JP2001257151A

JP2001257151A - 露光装置及びそれを用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2001257151A
Application number: JP2000068035A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Hirayanagi; 徳行平柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】露光装置において、異なる位置にアライメン
トマークを有する複数種類のマスク基板を使用する際
に、マスク基板のアライメントを容易にすること。【解決手段】異なる大きさを有する複数種類のマスク
の内の任意の１種類のマスクを固定するためのマスクホ
ルダ２１と、マスク上のアライメントマークを検出する
ことによりマスクの位置検出を行うための光学センサで
あって、マスクの種類に応じて設置場所の変更が可能で
ある光学センサ２０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク上のパター
ンを試料に転写する際に用いる露光装置に関し、特に、
半導体デバイスの製造に使用される露光装置に関する。
さらに、本発明は、そのような露光装置を用いたデバイ
ス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、転写露光装置において用いる
マスク（レチクル）の形状は、装置によって決まってい
る。図８は、従来の光投影露光装置において用いるマス
クの形状の例を示す平面図である。図８に示すように、
マスク８０上には、露光パターン形成領域８１の周囲に
マスクアライメント用マーク（以下、単にアライメント
マークともいう）８２と８３が形成されており、このア
ライメントマークを露光装置で検出することにより、露
光装置とマスクの位置関係を設定していた。

【０００３】図９は、従来の光投影露光装置におけるマ
スクアライメントを説明するための側面図である。図９
に示すように、マスク８０は、光投影露光装置９０のマ
スクホルダ９１上に固定される。内部にＣＣＤを有する
マスクアライメントセンサ９２が、マスクホルダ９１の
上方に設置可能となっている。マスクホルダ９１の下方
には、投影光学系９３が設けられており、さらにその下
方において、ウエハ７０がウエハステージ９４上に載せ
られている。

【０００４】マスクアライメントの際には、マスクアラ
イメントセンサ９２によって、マスク８０に形成された
アライメントマークを検出する。このとき、２つのアラ
イメントマークの位置をほぼ同時に計測することによ
り、マスク８０を設置する際のＸ−Ｙ平面内における角
度情報（回転情報）も検出することができる。

【０００５】アライメントマークの照明は、ウエハステ
ージ９４側から投影光学系９３を通して行われる場合も
あれば、マスクアライメントセンサ９２から行われる場
合もある。また、露光装置のタイプによっては、マスク
アライメントセンサが露光動作の妨げとなるため、マス
クアライメントが終了してから露光動作に入る前に、マ
スクアライメントセンサを退避させるものもある。アラ
イメントの詳細については、日本光学工業株式会社（現
在は株式会社ニコン）の縮小投影型露光装置に関するテ
クニカルレポート（レーザステップアライメント編）
や、日本国特許出願公開公報（特開）平２−２８３０１
１号に詳しい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図９に示す露光装置に
おいては、大きさが異なるマスク基板を同一の露光装置
に設置することも可能である。即ち、外形を共通にする
ようなアダプタ等の冶具を使用したり、大きさが異なる
マスク基板を共通の外形を有するフレーム等に取り付け
ることにより、大きさが異なる複数種類のマスク基板を
同一のマスクホルダに固定できる。

【０００７】このような場合に、マスクのアライメント
マークの位置を複数種類のマスク基板で共通化するため
には、アダプタ等の冶具やフレーム等に形成したアライ
メントマークを使用する必要がある。従って、マスク基
板を冶具やフレーム等に取り付ける際に露光パターンと
アライメントマークとの位置関係を予め計測する必要が
あり、露光装置の精度管理が複雑になるという問題があ
った。

【０００８】そこで、上記の点に鑑み、本発明の第１の
目的は、異なる位置にアライメントマークを有する複数
種類のマスクを使用する際に、マスクのアライメントを
容易にした露光装置を提供することである。また、本発
明の第２の目的は、そのような露光装置を用いたデバイ
ス製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る露光装置は、マスク上のパターンを試
料上に投影露光する露光装置であって、異なる位置にア
ライメントマークを有する複数種類のマスクの内の任意
の１種類のマスクを固定するためのマスクホルダと、マ
スク上のアライメントマークを検出することによりマス
クの位置検出を行うための光学センサであって、マスク
の種類に応じて設置場所の変更が可能である光学センサ
とを具備する。

