学系を用いているため、右側の対物レンズ１２Ａ
と結像レンズの間隔が変わっても、焦点面位置および拡
大倍率は変化しない。この左右のアライメントパターン
１１の拡大像（１次拡大像）はプリズム１６　ａで合成
された後、２次拡大レンズ１６　ＡによりＴＶカメラ１
７へ投影され、撮影されるようになっている。同時に、
アライメントパターン１１の１次拡大像は、別の２次拡
大レンズ１８により拡大投影され、シリンドリカルレン
ズ１９により一方向に圧縮された後、ＣＣＤリニアイメ
ージセンサ加上加害結像する構成となっている。アライ
メントパターン１１の照明は、前記対物レンズＩ２ａ、
１２Ａを通し、光源（図省略）より光を導くオプチカル
ファイバ１３およびレンズ１４より成る光学系を用いて
行なわれる。右側の対物レンズ１２　Ａは、第３図に示
すように、オフアクシスアライメント検出系の基礎構造
部材２１に対して鋼球列おおよび四を介して支持された
可動部材２２に取付けられており、前記光学系の構成と
合せて、左右に可動であり、位置決め機構（図省略）に
より、任意の位置に固定可能に設けられている。可動部
材ｎと基礎構造部材２１との間には、可撓性部材冴、ロ
ーラ２５および浮遊パッド２７により予圧（プリロード
）が負荷され、機構的な不安定要因を取り除いている。

続いて、本実施例のオフアクシスアライメント検出系４
と縮小レンズ２およびステージ位置計測系との位置関係
を説明する。レーザ測長器の干渉計１０は、縮小レンズ
２の中心を原点とする直交座標上に設けられている。さ
らに、オフアクシスアライメント検出系の左側対物レン
ズ（固定側）１２αも、この座標軸（ｙ軸）上に設けら
れている。

その上で、右側対物レンズ（可動側）１２Ａは、対物レ
ンズ１２　ａの中心を通りかつ、ｘ軸に平行な基線上で
可動に設けられている。ウェハ３の周囲のステージ上に
は、オフアクシスアライメント検出系とＴＴＬアライメ
ント検出系の両方のアライメントパターンを併設したパ
ターン（キャリブレータ）２８が設けられている。

続いて、　本実施例の動作について説明する。

まず、オフアクシスアライメント検出系の動作について
説明する。オフアクシスアライメント検出系では、第５
図４こ示すように、２次元的に配置されている回路パタ
ーンのある１列について、ある間隔だけ離れた２つの回
路パターン内のアライメントパターン１１を検出する。

すなわち、回路パターン（９）の場合には、左側対物レ
ンズ１２　ａの検出視野２９の内のアライメントパター
ン１１の検出位置より回路パターンのｘｙの位置を、４
回路パターン離れた右側対物レンズ１２　ｋの検出視野
２９Ａ内のアライメントパターン１１の検出位置と、前
記左側の検出位置の差より、回路パターンの角度（θ）
を検出する。回路パターン園の２辺の中央部３１には、
ＴＴＬアライメント検出系用のパターンを設ける必要が
ある。これに対して、回路パターン３２の場合には、前
記回路パターン３０と同一間隔で回路パターンの位置を
検出するには、ＴＴＬアライメント検出検出子ライメン
トパターン範囲あの内にオフアクシスアライメント用の
アライメントパターンを設ける必要を生じ、両検出系の
アライメントパターンが干渉するという問題を生ずる。

従来はここでステージ８を移動させ、検出視野内に別の
アライメントパターンを位置させ、検出する必要があっ
た。それに対して本実施例では、前述の可動部材および
位置決め機構により、右側対物レンズの検出視野２９ｂ
の位置を変えることによりアライメントパターン菖の位
置を検出し、回路パターンの位置情報検出を可能として
いる。この回路パターンの位置情報検出は、具体的には
、以下に示す手順で行われる。まず、ウェハのアライメ
ントパターンの像訪は光学系により１方向に圧縮された
後ｓｇ’ｌ軸に対し６°の角度を成す４個のＣＣＤリニ
アイメージセンサ加上代役影される（検出視野±１５０
μｍ）。第６図に示すように、ＣＣＤリニアイメージセ
ンサ加の検出強度より、アライメントパターンの中心位
置を求め、基準位置（例えばｈ＊）との差を計算し、±
４５°の方向のアライメントパターンの偏り量ｉ１ｅ八
−８．ｊ、を求める。この４個の偏り量を座標変換し、
左右の視野におけるＸｙ力方向アライメントパターンの
偏り１μｌｓ’ｌｔμ８．ν、とする。（式１） ％式％（１） この結果から、左側対物レンズの検出結果より回路パタ
ーンのｘ７方向の位置を、左右のｙ方向変位の差分より
回路パターンの角度θを検出しく式続いて、本実施例に
よるウェハ露光時の動作について説明する。ウェハの露
光は、第７図に示す手順により行なわれる。まず、ウェ
ハ変換と同時に、キャリブレータ四をオフアクシスアラ
イメント検出系４詔よびＴＴＬアライメント検出検出子
す検出し、オフアクシスアライメント検出系の基準位置
を設定する（オフセット計算、１１＊等）。

