JP2010040551A - 露光装置のアライメント方法 - Google Patents

Abstract

【目的】下層工程をスキャナ型の露光装置で行い、上層工程を一括型露光装置で行うハイブリッド処理において、ショット形状歪みの直交成分や面内方向の倍率差を補正することが可能であり、重ね合わせ精度の高いアライメント方法を提供する。
【解決手段】レチクルの回路パターンの周囲の、走査露光によって二重露光される領域内であって回路パターンに関して互いに対応する位置に、各々が第１及び第２のマークからなる複数のマーク対を設け、上記レチクルを用いて第１露光工程を行い、形成された複数のマーク対から線形歪みを算出して記憶する予備的ステップと、上記レチクルを用い、当該記憶された上記線形歪みに応じて、上記走査露光における露光ショットの線形度を変化させて上記第１露光工程を実行する第１露光ステップと、上記第２露光工程を実行する第２露光ステップと、を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体製造のリソグラフィ工程において用いられる露光装置のアライメント方法に関する。

ＬＳＩなどの半導体装置の製造のフォトリソグラフィ工程において、電子回路を形成する基板（ウェハ等）に回路パターンが転写される。この回路パターン転写のために、一般的に、露光装置が用いられている。

露光装置には、露光時においてレチクル（フォトマスク）を載置したレチクルステージを静止した状態で一括で露光を行う一括型又はステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）と、露光時においてレチクルステージがウエハステージと同期移動される走査型又はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナ）と、に大別される（例えば、特許文献１）。

一括型露光装置では、露光ショットサイズが投影レンズ径内の露光領域に対応し、ショット倍率成分については投影レンズの投影領域の膨張、縮小調整によって縦横等比率で補正することができる。また、ショット回転成分については、レチクルステージあるいはウエハステージの回転調整により補正することができる。

一方、スキャナ型ではスキャン動作により投影レンズ内のスリット状の露光領域が移動することで露光ショットが形成されるため、投影レンズの投影領域の膨張、縮小調整及びスキャン距離調整を組み合わせることによってショット倍率成分を縦横方向に対して自在に補正することができる。また、スキャン走り方向の斜め調整によりショット直交度成分を補正することができる。

しかしながら、露光装置には投影レンズの歪みや、レチクルのパターン描画歪みがあり、複数回の重ね合わせ露光を行う場合には、これらの歪みは、合わせ精度を悪化させる原因となる。

特に、下層工程の露光（第１の露光）をスキャナ型の露光装置で行い、上層工程の露光（第２の露光）を一括型露光装置で行うハイブリッド処理の場合では、露光装置の投影レンズの歪み及びレチクルのパターン歪みによって、ショット形状歪みの直交成分や面内方向の縦横倍率差成分（以下、ＸＹ倍率差成分ともいう。）がそのまま残留し、合わせ精度を悪化させていた。

例えば、スキャナ型露光装置を用いた下層工程において、ウエハ上の各ショット露光に形状歪み（直交歪み、ＸＹ倍率差）が生じていない場合であっても、上層工程に用いられる一括型露光装置の投影レンズが直交歪みやＸＹ倍率歪みを有している場合には、重ね合わせ露光を行った後の各ショットはショット直交ずれやＸＹ倍率差が乗ったショット形状となり、重ね合わせ誤差として残留する。

また、スキャナ型露光装置を用いた下層工程において、レチクルのパターンに歪み（直交歪み、ＸＹ倍率差）があり、そのため各ショット露光に歪みが生じる場合には、一括型露光装置を用いた上層工程においても、各ショット露光の歪みはそのまま残留し、重ね合わせ誤差が生じる。
特開２０００−０３６４５１号（第２−３頁）

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、下層工程の露光（第１の露光）をスキャナ型の露光装置で行い、上層工程の露光（第２の露光）を一括型露光装置で行うハイブリッド処理において、露光装置のレンズの歪みやレチクルのパターン歪みがある場合であっても、ショット形状歪みの直交成分や面内方向の倍率差を補正することが可能であり、重ね合わせ精度の高い露光装置のアライメント方法を提供することにある。

本発明は、レチクルを用いて回路パターンの走査露光を行う第１露光工程と、上記第１露光工程より後に一括露光を行う第２露光工程と、を有する重ね合せ露光におけるアライメント方法であって、上記レチクルの回路パターンの周囲の、上記走査露光によって二重露光される領域内であって上記回路パターンに関して互いに対応する位置に、各々が第１及び第２のマークからなる複数のマーク対を設け、上記レチクルを用いて上記第１露光工程を行い、形成された上記複数のマーク対に基づいて、線形歪みを算出して記憶する予備的ステップと、上記レチクルを用い、当該記憶された上記線形歪みに応じて、上記走査露光における露光ショットの線形度を変化させて上記第１露光工程を実行する第１露光ステップと、上記第２露光工程を実行する第２露光ステップと、を有している。

本発明によれば、第１露光（下層工程）において、第１露光より後に行われる第２露光（上層工程）の歪みを考慮して補正が行われる。つまり、走査露光によって二重露光される領域内に複数のマーク対を設けたレチクルを用いて上記第１露光を行い、形成される複数のマーク対から線形歪みを算出して記憶しておく予備的工程と、上記レチクルを用い、当該記憶された上記線形歪みに応じた歪み補正を行った第１露光と、第２露光とを実行する。このようにすることで、第２露光プロセスによっては補正が不可能な各ショットの歪みを補正することができる。従って、第１露光（下層工程）及び第２露光（上層工程）による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。