【００１０】上記構成によれば、マスクの種類に応じて
光学センサの設置場所を変更することにより、異なる位
置にアライメントマークを有する複数種類のマスク基板
を共通の外形を有する冶具やフレーム等に取り付けて使
用する際に、マスクのアライメントを容易にすることが
できる。

【００１１】ここで、光学センサが、１枚のマスク上の
複数のアライメントマークを検出するために１枚のマス
クに対して複数個設置されていても良い。このようにす
れば、マスクを設置する際のＸ−Ｙ平面内における角度
情報（回転情報）も検出することができる。

【００１２】また、マスクホルダが、マスクステージ上
に複数のマスクを固定できるように構成されていても良
い。このようにすれば、減圧チャンバ内で露光を行う場
合に、減圧チャンバの密閉を保ったままでマスクの交換
を行うことができる。さらに、マスクは、材料として半
導体ウエハを用いて作製されたマスク基板を有するもの
であり、光学センサは、マスク基板の材料である半導体
ウエハの寸法に応じて設置場所が変更されるようにして
も良い。

【００１３】上記露光装置は、遠隔操作の下で光学セン
サの設置位置を変更するための光学センサ駆動手段と、
マスクの種類に関する情報を読み取り、読み取った情報
に応じて光学センサ駆動手段を制御する制御手段とをさ
らに具備するようにしても良い。あるいは、露光装置
が、マスクを減圧雰囲気中に保つための減圧チャンバで
あって複数の光学センサの主要部分を設置するためのス
ペースが設けられた隔壁を有しこれによって光学センサ
の主要部分が大気雰囲気中に設置されてマスクの種類に
応じて光学センサの設置位置を変更できるように構成さ
れた減圧チャンバをさらに具備するようにしても良い。

【００１４】以上において、マスク上のパターンを試料
上に投影露光するために電子線を使用しても良い。ま
た、本発明に係るデバイス製造方法は、上記のような露
光装置を用いて、マスクに設けられたパターンを試料上
に投影露光する工程を具備する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の実施
の形態について説明する。なお、同一の構成要素には同
一の参照番号を付して、説明を省略する。図１に、本発
明に係る露光装置において使用する複数種類のマスクの
例を示す。図１の（ａ）に示すマスク１００は、シリコ
ンの４インチウエハから作製されたステンシル（穴あ
き）マスク基板１０１と、マスク基板１０１が固定され
たマスクフレーム１０５とを含む。また、図１の（ｂ）
に示すマスク２００は、シリコンの８インチウエハから
作製されたステンシルマスク基板２０１と、マスク基板
２０１が固定されたマスクフレーム２０５とを含む。

【００１６】マスク基板の中央の露光パターン形成領域
１０２と２０２は、シリコンをエッチングすることによ
って薄膜化され、そこに穴あきパターンが露光パターン
として形成されている。マスク基板１０１の露光パター
ンの周囲には、マスクアライメント用マーク１０３と１
０４が、露光パターンと同じ精度で同一基板上に形成さ
れている。また、マスク基板２０１の露光パターンの周
囲には、マスクアライメント用マーク２０３と２０４
が、露光パターンと同じ精度で同一基板上に形成されて
いる。

【００１７】露光装置において、マスク１００とマスク
２００とを共通のマスクホルダで使用するために、マス
ク基板１０１は小型マスク基板用フレーム１０５に貼り
付けられた状態で使用され、マスク基板２０１は大型マ
スク基板用フレーム２０５に貼り付けられた状態で使用
される。アライメントマークは露光パターンの外側に形
成する必要があるため、これらのマスク基板においてア
ライメントマークの位置を共通化することは不可能であ
る。

【００１８】このようなマスクの製作技術は現在開発中
であるが、８インチウエハから作製したマスク基板が標
準になったとしても、より製作の簡単な小口径ウエハか
ら作製したマスク基板を同一の露光装置において使用す
る場合がある。従って、将来的にも、複数種類のマスク
に対応することは有効である。

【００１９】一方、マスク２００において、露光パター
ン領域２０２の中にアライメントマークを形成すること
により、アライメントマークの位置をマスク１００と共
通にすることも考えられる。しかしながら、マスクを設
置する際のＸ−Ｙ平面内における角度情報（回転情報）
を高精度に検出するためには、２つのマスクアライメン
ト用マークの位置が互いに出来るだけ離れている方が有
利である。従って、マスク１００とマスク２００とのそ
れぞれにおいてマスクアライメント用マークの位置を最
適に設定し、露光装置において両方の位置に対応するこ
とが望ましい。

