JP2011100804A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハステージとマスクステージのアライメントマークを１台の撮像装置で撮像可能とする。
【解決手段】 マスクステージ１８は、マスクステージマーク２０を備え、マスク１６を支持する。ウェハステージ３２は、ウェハステージマーク４２を備え、ウェハ３０を支持する。撮像装置４８は、マスクステージマーク２０が撮像可能となる状態と、ウェハステージマーク４２が撮像可能な状態とに切替えられる。制御部４０は、撮像装置４８によって撮像されたマスクステージマーク２０の位置情報とウェハステージマーク４２の位置情報に基づいてアライメントを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造プロセスにおいて、マスク（フォトマスク又はレチクルとも呼ばれる）に形成されたパターンをウェハに投影する露光装置に関する。詳しくは、マスクとウェハの位置決めを行う機構を簡略化するための技術に関する。

この種の露光装置は、通常、マスクを支持するマスクステージと、ウェハを支持するウェハステージを備えている。ウェハステージは、マスクステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置されており、マスクに照射された露光光がウェハに照射されるようになっている。マスクステージには第１アライメントマークが形成されており、第１アライメントマークは露光装置の第１のカメラ（撮像装置）で撮像される。ウェハステージには第２アライメントマークが形成されており、第２アライメントマークは露光装置の第２のカメラ（撮像装置）で撮像される。露光装置は、第１アライメントマークと第２アライメントマークを撮像することにより得られた位置情報に基づいてマスクステージに対するウェハステージの位置を調整することで、ウェハの所望の位置にマスクのパターンを投影する。特許文献１には、従来の露光装置の一例が開示されている。

国際公開番号ＷＯ２００２−０４７１３３

特許文献１の露光装置では、ウェハステージとマスクステージのそれぞれのアライメントマークを検出するために、２台のカメラが必要であった。このため、設備費用が高額となるだけでなく、２台分のカメラを設置するスペースを確保しなければならず、装置のサイズや設置面積が増大するといった問題が生じる。

本発明は上記の課題を解決する。すなわち本発明は、ウェハステージとマスクステージのアライメントマークを１台の撮像装置で撮像可能とすることを目的としている。

本発明は、パターンの形成されたマスクに露光光を照射してマスクに形成されたパターンをウェハに投影する露光装置に関する。本発明の露光装置は、第１基準マークを備えると共にマスクを支持する第１ステージと、第２基準マークを備えると共にウェハを支持する第２ステージとを備える。第２ステージは、第１ステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置されている。さらに、第１基準マークと第２基準マークを撮像するための１台の撮像装置を備え、撮像装置によって第１基準マークが撮像可能となる第１の状態と、撮像装置によって前記第２基準マークが撮像可能となる第２の状態とに切替える切替装置を備える。また、第１ステージに対する第２ステージの位置を調整可能な位置調整装置と、第１基準マークと第２基準マークを撮像装置によって撮像することにより得られた位置情報に基づいて、位置調整装置を駆動して第１ステージと第２ステージとの位置調整を行う制御装置を備えている。

上記の構成によれば、切替装置によって第１の状態と第２の状態に切替えることで、第１ステージの第１基準マークと第２ステージの第２基準マークを１台の撮像装置によって撮像することができる。従来の２台の撮像装置を備える露光装置よりも撮像装置を減らすことができるため、撮像装置に係る設備費用を抑えることができ、露光装置のサイズや設置面積を減らすことができる。

上記の撮像装置は、第２ステージと対向可能となる位置に配置することができる。この場合に、切替装置は、撮像装置の光軸上に配置されたミラーを備えており、そのミラーによって第１基準マークを撮像可能な状態とすることができる。

上記の構成によれば、撮像装置を第２ステージと対向可能となる位置に配置することで、撮像装置によって第２ステージの第２基準マークを撮像することができる。また、撮像装置の光軸上にミラーを配置することによって、撮像装置で第１ステージの第１基準マークを撮像可能とすることができる。