また、第１露光におけるスキャン露光ショット歪みを補正した後、第２露光（一括露光）を行う。従って、第２露光（一括露光）によっては補正が不可能な複数のショットの各々の歪みを補正することができ、第１露光及び第２露光による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。

図１〜図３は、本発明によるアライメント方法を実施する露光装置１０の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、露光装置１０は、レチクル顕微鏡１１、レチクル１２、投影レンズ１４、ウエハステージ１５、レーザ干渉計１８及びアライメント顕微鏡１９から構成されている。なお、図１〜図３は、露光装置１０の概略的構成を示しており、光源、レチクル１２を載置するレチクルステージ、投影光学系の詳細、などについては一般的な構成であり、また図面の複雑さを避けるために、図示を省略している。

また、露光装置１０には、当該レチクルステージ、ウエハステージ１５等の可動機構の駆動を行うレチクルステージ駆動部及びウエハステージ駆動部を含む駆動部７が設けられている。駆動部７は当該ステージの駆動を行うとともに、その駆動量（すなわち、各ステージの移動量）を識別する駆動量識別部が設けられている。さらに、上記した露光装置１０の各構成要素に双方向的に接続され、当該駆動部７の調整制御を実行するとともに、後述する各種測定、データ演算、データ格納（記憶）等を行い、露光装置１０の全体の制御を行うコントローラ５が設けられている。なお、図２及び図３では、コントローラ５及び駆動部７の図示を省略している。

さらに、レチクル１２上にはアライメントマーク３が形成され、ウエハステージ１５上には基準マーク６が形成されている。また、ウエハステージ１５上にはレーザ干渉計１８からの入射光をレーザ干渉計１８に向けて反射する干渉ミラー１７が設けられている。

まず、図１〜図３を参照して、レチクルに対するウエハの位置ずれ、歪みを検出する動作について以下に説明する。図１に示すように、露光装置１０にセットされたレチクル１２上のレチクルアライメントマーク３と、ウエハステージ１５上の基準マーク６との位置ずれが投影レンズ１４を介してレチクル顕微鏡１１によって測定される。なお、この際、レーザ干渉計１８によって、ウエハステージ１５上に設置されている干渉ミラー１７との間の入反射干渉光の位相がモニタされ、ウエハステージ１５に対するレチクル１２の位置ずれ、すなわちレチクル１２の位置座標が識別される。

次に、図２に示すように、ウエハステージ１５が駆動部７の駆動によって移動され、ウエハ位置検出用のアライメント顕微鏡１９によって、アライメント顕微鏡１９に設けられている顕微鏡基準マーク（図示しない）と、ウエハステージ１５上の基準マーク６の位置ずれが測定される。なお、この際、レーザ干渉計１８によって、ウエハステージ１５上に設置されている干渉ミラー１７との間の入反射干渉光の位相がモニタされ、ウエハステージ１５の位置座標が識別される。そして、かかる動作によってアライメント顕微鏡１９の位置座標が識別される。

次に、図３に示すように、ウエハステージ１５上に下層工程（第１の露光）を経たウエハ２０が載置される。ウエハステージ１５を移動させながら下層工程で形成したウエハ上の複数のウエハマーク（図示せず）がアライメント顕微鏡１９で検出され、アライメント顕微鏡１９に対するウエハの位置ずれ、歪みが検出される。

前述のように、上記したレチクル１２の位置座標、アライメント顕微鏡１９の位置座標、及びアライメント顕微鏡１９に対するウエハの位置ずれや歪みの検出及び算出は、各種測定、データ演算、データ格納等の機能を有するコントローラ５によって実行及び制御される。

なお、本実施例においては、ウエハマークの検出は、投影レンズ１４を介さずに専用のアライメント顕微鏡１９を用いて行う、いわゆるオフ・アクシス（OFF-AXIS）方式を採用している。なお、当該方法の他には、投影レンズ１４を介してウエハマークを検出するＴＴＬ（Through The Lens）方式がある。しかしながら、アライメントに用いられる測定光（すなわち、非露光光）はウエハ２０上に塗布されたレジストの干渉を受けにくい広帯域の波長幅を有しており、特に、高ＮＡ（Numerical Aperture）の投影レンズ１４を用いた光学系では色収差が大きく、補正が困難であるため、微細パターンが必要とされる高ＮＡ投影レンズ光学系を搭載した露光装置においてはオフ・アクシス方式が主流となっている。

次に、図４を参照して、下層工程（第１の露光）におけるショット形状歪みを測定するためのレチクルアライメントマーク３の一例について説明する。より詳細には、レチクル１２には、例えば、半導体回路等を形成する矩形形状の半導体回路チップ領域２２（ハッチングして示す領域）、半導体回路チップ領域２２の外側の周囲の４辺からなるグリッドライン２３（23X1, 23X2, 23Y1, 23Y2）が設けられている。なお、以下においては、半導体回路チップ領域２２及びグリッドライン２３からなる領域を第１露光格子（又は、単に、露光格子）ともいう。当該露光格子は、下層工程において、上記したステップ・アンド・スキャン露光（第１の露光）により、当該レチクルパターンがウエハ２０上の各ショット領域に逐次転写露光される。また、後述するように、このスキャン露光においてグリッドライン２３の各４辺は二重露光される。ウエハ２０に塗布されたレジストを部分的に二重露光することで、その後のエッチング処理によってレジストからなる測定マーク２６Ｐ（後述）を形成することができる。