【００２０】次に、図２及び図３を参照しながら、本発
明の第１の実施形態に係る露光装置について説明する。
図２は、本実施形態の電子線転写露光装置に、図１の
（ａ）に示すマスク１００が取り付けられた状態を示す
断面図であり、図３は、本実施形態の電子線転写露光装
置に、図１の（ｂ）に示すマスク２００が取り付けられ
た状態を示す断面図である。

【００２１】図２において、この電子線転写露光装置の
主要部品は、真空（減圧）チャンバ１０内に収められて
おり、真空ポンプ等によって減圧される。減圧雰囲気中
において、電子銃１１が、下方に向けて電子線を放出す
る。電子銃１１の下方には、２段の電磁レンズ１３、１
５が備えられている。電子線は、これらの電磁レンズ１
３、１５を通って、ブランキング用ダイアフラム１７に
設けられた開口にクロスオーバを形成する。これら２つ
の電磁レンズ１３、１５をズームレンズとして作用させ
ることにより、マスク１００を照射する電流密度を可変
にできる。

【００２２】電磁レンズ１３、１５の上下には、矩形開
口を有する２段のダイアフラム（開口板）１２、１６が
設けられている。これらの矩形開口は、光学系の視野内
に含まれる１つの露光領域（サブフィールド）に相当す
る領域分の電子線のみを通過させる。第１のダイアフラ
ム１２の開口は、電磁レンズ１３、１５によって、第２
のダイアフラム１６上に結像される。

【００２３】ブランキング用ダイアフラム１７の下側方
には、サブフィールド選択偏向器１８が配置されてい
る。サブフィールド選択偏向器１８は、照明系の電子ビ
ームを主にＸ軸方向に順次走査して、光学系の視野内に
おいてＸ軸方向に並んでいる複数のサブフィールドの露
光を行っている。また、サブフィールド選択偏向器１８
の下方には、電磁レンズ１９が配置されている。電磁レ
ンズ１９は、電子線を平行ビーム化し、マスク１００上
に第２のダイアフラム１６の開口を結像させる。マスク
１００の下方には、２段の投影レンズ（対物レンズ）２
２、２３が設けられている。さらに、投影レンズ２２と
２３との間には、像位置調整偏向器１４が設けられてい
る。

【００２４】ここで、本実施形態に係る露光装置におけ
るマスク位置の計測について説明する。マスクホルダ２
１に固定されているマスク１００上のアライメントマー
クの位置を検出するために、２つの光学センサ２０が設
けられている。これらの光学センサ２０は、光学センサ
駆動手段２６に取り付けられて移動可能となっている。
この光学センサ駆動手段２６は、例えば、モータとギア
等によって構成される。

【００２５】図１の（ａ）に示すように、マスク１００
のマスク基板１０１は４インチウエハから作製されるの
で、２つのアライメントマーク１０３、１０４の間隔が
狭く形成さている。そこで、露光装置においてマスク１
００の位置の計測を行う際には、図２に示すように、光
学センサ駆動手段２６により２つの光学センサ２０の間
隔を狭めて使用する。一方、図１の（ｂ）に示すよう
に、マスク２００のステンシルマスク基板は８インチウ
エハから作製されるので、２つのアライメントマーク２
０３、２０４の間隔が広く形成さている。そこで、露光
装置においてマスク２００の位置の計測を行う際には、
図３に示すように、光学センサ駆動手段２６により２つ
の光学センサ２０の間隔を広げて使用する。その際、複
数のマスクの種類にそれぞれ対応する光学センサの複数
の位置において、光学センサの位置を予め校正しておく
必要がある。

【００２６】図４は、本実施形態に係る露光装置の構成
を示すブロック図である。マスクホルダ２１はマスクス
テージ３４上に取り付けられており、メインコントロー
ラ３１に接続されたマスクステージ制御部３３によっ
て、マスクステージ３４の位置が制御される。マスクス
テージ３４の位置は、位置検出器３５によって検出さ
れ、インターフェース３６を介してメインコントローラ
３１に報告される。なお、マスクステージ制御部３３の
制御情報は、マスクとウエハとの相対位置を統計的な計
算に基づいて最適化するために設けられている統計計算
機３２に入力される。