実施例に係る露光装置の構成概略図。 実施例に係るマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図２に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図３に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図４に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図５に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図６に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図７に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。 図８に続くマスクとウェハのアライメント方法を説明する図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）撮像装置の光軸は、ミラーによって、（１）マスクステージマークが撮像可能となる第１の状態と、（２）ウェハステージマークが撮像可能となる第２の状態とに切替られてもよい。ミラーは、ミラーの角度又はミラーの位置を切り換える切替装置に連結されていてもよい。切替装置は、ミラーの角度又はミラーの位置を切り換えることで、第１の状態と第２の状態とを切替えることができる。
（特徴２）撮像装置からの撮影光の一部は、特定波長の光を反射するミラーによって反射される一方で、撮像装置からの撮影光の残りは、ミラーを透過するようにしてもよい。ミラーによって反射された光によってマスクステージマークが撮像可能となり、ミラーを透過した光によってウェハステージマークが撮像可能となる。また、撮像装置は、特定波長の光のみを透過するフィルタを備えていてもよい。更に、フィルタは、切替装置に連結されていてもよい。切替装置は、フィルタが撮像装置の光軸上の位置に配置された状態と、撮像装置の光軸上から退避した位置に配置された状態とに切り換えるようにしてもよい。

以下、本発明の一実施例を、図１を参照して説明する。なお、本実施例において、「第１基準マーク」はマスクステージマーク２０、「第２基準マーク」はウェハステージマーク４２に相当する。同様に、「第１ステージ」はマスクステージ１８、「第２ステージ」はウェハステージ３２に対応する。さらに、「位置調整装置」は駆動装置５２に対応する。

露光装置２は、半導体装置を製造する装置として用いられる。露光装置２は、マスク１６に形成されたパターン（回路パターン、素子パターン、配線パターン等）を投影レンズにより縮小し、縮小したパターンをウェハ３０上に投影する縮小投影型露光装置である。露光装置２は、光源１０と、マスクステージ１８と、レンズ部２４と、フォーカスセンサ２６と、ウェハステージ３２と、制御部４０と、撮像装置４８と、ミラー４６と、切替装置５０と、駆動装置５２を備えている。なお、本実施例の露光装置２は、マスクステージ１８を固定する一方でウェハステージ３２を移動させてマスク１６のパターンをウェハ３０の所望の位置に露光する投影露光装置（ステッパ）であるが、マスクステージ１８とウェハステージ３２を固定してマスク１６のパターンをウェハ３０に露光する投影露光装置（アライナー）とすることもできるし、マスクステージ１８とウェハステージ３２を互いに同期移動させながらマスク１６のパターンをウェハ３０に露光する走査型の投影露光装置（スキャナ）とすることもできる。

光源１０は、ウェハ３０に塗布されるレジスト（感光剤）を感光する波長の光を照射する。光源１０には、例えば、高圧水銀ランプやエキシマレーザー、その他のレーザー装置等を用いることができる。光源１０から出射された露光光１２は、反射ミラー１１ａ，１１ｂを介して、マスクステージ１８に支持されたマスク１６に照射される。マスク１６に照射された露光光１２は、レンズ部２４を介してウェハ３０に照射される。

レンズ部２４は、複数のレンズ２２から構成されており、マスク１６を介して入射する光を縮小してウェハ３０に投影する。例えば、レンズ部２４には、マスク１６に形成された回路パターンを、例えば１／４倍、１／５倍又は１／１０倍に縮小してウェハ３０に投影するようにレンズ群が配されている。レンズ部２４は、マスクステージ１８の下方（図１のＺ軸方向）に配置されている。本実施例において、Ｚ軸方向とは、マスク１６からウェハに投影される露光光１２の光軸と平行な方向（垂直方向）であり、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、Ｚ軸方向に垂直な平面内で相互に直交する方向（水平方向）であり、回転軸方向とはＺ軸周りの回転方向をいう。なお、レンズ部２４は、倍率を変更可能な複数のレンズ群で構成してもよいし、あるいは、単一のレンズで構成することもできる。