図４に示すように、半導体回路チップ領域２２の中心を原点Ｏ（0,0）とし、レチクル１２面内にＸ方向（紙面右方向が正）、Ｙ方向（紙面上方向が正）が規定され、レチクル１２の面（ＸＹ平面）に垂直なＺ方向が規定されている。そして、グリッドライン２３は、Ｘ方向に水平な方向のグリッドラインの線分（以下、グリッドライン切片ともいう。）23X1（Ｙ＞０）、23X2（Ｙ＜０）と、Ｙ方向に水平な方向のグリッドライン（切片）23Y1（Ｘ＞０）、23Y2（Ｘ＜０）とから構成されている。

半導体回路チップ領域２２の外周のグリッドライン内には互いに対応するアウタマーク及びインナマークが複数対、好ましくは４対設けられている。例えば、グリッドライン２３内であって、半導体回路チップ領域２２の上下及び左右に、４対のアウタマーク及びインナマークが設けられている。

より詳細には、図４及び図５（ａ）の部分拡大図に示すように、当該ＸＹ平面の第１象限（すなわち、Ｘ＞０，Ｙ＞０）であって、グリッドライン切片23X1（Ｙ＞０）内にはアウタマーク２５Ｐが設けられている。また、図４及び図５（ｂ）の部分拡大図に示すように、アウタマーク２５Ｐに対応するインナマーク２４Ｐが当該ＸＹ平面の第４象限（すなわち、Ｘ＞０，Ｙ＜０）であって、グリッドライン切片23X2内に設けられている。すなわち、ステップ・アンド・スキャン露光により下層工程（第１の露光）を行うことによって、グリッドライン切片23X1及びグリッドライン切片23X2は二重露光されるが、図６に示すように、この二重露光によってアウタマーク２５Ｐ及びインナマーク２４Ｐが重なる位置に配されている。そして、ステップ・アンド・スキャン露光によって、アウタマーク２５Ｐ及びインナマーク２４Ｐが露光され、ボックス・イン・ボックス（Box-in-box）型の第１露光格子測定マーク２６Ｐが形成される。つまり、レチクルの回路パターンである半導体回路チップ領域２２の周囲であって走査露光によって二重露光される隣接露光ショット間、すなわち、露光される半導体回路チップ領域２２の外側の領域（グリッドライン）上であって、かつ、二重露光によってボックス・イン・ボックス型の第１露光格子測定マーク２６Ｐが形成されるように、アウタマーク２５Ｐ及びインナマーク２４Ｐが設けられている。

同様に、図４に示すように、ＸＹ平面の第２象限（Ｘ＜０，Ｙ＞０）の、グリッドライン切片23Y2内にアウタマーク２５Ｑが設けられ、ＸＹ平面の第１象限（Ｘ＞０，Ｙ＞０）であって、グリッドライン切片23Y1内にインナマーク２４Ｑが設けられている。また、ＸＹ平面の第３象限（Ｘ＜０，Ｙ＜０）の、グリッドライン切片23X2内にアウタマーク２５Ｒが設けられ、ＸＹ平面の第２象限（Ｘ＜０，Ｙ＞０）の、グリッドライン切片23X1内にインナマーク２４Ｒが設けられている。また、ＸＹ平面の第４象限（Ｘ＞０，Ｙ＜０）の、グリッドライン切片23Y1内にアウタマーク２５Ｓが設けられ、ＸＹ平面の第３象限（Ｘ＜０，Ｙ＜０）の、グリッドライン切片23Y2内にインナマーク２４Ｓが設けられている。また、同様に、ステップ・アンド・スキャン露光（下層工程）において各マークは二重露光されるが、アウタマーク２５Ｑ及びインナマーク２４Ｑ、アウタマーク２５Ｒ及びインナマーク２４Ｒ、アウタマーク２５Ｓ及びインナマーク２４Ｓ、の互いに対応するマークからなるマーク対の各々は、互いに対応するアウタマーク及びインナマークが二重露光によって重なる位置に配されている。

なお、上記したように、半導体回路チップ領域（回路パターン）２２の外周のグリッドライン上には互いに対応するアウタマーク及びインナマークが４対、半導体回路チップ領域２２の上下及び左右に設けられている。換言すれば、当該４対のマーク対の対応する各マークはレチクルの面内の直交する２方向（例えば、Ｘ方向及びＹ方向）に関して互いにオフセットした位置関係にあるように配されていることが好ましい。なお、本実施例においては、ショット露光のスキャン方向（Ｘ方向及びＹ方向）に関して互いにオフセットした位置に配されている。より具体的には、４対のマーク対の対応するマーク（アウタマークとする）２５Ｐ，２５Ｑ，２５Ｒ，２５Ｓのうちいずれの２つもＸ方向及びＹ方向に関して互いにオフセットした位置に配されている。例えば、アウタマーク２５Ｐ及びアウタマーク２５ＱはＸ軸に平行な線上及びＹ軸に平行な線上にはなく、Ｘ方向及びＹ方向に関して互いにずれている。また、換言すれば、アウタマーク２５Ｐ及びアウタマーク２５Ｑを結ぶ直線は当該２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に平行ではなく一定の角度（０ではない）を有している。そして、上記４つのアウタマークのうち他のいずれの２つも同様な関係（Ｘ方向及びＹ方向に関して互いにオフセットしている）にある。このような関係にマーク対を配置すれば、後述する線形歪み補正のための関係式（１）〜（１４）から傾き係数Ａxx−Ａyy，合わせずれ量Δｘ，Δｙ等を求めることができる。