【００２７】同様に、メインコントローラ３１に接続さ
れたウエハステージ制御部３７によって、ウエハステー
ジ２５の位置が制御される。ウエハステージ２５の位置
は、位置検出器３８によって検出され、インターフェー
ス３９を介してメインコントローラ３１に報告されると
共に、統計計算機３２にも入力される。なお、ウエハス
テージ制御部３７の制御情報は、統計計算機３２に入力
される。また、メインコントローラ３１に接続されたレ
ンズ励磁コイル電源制御部４０によって、各レンズ１
３、１５、１９、２２、２３の特性が制御される。同様
に、メインコントローラ３１に接続された偏向コイル電
源制御部４１によって、各偏向器１４、１８の特性が制
御される。

【００２８】ここで、マスクの種類に関する情報は、マ
スクの構成情報の一部として、メインコントローラ３１
に記憶されている。そこで、マスクをローディングする
際にマスクの構成情報からマスクの種類に関する情報を
読み取り、読み取った情報に応じて光学センサ駆動手段
２６を制御することにより、光学センサ２０の位置をマ
スクの種類に合わせて自動的に設定できる。

【００２９】次に、図５を参照しながら、本発明の第２
の実施形態に係る露光装置について説明する。図５は、
本実施形態に係る電子線転写露光装置に、図１の（ａ）
に示すマスク１００が取り付けられた状態を示す断面図
である。

【００３０】電子線転写露光装置において、マスクは、
真空チャンバ内で使用される。本実施形態においては、
図５に示すように、真空チャンバ１０の所定の部分に、
ガラス等の透明材料で構成された窓２７を設けることに
より、光学センサ２０を大気中に設置している。マスク
の種類に応じて光学センサ２０を手動で移動させれば、
図１の（ｂ）に示すマスク２００にも対応できる（図５
の点線の位置）。あるいは、光学センサ２０の主要部分
を大気中に設置し、大気中に設置する部分を付け替え可
能にすることにより、マスクの種類に応じて該部分を手
動で付け替えても良い。

【００３１】このようにすれば、モータ等のように露光
装置の磁界を乱す部品を使用することなく、シンプルな
構成とすることができる。特に、露光装置をデバイス生
産現場において使用する場合には、マスクの種類を変更
する頻度が少ないので有利な方式である。

【００３２】以上の実施形態において、マスクステージ
上に複数のマスクを設置して露光のために使用しても良
い。その場合には、図６に示すような複数のマスク６１
〜６３を固定したマスクフレーム６０を用いる。このよ
うに複数のマスクを設置した場合でも、光学センサを移
動させることにより、最小限２つの光学センサによって
アライメントマークの計測が可能である。また、上記複
数のマスクの中に異なる種類のマスクが混在していて
も、光学センサをマスクの種類に応じて移動可能とする
ことにより対応が可能である。このようにして、露光装
置の自由度を高めることができる。

【００３３】次に、図７を参照しながら、本発明に係る
露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。
図７は、本発明の一実施形態に係るデバイス製造方法を
示すフローチャートである。ここでは、シリコン基板上
にＭＯＳＦＥＴを形成して半導体装置を製造する場合に
ついて説明する。

【００３４】まず、工程Ｓ７１において、ＬＯＣＯＳ法
等によりシリコン基板上に素子分離膜を形成して素子形
成領域を画定する。次に、工程Ｓ７２において、シリコ
ン基板を熱酸化してシリコン基板の素子形成領域にシリ
コン酸化膜を形成し、工程Ｓ７３において、その上にＣ
ＶＤ法等により不純物を含有する多結晶シリコンを形成
する。

【００３５】次に、工程Ｓ７４において、本発明に係る
露光装置を用いたリソグラフィー技術によってレジスト
を形成する。即ち、多結晶シリコンが形成されたシリコ
ン基板上にレジストを塗布し、本発明に係る露光装置を
用いて露光することにより、マスク上のパターンを塗布
されたレジストに転写する。さらに、レジスト上の露光
されたパターンを現像する。

【００３６】次に、工程Ｓ７５において、現像されたレ
ジストのパターンをマスクとして、シリコン酸化膜及び
多結晶シリコンが形成されたシリコン基板をエッチング
し、ゲート酸化膜及びゲート電極をパターニングする。
さらに、工程Ｓ７６において、一度レジストを取り除
き、所定の領域に再度レジストを形成し、レジスト等が
形成されていない素子形成領域に不純物イオンを注入す
ることにより、ソース・ドレインとなる不純物拡散領域
をシリコン基板内に形成する。