マスクステージ１８は、光源１０とレンズ部２４の間に配置されている。マスクステージ１８は、その中心に開口部が形成されており、その開口部の周縁でマスク１６の周縁部を支持するようになっている。光源１０からマスク１６に照射された露光光１２は、マスクステージ１８の開口部からレンズ部２４に入射するようになっている。マスクステージ１８には、マスクステージ１８とマスク１６との位置調整を行うためのマスクステージマーク２０が形成されている。マスクステージマーク２０は、後述する撮像装置４８で撮像可能となっている。なお、マスクステージ１８は、図示しないフレームに固定されており、光源１０及びレンズ部２４等との位置関係は一定となっている。ただし、マスクステージ１８は、モータ等の駆動装置によって、垂直方向、水平方向、及び回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動可能に構成されていてもよい。

マスクステージ１８に支持されるマスク１６には、所望とする半導体装置に応じた回路パターン等が形成されている。また、マスク１６には、マスク１６とマスクステージ１８との位置調整を行うためのマスクマーク１４が形成されている。マスク１６は、通常はガラス板であり、その表面に回路パターンが印刷されている。マスク１６に露光光１２が照射されると、マスク１６に形成されたパターンが、レンズ部２４を介してウェハ３０に投影されるようになっている。

ウェハステージ３２は、レンズ部２４の下方（図１の軸方向）に配置されており、レンズ部２４を挟んでマスクステージ１８と対向している。ウェハステージ３２は、その上面にウェハ３０を支持する。ウェハステージ３２の上面には、ウェハステージ３２とウェハ３０との位置関係を特定するためのウェハステージマーク４２が形成されている。また、ウェハステージ３２は、駆動装置５２に連結されている。駆動装置５２は、制御部４０に接続されており、制御部４０からの駆動制御命令に従い、ウェハステージ３２をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動する。ウェハステージ３２の位置情報（駆動装置５２の駆動実績情報（例えば、駆動装置５２に内蔵されているモータの回転角度等）は、制御部４０に入力されるようになっている。制御部４０は、駆動装置５２からの駆動実績情報に基づいて、ウェハステージ３２の位置を算出することができる。

ウェハステージ３２に支持されるウェハ３０は、マスク１６に形成されたパターンが投影される基板である。ウェハ３０には、ウェハ３０とウェハステージ３２との位置関係を特定するためのウェハマーク３８が形成されている。ウェハステージ３２にウェハ３０が載置される際には、ウェハ３０の上面にはフォトレジスト膜が塗布されている。フォトレジスト膜は、半導体製造プロセスに用いられる種々のものを使用することができ、露光光１２が投影されることによって物性が変化し、後に続くエッチングなどの処理から物質表面を保護する機能を有している。本願では、フォトレジスト膜の性質（ポジ型やネガ型）については特に限定されない。

ウェハステージ３２の上方には、フォーカスセンサ（２６ａ，２６ｂ）が配置されている。フォーカスセンサ（２６ａ，２６ｂ）は、レンズ部２４の下面に固定されている。フォーカスセンサ２６は、ウェハ３０に検知光３６を照射する照射部２６ａと、ウェハ３０の表面で反射した検知光３６を受光する受光部２６ｂを有している。フォーカスセンサ（２６ａ，２６ｂ）は、制御部４０に接続されている。照射部２６ａは、制御部４０からの制御指令に基づいて検知光３６をウェハ３０に照射する。受光部２６ｂで受光した検知光３６の検出結果は、制御部４０に出力される。制御部４０は、受光部２６ｂの検出結果から、レンズ部２４に対するウェハ３０のＺ軸方向の高さを調整することができる。

撮像装置４８は、撮像対象から反射される光を受光することによって像を得る装置である。撮像装置４８には、例えば、ＣＣＤ素子等の光電変換素子を用いることができる。撮像装置４８は、マスクマーク１４とマスクステージマーク２０とウェハマーク３８とウェハステージマーク４２のそれぞれを撮像する。撮像装置４８によって撮像されたそれぞれのマークの画像は、制御部４０に出力される。撮像装置４８には、例えばカメラやセンサ等の光電変換素子を用いることができる。