その後、機械的な位置決めにより位置決め（精度±７０
〜ｌｌＸ１μ攬）されたウェハのプリアライメントをオ
フアクシスアライメント検出系を用いて行う。

すなわち、直前で設定した基準位置に回路パターンが位
置するように、オフアクシスアライメント検出系による
回路パターンの位置情報（Ｚ　＊　’Ｉ　ｅθ）に基き
、ステージ８を微動する。このアライメント方法は、検
出系の歪の影響を受は難い零位法である。このプリアラ
イメント（精度±０．５〜１μ罵）の後、ＴＴＬアライ
メント検出検出子り、露光範囲毎のアライメントを行い
、ウェハの露光を行う。以上の手順により、ウェハの露
光を完了する。

本実施例によれば、ウェハの３個の位置情報（ｇｙ＃）
を検出する機能を備えるオフアクシスアライメント検出
系により、速やかにプリアライメントを行なった後、Ｔ
ＴＬアライメント検出検出子り露光領域毎のアライメン
トを行うことが可能となるため、ＶＬＳ　Ｉを露光する
露光装置において、プリアライメントの高速化が図れる
という効果がある。さらに、オフアクシスアライメント
検出系の検出視野の間隔を任意に設定し得るため、両検
出系のアライメントパターンが干渉するという問題を解
消する効果もある。その上で、ＴＴＬアライメント検出
検出子常にプリアライメント（精度０．５〜１μｍ）の
パターンを検出できるので、検出範囲を狭くすることが
可能となり、ＴＴＬアライメント検出検出子型化、小規
模化し得る効果もある。

さらに、別の実施例について、第８，９図により説明す
る。本実施例は、前述の実施例に対して、ウェハステー
ジ４２の位置制御用のレーザ測長器干渉計招の他に、オ
フアクシスアライメント検出系４０の検出光軸上に第３
の干渉計■を追加したものである。本実施例では、干渉
計必の計測によりウェハステージのヨーイングを補正す
ることにより、オフアクシスアライメント検出系のアラ
イメント誤差要因から、ステージのヨーイングによるも
のを除外し、オフアクシスアライメント検出系のアライ
メント精度を高精度化するものであり、他の動作、効果
は前述の実施例と同一である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、回路パターンの３個の位置情報を検出
する機能を備えるオフアクシスアライメント検出系を用
いてプリアライメントを行うことにより、プリアライメ
ントを高速化する効果がある上に、オフアクシスアライ
メント検出系の検出位置の間隔を可変し得ることから、
オフアクシスアライメント検出系とＴＴＬアライメント
検出系のアライメントパターンが干渉するという問題を
解消する効果がある。さらに、ＴＴＬアライメント検出
系に必要な検出範囲を狭め得ることがらＴＴＬアライメ
ント検出系を小型化する効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す斜視図、第２図
はオフアクシスアライメント検出系の構成を示す斜視図
、第３図はオフアクシスアライメント検出系の可動側対
物レンズの支持機構を示す側面から見た縦断面図、第４
図は縮小レンズ、オフアクシスアライメント検出系およ
びレーザ測長器の位置関係を示す平面図、第５図はアラ
イメントパターンの配置を示す図、第６図は回路パター
ンの位置情報検出の原理図、第７図はウェハ露光の手順
を示すフローチャート、第８図は別の実施例の構成を示
す斜視図、第９図は泥８図に示す実施例における縮小レ
ンズ、オフアクシスアライメント検出系およびレーザ測
長系の位置関係を示す平面図である。 １・・・レチクル　　　　　２・・・縮小レンズ３…ウ
エハ ４・・・オフアクシスアライメント検出系５・・・ＴＴ
Ｌアライメント検出系 ８・・・ステージ　　　　　１０・・・干渉計１１・・
・アライメントパターン １２ａ・・・固定側対物レンズ １２　ｈ・・・可動側対物レンズ １７・・・ＴＶカメラ １９・・・シリンドリカルレンズ 加・・・ＣＣＤリニアイメージセンサ ２２・・・可動部材　　　　　あ・・・キャリブレータ
３２・・・回路パターン お・・・オフアクシスアライメントパターンあ・・・Ｔ
ＴＬアライメントパターン領域３７・・・レチクル　　
　　　あ・・・縮小レンズ３９・・・ウェハ ４０・・オフアクシスアライメント検出系４２・・・ウ
ェハステージ 葛・・・干渉計（ｘｙ制御用） ４４・・・干渉計（ヨーイング） 窒　１　口 ′Ｘ　２　回 ′ｉ　３［１ 箪　　牛　　　図 １７　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスク上のパターンを投影光学系を用いてウェハ上
   へ投影し露光する投影露光装置におけるマスクとウェハ
   のパターンの位置合せ装置において、前記投影光学系を
   通してウェハのパターン位置を検知する第１の検出系と
   、前記投影光学系とは独立した光学系を通してウェハの
   パターン位置を検知する第２の検出系を設けたことを特
   徴とする投影露光装置の位置合せ装置。 ２、同一ステージ上のウェハのパターン位置を、前記第
   １の検出系と第２の検出系で検知し、且つ、第２の検出
   系はウェハの複数の領域においてパターン位置を検知し
   、その上で、このパターン位置を検知する複数の領域の
   相対位置を可変とした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の位置合せ装置。 ３、第２の検出系のパターン位置を検出する領域のうち
   、少なくとも１つの領域は固定に、他の少なくとも１つ
   の領域は一方向について可動に設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の投影露光装置の位置合せ装
   置。