【００３７】その後、工程Ｓ７７において、層間絶縁膜
を形成し、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。
さらに、工程Ｓ７８において、導電膜をスパッタリング
し、リソグラフィー技術によってパターニングすること
により配線を形成する。必要な場合には、工程Ｓ７７と
Ｓ７８を繰り返すことにより多層配線とする。このよう
にして、半導体装置の主要部が形成される。

【００３８】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、マス
クの種類に応じて光学センサの設置場所を変更すること
により、異なる位置にアライメントマークを有する複数
種類のマスク基板を共通の外形を有する冶具やフレーム
等に取り付けて使用する際に、マスクのアライメントを
容易にすることができる。これにより、マスクプロセス
開発技術の向上によって大型のマスクが標準となって
も、古い世代のプロセスによって作られたマスクを同一
の露光装置で使用することができる。また、種類の異な
るマスクを使用しても、同等のマスクアライメント精度
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る露光装置において使用する複数種
類のマスクの例を示す平面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る露光装置に、図
１の（ａ）に示すマスク１００が取り付けられた状態を
示す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る露光装置に、図
１の（ｂ）に示すマスク２００が取り付けられた状態を
示す断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る露光装置の構成
を示すブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る露光装置に、図
１の（ａ）に示すマスク１００が取り付けられた状態を
示す断面図である。

【図６】本発明に係る露光装置において用いる複数のマ
スクを固定したマスクフレームを示す平面図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るデバイス製造方法を
示すフローチャートである。

【図８】従来の光投影露光装置において用いるマスクの
形状の例を示す平面図である。

【図９】従来の光投影露光装置におけるマスクアライメ
ントを説明するための側面図である。

【符号の説明】

１１電子銃１２第１のダイアフラム１３、１５、１９電磁レンズ１４像位置調整偏向器１６第２のダイアフラム１７ブランキング用ダイアフラム１８サブフィールド選択偏向器２０光学センサ２１マスクホルダ２２、２３投影レンズ２４ウエハ２５ウエハステージ２６光学センサ駆動手段２７透明材料で構成された窓３１メインコントローラ３２統計計算機３３マスクステージ制御部３４マスクステージ３５、３８位置検出器３６、３９インターフェース３７ウエハステージ制御部４０レンズ励磁コイル電源制御部４１偏向コイル電源制御部１００、２００マスク１０１、２０１マスク基板１０２、２０２露光パターン形成領域１０３、１０４、２０３、２０４マスクアライメント
用マーク１０５、２０５マスクフレーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上のパターンを試料上に投影露光
する露光装置であって、異なる位置にアライメントマークを有する複数種類のマ
スクの内の任意の１種類のマスクを固定するためのマス
クホルダと、前記マスク上のアライメントマークを検出することによ
り前記マスクの位置検出を行うための光学センサであっ
て、前記マスクの種類に応じて設置場所の変更が可能で
ある前記光学センサと、を具備することを特徴とする露
光装置。
【請求項２】前記光学センサが、１枚のマスク上の複
数のアライメントマークを検出するために１枚のマスク
に対して複数個設置されていることを特徴とする請求項
１記載の露光装置。
【請求項３】前記マスクホルダが、マスクステージ上
に複数のマスクを固定できるように構成されていること
を特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】前記マスクは、材料として半導体ウエハ
を用いて作製されたマスク基板を有するものであり、前記光学センサは、前記マスク基板の材料である半導体
ウエハの寸法に応じて設置場所が変更されることを特徴
とする請求項１記載の露光装置。
【請求項５】遠隔操作の下で前記光学センサの設置位
置を変更するための光学センサ駆動手段と、前記マスクの種類に関する情報を読み取り、読み取った
情報に応じて前記光学センサ駆動手段を制御する制御手
段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の露光
装置。
【請求項６】前記マスクを減圧雰囲気中に保つための
減圧チャンバであって、複数の前記光学センサの主要部
分を設置するためのスペースが設けられた隔壁を有し、
これによって前記光学センサの主要部分が大気雰囲気中
に設置されて前記マスクの種類に応じて前記光学センサ
の設置位置を変更できるように構成された前記減圧チャ
ンバをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の
露光装置。
【請求項７】マスク上のパターンを試料上に投影露光
するために電子線を使用することを特徴とする請求項１
〜６のいずれか１項記載の露光装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項記載の露光
装置を用いて、マスクに設けられたパターンを試料上に
投影露光する工程を具備することを特徴とするデバイス
製造方法。