上述した撮像装置４８は、レンズ部２４の側方で、かつ、ウェハステージ３２及びウェハステージ３２に支持されたウェハ３０と対向可能となる位置に配置されている。駆動装置５２によってウェハステージ３２が駆動され、ウェハステージ３２がレンズ部２４の下方から図１のＸ軸方向にスライド移動すると（図５，６，７参照）、撮像装置４８とウェハステージ３２又はウェハ３０が対向するようになっている。撮像装置４８の光軸は、撮像装置４８から下方（Ｚ軸方向）に向かって伸びている。

ミラー４６は、撮像装置４８の下方で、かつ、ウェハステージ３２の上方となる位置に配置されている。ミラー４６は、切替装置５０に接続されている。切替装置５０は、制御部４０の制御指令に基づいて、ミラー４６が撮像装置４８の光軸上に位置する状態（図１等に示す状態）と、ミラー４６が撮像装置４８の光軸上から退避した状態（図５等に示す状態）とに切替えられる。ミラー４６が撮像装置４８の光軸上に位置する状態では、撮像装置４８から伸びる光軸はミラー４６で屈曲する。ミラー４６で屈曲した光軸（符号３４）は、ミラー２８に向かって伸び、ミラー２８で屈曲する。ミラー２８で屈曲した光軸は、ミラー２８から上方（Ｚ軸方向）に向かって伸び、マスクステージ１８と交差する。従って、ミラー４６が撮像装置４８の光軸上に位置する状態（図１に示す状態）では、撮像装置４８によってマスクマーク１４とマスクステージマーク２０を撮影することが可能となる。一方、ミラー４６が撮像装置４８の光軸上から退避した状態（図５に示す状態）では、撮像装置４８の光軸が下方（Ｚ軸方向）に向かって伸び、ウェハステージ３２と交差する（図１の符号４４参照）。従って、ミラー４６が撮像装置４８の光軸上から退避した状態（図５に示す状態）では、撮像装置４８によってウェハマーク３８とウェハステージマーク４２を撮影することが可能となる。

なお、上述した実施例では、ミラー４６を図１のＸ軸方向にスライドさせることで、ミラー４６を撮像装置４８の光軸上から退避させたが、本願はこのような例に限られない。ミラー４６を撮像装置４８の光軸上から退避させる構造としては、例えば、ミラー４６を回動させることで、撮像装置４８の光軸上からミラー４６を退避させるようにしてもよい。

制御部４０は、図示しないＣＰＵや記憶部を有しており、露光装置２の各部の動作を制御する。制御部４０には、光源１０、フォーカスセンサ２６、駆動装置５２、切替装置５０及び撮像装置４８が接続されている。制御部４０は、フォーカスセンサ２６からの出力、駆動装置５２からの駆動実績情報、撮像装置４８からの画像データが入力される。制御部４０は、入力される各種情報に基づいて、光源１０と駆動装置５２と切替装置５０と撮像装置４８を制御する。

なお、露光装置２は、マスクステージ１８上でマスク１６の位置を調整するマスク位置調整機構５４を備えている。マスク位置調整機構５４も、制御部４０によって制御される。マスク位置調整機構５４には、例えば、アームロボット等を用いることができる。

以上、本実施例の露光装置２の構成について詳述した。以下に、本実施例の露光装置２において、マスク１６とウェハ３０の位置を調整するアライメント方法の一例を図２から図９を参照して説明する。