なお、ウエハプロセスによっては、マーク形成を行うグリッドライン上に遮光膜（例えば、Ｃｒ膜）を形成する場合としない場合があるが、アウタマーク２５ｉ及びインナマーク２４ｉ（ｉは、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ）の各々は、グリッドライン２３が遮光部として形成されていても、あるいは透過部として形成されていてもよい。すなわち、露光光の遮光又は透過に応じて、適宜、アウタマーク２５ｉ及びインナマーク２４ｉが露光されて、後述する露光格子測定マークが形成されるように構成されていればよい。

図７は、下層工程（第１の露光）による露光がなされたウエハ２０を示している。また、図８は図７の部分拡大図であり、ウエハ２０の露光ショットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより形成される露光格子測定マークの形成部Ｗを拡大して示している。上記したように、半導体回路チップ領域２２の外周の上下及び左右のグリッドライン切片が重なるように二重露光がなされる。従って、例えば、露光ショットＡ，Ｂ間のグリッドライン切片には、露光ショットＡ及びＢによって二重露光された露光格子測定マーク２６Ｓが形成される。より具体的には、露光格子測定マーク２６Ｓは、露光ショットＡによるアウタマーク２５Ｓ(A)と、露光ショットＢによるインナマーク２４Ｓ(B)とによって形成される。同様にして、露光ショットＡ，Ｃ間のグリッドライン切片には、露光ショットＡによるインナマーク２４Ｐ(A)と、露光ショットＣによるアウタマーク２５Ｐ(C)とによって形成される露光格子測定マーク２６Ｐが形成される。また、露光ショットＣ，Ｄ間のグリッドライン切片には、露光ショットＣによるインナマーク２４Ｑ(C)と、露光ショットＤによるアウタマーク２５Ｑ(D)とによって形成される露光格子測定マーク２６Ｑが形成される。また、露光ショットＢ，Ｄ間のグリッドライン切片には、露光ショットＢによるアウタマーク２５Ｒ(B)と、露光ショットＤによるインナマーク２４Ｒ(D)とによって形成される露光格子測定マーク２６Ｒが形成される。

図９（ａ）は、下層工程（第１の露光）による複数の露光ショットがなされたウエハ２０を示している。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す複数の露光ショットのうちの１ショット（露光ショットＥとする）に関する第１露光格子測定マークを示している。より詳細には、図９（ｂ）は、当該複数の露光ショットによる、露光ショットＥの右上の測定マークＵＲ（上記した測定マーク２６Ｐに対応）、左上の測定マークＵＬ（測定マーク２６Ｑに対応）、左下の測定マークＬＬ（測定マーク２６Ｒに対応）、及び右下の測定マークＬＲ（測定マーク２６Ｓに対応）を示している。

［第１露光格子測定及び測定データの変換］
上記したアウタマーク及びインナマークの位置ずれ量を、専用の光学式重ね合せ測定機を用いて検出することにより隣接露光ショット間の位置ずれ量を測定する。

図１０は、上記した測定対象ショット（露光ショットＥ）に関する各測定マークの位置座標、及び合わせずれ量を模式的に示している。

まず、露光ショットＥの測定マークＵＲ，ＵＬ，ＬＬ，ＬＲの各々について、位置座標、及びアウタマーク及びインナマークの合わせずれ量を測定する。すなわち、測定マークＵＲ，ＵＬ，ＬＬ，ＬＲの位置座標はそれぞれＵＲ（URx, URy），ＵＬ（ULx, ULy），ＬＬ（LLx, LLy），ＬＲ（LRx, LRy）である。また、アウタマーク及びインナマークの合わせずれ量（Ｘ方向，Ｙ方向）は測定マークＵＲ，ＵＬ，ＬＬ，ＬＲの各々について、それぞれ（URΔx, URΔy），（ULΔx, ULΔy），（LLΔx, LLΔy），（LRΔx, LRΔy）である。

次に、Ｙ方向に平行なグリッドライン切片（以下、Ｘ切片ともいう。）23Y2, 23Y1（図４参照）上の測定マークＵＬ，ＬＲのＸ座標ULx及びLRxと、Ｘ方向の合わせずれ測定値ULΔx及びLRΔxを用い、次の１次式（１）によって傾き係数Ａxxを求める。

Δｘ＝Ａxx＊Ｘ （１）
ここで、Δｘ及びＸはそれぞれＸ方向の合わせずれの差分、及びＸ座標の差分であり、図１１（ａ）にも示すように、Δｘ＝LRΔx−ULΔx，Ｘ＝LRx−ULxである。

同様にして、上記測定マークＵＬ，ＬＲのＸ座標ULx及びLRxと、Ｙ方向の合わせずれ測定値ULΔy及びLRΔyから次の１次式（２）によって傾き係数Ａxyを求める。

Δｙ＝Ａxy＊Ｘ （２）
ここで、Ｘは上記Ｘ座標の差分であり、Ｘ＝LRx−ULxである。また、ΔｙはＹ方向の合わせずれの差分であり、図１１（ｂ）にも示すように、Δｙ＝LRΔy−ULΔyである。

さらに、Ｘ方向に平行なグリッドライン切片（以下、Ｙ切片ともいう。）23X1, 23X2（図４参照）上の測定マークＵＲ，ＬＬのＹ座標URy及びLLyと、Ｘ方向の合わせずれ測定値URΔx及びLLΔxを用い、次の１次式（３）によって傾き係数Ａyxを求める。

Δｘ＝Ａyx＊Ｙ （３）
ここで、Δｘ＝URΔx−LLΔxであり、Ｙ＝URy−LLyである。

同様にして、上記測定マークＵＲ，ＬＬのＹ座標URy及びLLyと、Ｙ方向の合わせずれ測定値URΔy及びLLΔyから次の１次式（４）によって傾き係数Ａyyを求める。

Δｙ＝Ａyy＊Ｙ （４）
ここで、Δｙ＝URΔy−LLΔyであり、Ｙ＝URy−LLyである。

上記測定値から求められた合わせずれ量Δｘ，Δｙは隣接ショットの合わせずれ量が干渉した値となっているため、ショット内のある任意の座標（Ｘt，Ｙt）におけるＸ及びＹ方向合わせずれ量（ΔＸt，ΔＹt）は、式（１）〜（４）で求めた１次式の傾きの１／２の比率で寄与すると考えられるため、下記の式（５），（６）で表される。

ΔＸt＝（Ａxx＊Ｘt）／２＋（Ａyx＊Ｙt）／２ （５）
ΔＹt＝（Ａyy＊Ｙt）／２＋（Ａxy＊Ｘt）／２ （６）
従って、測定マークＵＲ，ＵＬ，ＬＬ，ＬＲの各々について、Ｘ方向及びＹ方向の合わせずれ量は以下の式で表される。
URΔX＝（Ａxx＊URx）／２＋（Ａyx＊URy）／２ （７）
URΔY＝（Ａyy＊URy）／２＋（Ａxy＊URx）／２ （８）
ULΔX＝（Ａxx＊ULx）／２＋（Ａyx＊ULy）／２ （９）
ULΔY＝（Ａyy＊ULy）／２＋（Ａxy＊ULx）／２ （１０）
LLΔX＝（Ａxx＊LLx）／２＋（Ａyx＊LLy）／２ （１１）
LLΔY＝（Ａyy＊LLy）／２＋（Ａxy＊LLx）／２ （１２）
LRΔX＝（Ａxx＊LRx）／２＋（Ａyx＊LRy）／２ （１３）
LRΔY＝（Ａyy＊LRy）／２＋（Ａxy＊LRx）／２ （１４）

かかる方法によって、下層工程の露光（第１の露光）をスキャナ型の露光装置で行い、上層工程の露光（第２の露光）を一括型露光装置で行うハイブリッド処理（重ね合わせ露光）における露光歪みを予め算出しておくことができる。すなわち、当該第２露光における露光装置の投影レンズの歪みに起因するショット直交ずれやＸＹショット倍率差（歪みの線形成分）を予め算出し、当該算出値を、例えばコントローラ５に設けられたメモリ等のデータライブラリに格納しておく。また、レチクルのパターン描画歪みに起因するショット直交ずれやＸＹショット倍率差（線形歪み）を予め算出し当該算出値をデータライブラリとして記憶しておく。このように、上記ハイブリッド処理の予備プロセスとして上記した線形歪みを算出し、記憶するステップを実行しておく。

［ハイブリッド露光のプロセスフロー］
図１２は、下層工程の露光（第１の露光）をスキャナ型の露光装置で行い、上層工程の露光（第２の露光）を一括型露光装置で行うハイブリッド処理（重ね合わせ露光）のプロセスフローを示すフローチャートである。

まず、ウエハ基板上にエッチングマスクとなるレジストを塗布する（ステップＳ１１）。次に、スキャナ型露光装置によって第１露光（下層工程）を行う前に、コントローラ５に設けられたメモリ等のデータライブラリに格納されたレチクルのパターン描画歪み及び露光レンズ（第２露光）歪みの線形成分（ショット直交度、及びＸＹショット倍率差）を参照する（ステップＳ１２）。当該データライブラリには少なくとも１つのレチクル及び少なくとも１つの露光装置（投影レンズ）の歪みに関するデータ、及び線形成分に関する基準値（許容値）が格納されている。

そして、第１露光（下層工程）で用いられるレチクル１２及び第２露光（上層工程）で用いられる露光装置（投影レンズ）に該当するデータを選択し、当該データに応じた補正を行って第１露光（下層工程）を実行する（ステップＳ１３）。

第１露光の終了後、現像処理を行う（ステップＳ１４）。

現像後、第１露光格子測定マークの測定を実行する（ステップＳ１５）。当該測定によって得られたショット歪みの線形成分のずれ量を、データライブラリに格納されている第２露光のショット歪みの線形成分のずれ量と比較する。当該比較により、第２露光のショット歪みの線形成分のずれ量の規格内であるか否かが判別される（ステップＳ１６）。

許容値を外れている場合には、レジストを剥離し、再度レジストが塗布され（ステップＳ１１）、上記したステップＳ１１〜Ｓ１６が繰り返される。ステップＳ１７の後に第２露光（ステップ１７）が行われる。より詳細には、ステップ１７における第２露光が不純物注入工程のためであれば、ステップ１６の後に、ホトリソ工程（ステップ１７の第２露光を含む）→不純物注入工程→レジスト除去工程となり、ステップ１７における第２露光が配線や孔の形成などのエッチング加工を必要とする工程のためであれば、ステップ１６の後に、成膜工程→ホトリソ工程（ステップ１７の第２露光を含む）→エッチング工程と続くこととなる。