図２に示すように、制御部４０は、まずマスク位置調整機構５４を駆動して、マスクステージ１８上にマスク１６を設置する。次いで、制御部４０は、切替装置５０を駆動して、撮像装置４８の光軸上にミラー４６を位置決めする。これにより、撮像装置４８の光軸がマスクステージ１８に導かれ（符号３４の状態）、マスク１６のマスクマーク１４と、マスクステージ１８のマスクステージマーク２０を撮影することが可能となる。次いで、制御部４０は、撮像装置４８を起動し、撮像装置４８による撮影を開始する。撮像装置４８によって撮影された画像データは、制御部４０に入力される。制御部４０は、撮像装置４８から入力された画像データに基づいて、その画像データ内のマスクマーク１４とマスクステージマーク２０の位置が一致するようにマスク位置調整機構５４を駆動して、マスクステージ１８上でマスク１６の位置を調整する。これによって、マスク１６のマスクマーク１４と、マスクステージ１８のマスクステージマーク２０とが一致した状態となる（図３に示す状態）。

次いで、制御部４０は、フォーカスセンサ（２６ａ，２６ｂ）を起動し、照射部２６ａからウェハ３０に検知光３６を照射する。これにより、照射部２６ａから照射された検知光３６は、ウェハ３０で反射されて受光部２６ｂで受光されることになる。制御部４０は、受光部２６ｂでの検知光３６の検知結果に基づいて、駆動装置５２を駆動してウェハステージ３２（ウェハ３０）の高さを調整する。これによって、ウェハ３０の高さが、ウェハ３０に露光する露光光１２の焦点が最適となる高さに調整される。また、制御部４０は切替装置５０を駆動して、ミラー４６を撮像装置４８の光軸上から退避させる。これにより、撮像装置４８の光軸が切り替えられる。

図５に示すように、制御部４０は、フォーカスセンサ（２６ａ，２６ｂ）によってウェハ３０の高さを監視しながら、駆動装置５２を駆動して撮像装置４８の光軸上に向かってウェハステージ３２を移動させる。これにより、撮像装置４８によって、ウェハステージ３２のウェハステージマーク４２を撮像することが可能となる。

次いで、制御部４０は、撮像装置４８によって撮像される画像の中心にウェハステージマーク４２が位置するように、駆動装置５２を駆動してウェハステージ３２の位置決めをする（符号４４の状態（図６に示す状態））。次いで、図７に示すように、制御部４０は、撮像装置４８によって撮像される画像の中心にウェハマーク３８が位置するように、駆動装置５２を駆動してウェハステージ３２の位置決めを行う（図７に示す状態）。制御部４０は、ウェハステージマーク４２が撮像装置４８で撮像される画像の中心に位置する状態（図６に示す状態）から、ウェハマーク３８が撮像装置４８で撮像される画像の中心に位置する状態（図７に示す状態）となるまでの、駆動装置５２の駆動実績情報から、ウェハステージマーク４２とウェハマーク３８との相対位置を算出する。

図８に示すように、制御部４０は、算出したウェハステージマーク４２に対するウェハマーク３８との相対位置から、ウェハ３０の所定の位置にマスク１６のパターンが投影されるように駆動装置５２を駆動する。なお、パターンが投影されるウェハ３０の所定の位置は、あらかじめ制御部４０にウェハマーク３８との相対位置情報として記憶されている。本実施例のウェハ３０には、パターンを投影するための複数の領域が設定されており、制御部４０には、それぞれの領域の相対位置情報が記憶されている。これにより、制御部４０はマスクのパターンを投影する所望の位置に、パターンを投影する露光光の焦点が合うようにウェハ３０を配置することができる。

図９に示すように、制御部４０は光源１０を駆動し、露光光１２を発生する。これによって、露光光１２はマスクステージ１８に支持されたマスク１６に照射され、マスク１６に照射された露光光１２は、レンズ部２４を介してウェハ３０に照射される。すなわち、マスク１６のパターンがウェハ３０に転写される。以後は、制御部４０が駆動装置５２を駆動して、ウェハ３０の位置決めと光源１０の駆動を繰り返すことで、所望のパターンが転写されたウェハ３０が得られる。