上記した補正ステップＳ１３、測定及び判別ステップＳ１５−Ｓ１６について、以下に図面を参照しつつ具体例を挙げてより詳細に説明する。

（i） 第２露光装置が投影直交歪みを有する場合
図１３（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクル１２と、レチクル１２に半導体回路パターンが描画された半導体回路チップ領域２２（ハッチングして示す）を模式的に示している。レチクル１２の当該回路描画パターンにはショット直交度歪みやＸＹショット倍率差等の歪みが無い場合を示している。また、当該第１露光装置にはその他の歪み、例えば投影光学系等による直交度及び倍率差等の歪みも無いと仮定する。

一方、図１３（ｂ）は、第１露光装置（スキャナ型）によるプロセスの後の第２露光プロセスにおいて用いられる露光装置（一括型）の投影レンズの投影パターンを模式的に示している。すなわち、第２露光装置の投影レンズはショット直交歪みを有し、ウエハ２０上に投影される投影パターン３１は正方形形状から歪んだ平行四辺形形状を有していることが模式的に示されている。

図１４は、第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。すなわち、図中の破線は歪み補正の無い場合の矩形形状（長方形又は正方形）の複数のショット３３を示し、実線（及びハッチングして示す領域）３４は歪み補正を行った場合の複数のショットを示している。ここで、第１露光における当該歪み補正は、第２露光装置のショット直交歪みを補正するように、すなわち、当該第２露光装置のショット直交歪みと一致するように第１露光における各ショットのスキャン露光において補正がなされている。具体的には、第２露光装置のショット直交歪みに応じた大きさだけ直交度を変化させた露光ショットとなるように補正がなされる。

そして、かかる補正がなされた第１露光（ステップＳ１３）が終了したウエハ２０は現像処理（ステップＳ１４）の後、第１露光格子測定マークの測定が実行される（ステップＳ１５）。当該測定及びデータ演算（式（１）〜（４），式（７）〜（１４））によって得られたショット歪みが、予め算出され、データライブラリに格納されていた当該第２露光装置の歪みに起因するショット直交歪みと比較され、当該第２露光装置の歪みに対して規格内であるか否かが判別される（ステップＳ１６）のである。

図１５は、かかる第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。ここで、図中の破線は第１露光において歪み補正を行って形成される複数のショット３４を示し、実線（及びハッチングして示す領域）は第２露光後において形成される複数のショット３６を模式的に示している。すなわち、第１露光における複数のショット３４は第２露光における歪みに応じて補正、露光されるので、第２露光において、当該複数のショット３６は第１露光における複数のショット３４と一致するように重ね合わせ露光がなされる。

このように、第１露光（下層工程）において、第１露光より後に行われる第２露光（上層工程）の歪みを考慮して補正が行われる。従って、２層目の一括露光における歪みを、１層目のステップ・アンド・スキャン露光に反映させて補正するので、第２露光プロセスによっては補正が不可能な各ショットの歪み（直交歪み）を補正することができ、第１露光（下層工程）及び第２露光（上層工程）による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。
（ii）第２露光装置が投影倍率歪みを有する場合
図１６（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクル１２の半導体回路チップ領域２２を模式的に示している。レチクル１２の当該描画パターンにはショット直交度やＸＹショット倍率差等の歪みは無く、また、当該第１露光装置にはその他の歪み、例えば投影光学系等による直交度及び倍率差等の歪みも無いと仮定する。

一方、図１６（ｂ）は、第２露光プロセスにおいて用いられる露光装置（一括型）の投影パターンを模式的に示している。すなわち、第２露光装置の投影レンズは投影ショット倍率歪みを有し、ウエハ２０上に投影される投影パターン３１は正方形形状から歪んだ長方形形状を有していることが模式的に示されている。すなわち、図１６（ｂ）では、投影パターン３１が正方形形状をＸ方向に圧縮及び／又はＹ方向に伸長した形状を有している場合を示している。

図１７は、第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。すなわち、図中の破線は歪み補正の無い場合の矩形形状（長方形又は正方形）の複数のショット３３を示し、実線（及びハッチングして示す領域）３４は歪み補正を行った場合の複数のショットを示している。ここで、第１露光における当該歪み補正は、第２露光装置のショット倍率歪みを補正するように、すなわち、当該第２露光装置のショット倍率歪みと一致するように第１露光における各ショットのスキャン露光において補正がなされている。具体的には、第２露光装置のショット倍率歪みに応じた大きさだけＸ方向に圧縮及び／又はＹ方向に伸長した露光ショットとなるように補正がなされる。

そして、上記した場合（i）と同様に、かかる補正がなされた第１露光が終了したウエハ２０は現像処理の後、第１露光格子測定マークの測定が実行される。当該測定によって得られたショット歪みが、データライブラリに格納されていた当該第２露光装置の倍率歪みと比較され、規格内であるか否かが判別される。

図１８は、かかる第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。ここで、図中の破線は第１露光において歪み補正を行って形成される複数のショット３４を示し、実線（及びハッチングして示す領域）は第２露光後において形成される複数のショット３６を模式的に示している。すなわち、第１露光における複数のショット３４は第２露光における歪みに応じて補正、露光されるので、第２露光において、当該複数のショット３６は第１露光における複数のショット３４と一致するように重ね合わせ露光がなされる。

このように、第１露光（下層工程）において、第１露光より後に行われる第２露光（上層工程）の歪みを考慮して補正が行われる。従って、２層目の一括露光における歪みを、１層目のステップ・アンド・スキャン露光に反映させて補正するので、第２露光プロセスによっては補正が不可能な各ショットの歪み（倍率歪み）を補正することができ、第１露光（下層工程）及び第２露光（上層工程）による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。

（iii）第１露光装置のレチクルが直交歪みを有する場合
図１９（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクル１２の半導体回路チップ領域２２を模式的に示している。レチクル１２の当該描画パターンはショット直交歪みを有し、本来の回路パターンである矩形形状（長方形状又は正方形状）から歪んだ平行四辺形形状を有していることが模式的に示されている。

一方、図１９（ｂ）は、第２露光装置（一括型）の投影パターンを模式的に示している。当該投影パターンは正方形状であり、第２露光装置が投影歪み（直交歪み及び倍率歪み）を有していない場合を示している。

図２０は、第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。すなわち、図中の破線は歪み補正の無い場合の矩形形状（長方形又は正方形）の複数のショット３３を示し、実線（及びハッチングして示す領域）３４は歪み補正を行った場合の複数のショットを示している。すなわち、第１露光においてレチクル１２の直交歪みの補正がなされる。

そして、上記した場合（i）〜（ii）と同様に、かかる補正による第１露光が終了したウエハ２０は現像処理の後、第１露光格子測定マークの測定が実行される。当該測定によって得られたショット歪みが、データライブラリに格納されていた許容値と比較され、規格内であるか否かが判別される。

図２１は、かかる第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。ここで、図中の破線は第１露光において歪み補正を行って形成される複数のショット３４を示し、実線（及びハッチングして示す領域）は第２露光後において形成される複数のショット３６を模式的に示している。

このように、第２露光プロセス（一括露光）によっては補正が不可能な複数のショットの各々の歪みを補正することができ、第１露光（下層工程）及び第２露光（上層工程）による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。

（iv）第１露光装置のレチクルが倍率歪みを有する場合
図２２（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクル１２の半導体回路チップ領域２２を模式的に示している。レチクル１２の当該描画パターンは倍率歪みを有し、本来の回路パターンである矩形形状（長方形状又は正方形状）からＸ方向に圧縮及び／又はＹ方向に伸長した形状を有している場合を示している。

一方、図２２（ｂ）は、第２露光装置（一括型）の投影パターンを模式的に示している。当該投影パターンは正方形状であり、第２露光装置が投影歪み（直交歪み及び倍率歪み）を有していない場合を示している。

図２３は、第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。すなわち、図中の破線は歪み補正の無い場合の矩形形状（長方形又は正方形）の複数のショット３３を示し、実線（及びハッチングして示す領域）３４は歪み補正を行った場合の複数のショットを示している。すなわち、第１露光においてレチクル１２の倍率歪みの補正がなされる。

そして、上記した場合（i）〜（iii）と同様に、かかる補正による第１露光が終了したウエハ２０は現像処理の後、第１露光格子測定マークの測定が実行される。当該測定によって得られたショット歪みが、データライブラリに格納されていた許容値と比較され、規格内であるか否かが判別される。

図２４は、かかる第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ２０上に形成される複数のショットを模式的に示している。ここで、図中の破線は第１露光において歪み補正を行って形成される複数のショット３４を示し、実線（及びハッチングして示す領域）は第２露光後において形成される複数のショット３６を模式的に示している。

このように、第２露光プロセス（一括露光）によっては補正が不可能な複数のショットの各々の歪みを補正することができ、第１露光（下層工程）及び第２露光（上層工程）による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。

上記した（i）〜（iv）の補正は、用いられる第１露光装置（スキャナ型）のレチクル及び、第１露光装置による露光より後に実行される露光で用いられる第２露光装置（一括型）の投影光学系の歪みに応じて適宜組み合わせて実行することができる。例えば、第２露光装置が投影直交歪みを有するとともに倍率歪みをも有する場合には、上記した（i），（ii）の補正を組み合わせ、２層目の一括露光における歪みを、１層目のステップ・アンド・スキャン露光に反映させる補正を行うことによって第１露光（下層工程）及び第２露光（上層工程）による各露光ショットの重ね合わせ精度を向上することができる。他の組み合わせについても、同様に、第２露光プロセスによっては補正が不可能な各ショットの歪み（倍率歪み）を補正することができる。

なお、上記した算出方法に基づくスキャナ型露光装置の実露光評価による検証として、ショット補正成分の補正入力値に対する合わせ測定値を式（１）〜（４）及び式（７）〜（１４）を用いてデータ変換した値を出力値としてプロットしたところ、ショット倍率Ｘ，Ｙ、ショット直交度、ショット回転のいずれも傾き≒１、寄与率ｒ²≒１の補正追従性が得られており、データ変換方法に問題が無いことが検証された。

また、上記した実施例に基づいて、実際に露光処理及び評価を行った。上記補正を行わなかった場合には、６〜７ppmと大きな値のＸＹショット倍率差が残留し、合わせ残留ばらつきは３σで0.08〜0.13μｍの間で分布する結果が得られた。一方、上記した実施例に基づく補正を行った場合には、ＸＹショット倍率差が２ppm未満で、合わせ残留ばらつきが３σで0.03〜0.06μｍと大きく重ね合わせ精度を向上することができた。