本実施例の露光装置２によれば、撮像装置４８の光軸を切り替え可能なミラー４６を設置することにより、一台の撮像装置４８によってマスクマーク１４とマスクステージマーク２０とウェハマーク３８とウェハステージマーク４２のそれぞれを撮像することができる。すなわち、１台の撮像装置４８によってマスク１６とウェハ３０のアライメントを実行することができる。マスク１６及びマスクステージ１８の位置を検出するための撮像装置と、ウェハ３０及びウェハステージ３２の位置を検出するための別の撮像装置と、計２台の撮像装置を設置するよりも、設備費用が抑えられ、装置サイズや設置面積を低減することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、撮像装置４８がマスクマーク１４及びマスクステージマーク２０を撮像可能な状態と、撮像装置４８がウェハマーク３８とウェハステージマーク４２を撮像可能な状態とを切り替える別の一例としては、例えば、特定波長の光を透過する一方で、その特定波長以外の光を反射するミラー（例えばハーフミラーやビームスプリッタ）を用いることができる。この場合、撮像装置４８に特定波長の光を選択的に透過するフィルタを設け、そのフィルタを撮像装置４８の光軸上に切り換え配置する切替装置を設けることで、ミラーを透過した光による像とミラーに反射された光による像を選択的に得ることができる。すなわち、ミラーを透過した光による像からはウェハステージマーク４２とウェハマーク３８を読み取ることができる。また、ミラーを反射した光による像からはマスクステージマーク２０とマスクマーク１４を読み取ることができる。こうした切替装置は、公知の光学技術から適宜選択して適用することができる。

また、図１に示す実施例では、マスクマーク１４、マスクステージマーク２０、ウェハマーク３８、ウェハステージマーク４２を、マスク１６、マスクステージ１８、ウェハ３０、ウェハステージ３２のそれぞれに一つずつ設けるようにしたが、マスク１６、マスクステージ１８、ウェハ３０、ウェハステージ３２に複数のマークを設けることができる。また、それぞれのマークの位置は、撮像装置４８によって撮像される位置であればいずれでもよく、例えば、マスク１６、マスクステージ１８、ウェハ３０、ウェハステージ３２のコーナーに設けられていてもよいし、表面に形成されていてもよいし、内部に形成されていてもよい。また、それぞれのマークの形状が共通であってもよいし、異なっていてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ 露光装置、１０ 光源、１１ａ，１１ｂ 反射ミラー、１２ 露光光、１４ マスクマーク、１６ マスク、１８ マスクステージ、２０ マスクステージマーク、２２ レンズ、２４ レンズ部、２６ａ 照射部、２６ｂ 受光部、２８ ミラー、３０ ウェハ、３２ ウェハステージ、３６ 検出光、３８ ウェハマーク、４０ 制御部、４２ ウェハステージマーク、４６ ミラー、４８ 撮像装置、５０ 切替装置、５２ 駆動装置、５４ マスク位置調整機構

Claims (2)

1. パターンの形成されたマスクに露光光を照射してマスクに形成されたパターンをウェハに投影する露光装置であって、
   第１基準マークを備えると共にマスクを支持する第１ステージと、
   第１ステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置されており、第２基準マークを備えると共にウェハを支持する第２ステージと、
   前記第１基準マークと前記第２基準マークを撮像するための１台の撮像装置と、
   撮像装置によって前記第１基準マークが撮像可能となる第１の状態と、撮像装置によって前記第２基準マークが撮像可能となる第２の状態とに切替える切替装置と、
   第１ステージに対する第２ステージの位置を調整可能な位置調整装置と、
   前記第１基準マークと前記第２基準マークを撮像装置によって撮像することにより得られた位置情報に基づいて、位置調整装置を駆動して第１ステージと第２ステージとの位置調整を行う制御装置と、を備えている露光装置。
2. 前記撮像装置は、第２ステージと対向可能となる位置に配置されており、
   前記切替装置は、前記撮像装置の光軸上に配置されたミラーを備えており、そのミラーによって前記第１基準マークを撮像可能な状態とすることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。

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