本発明によるアライメント方法を実施する露光装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明によるアライメント方法を実施する露光装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明によるアライメント方法を実施する露光装置の構成の一例を示すブロック図である。 下層工程（第１の露光）におけるショット形状歪みを測定するためのレチクルアライメントマークの一例を示す図である。 図５（ａ）は、グリッドライン切片上に設けられるアウタマークの一例を示す部分拡大図であり、図５（ｂ）は、当該アウタマークに対応するインナマークの一例を示す部分拡大図である。 ステップ・アンド・スキャン露光による二重露光によってアウタマーク及びインナマークにより形成されるボックス・イン・ボックス型の第１露光格子測定マークの一例を示す部分拡大図である。 下層工程（第１の露光）による露光がなされ、複数の露光ショットが形成されたウエハを模式的に示す図である。 図７に示す露光ショットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより形成される露光格子測定マークの形成部Ｗを拡大して示す部分拡大図である。 図９（ａ）は、下層工程（第１の露光）による複数の露光ショットがなされたウエハを模式的に示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す複数の露光ショットのうちの１ショット（露光ショットＥ）に関する第１露光格子測定マークを示す部分拡大図である。 測定対象ショット（露光ショットＥ）に関する各測定マークの位置座標、及び合わせずれ量を模式的に示す図である。 Ｘ方向及びＹ方向の合わせずれの差分、Ｘ座標の差分、及び傾き係数について示す図である。 下層工程の露光（第１の露光）をスキャナ型の露光装置で行い、上層工程の露光（第２の露光）を一括型露光装置で行うハイブリッド処理（重ね合わせ露光）のプロセスフローを示すフローチャートである。 図１３（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクルと、レチクルに描画された半導体回路チップ領域を模式的に示す図である。図１３（ｂ）は、第１露光装置によるプロセスの後の第２露光プロセスにおいて用いられる露光装置（一括型）の投影レンズの投影パターンを模式的に示す図である。 第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 図１６（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクルの半導体回路チップ領域を模式的に示す図であり、図１６（ｂ）は、投影ショット倍率歪みを有する第２露光装置（一括型）の投影パターンを模式的に示す図である。 第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 図１９（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクルの半導体回路チップ領域を模式的に示す図であり、図１９（ｂ）は、第２露光装置（一括型）の投影パターンを模式的に示す図である。 第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 図２２（ａ）は、第１露光装置（スキャナ型）において用いられるレチクルの半導体回路チップ領域を模式的に示す図であり、図２２（ｂ）は、第２露光装置（一括型）の投影パターンを模式的に示す図である。 第１露光において実行されるステップ・アンド・スキャンによりウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。 第１露光における補正がなされた後の第２露光後にウエハ上に形成される複数のショットを模式的に示す図である。

符号の説明

３ アライメントマーク
５ コントローラ
７ 駆動部
１０ 露光装置
１１ レチクル顕微鏡
１２ レチクル １４ 投影レンズ
１５ ウエハステージ
１８ レーザ干渉
１９ アライメント顕微鏡
２２ 半導体回路チップ領域
２３（23X1, 23X2, 23Y1, 23Y2） グリッドライン（切片）
２４ インナマーク
２５ アウタマーク

Claims (6)

1. レチクルを用いて回路パターンの走査露光を行う第１露光工程と、前記第１露光工程より後に一括露光を行う第２露光工程と、を有する重ね合せ露光におけるアライメント方法であって、
   前記レチクルの回路パターンの周囲の、前記走査露光によって二重露光される領域内であって前記回路パターンに関して互いに対応する位置に、各々が第１及び第２のマークからなる複数のマーク対を設け、
   前記レチクルを用いて前記第１露光工程を行い、形成された前記複数のマーク対に基づいて、線形歪みを算出して記憶する予備的ステップと、
   前記レチクルを用い、当該記憶された前記線形歪みに応じて、前記走査露光における露光ショットの線形度を変化させて前記第１露光工程を実行する第１露光ステップと、
   前記第２露光工程を実行する第２露光ステップと、を有することを特徴とする方法。
2. 前記複数のマーク対は４対であり、当該４対のマーク対は前記レチクルの面内の直交する２方向に関して互いにオフセットした位置関係で配されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のマーク対の各々の第１及び第２のマークは、前記二重露光によってボックス・イン・ボックス型のマークを形成するアウタマーク及びインナマークであることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記算出して記憶するステップは、さらに前記位置ずれの測定値に基づいて前記レチクルの線形歪みを算出して記憶することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の方法。
5. 回路パターンの走査露光に用いられるレチクルであって、
   前記走査露光によって二重露光される領域に対応する前記レチクルの回路パターンの外側周囲の、前記回路パターンに関して互いに対応する位置に、各々が第１及び第２のマークからなる少なくとも４対のマーク対を有し、前記４対のマーク対は前記レチクルの面内の直交する２方向に関して互いにオフセットした位置に配されていることを特徴とするレチクル。
6. 前記４対のマーク対の各々の第１及び第２のマークは、前記走査露光による二重露光によってボックス・イン・ボックス型のマークを形成する位置に配されたアウタマーク及びインナマークであることを特徴とする請求項５に記載のレチクル。

Images