JP3530716B2 - 走査投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体集
積回路または液晶表示素子等を、フォトリソグラフィ工
程で製造する際に利用される走査投影露光装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子および液晶表示素子等をフォ
トリソグラフィ技術を用いて製造する際には、マスクま
たはレチクル（以下、マスクと総称する）の転写用パタ
ーンを投影光学系を介してフォトレジスト等の感光性物
質が塗布されたウエハまたは透光性基板（以下、感光基
板という）に露光転写する投影露光装置が使用されてい
るが、近年、素子１ケのパターンサイズは増加の一途を
たどっている。

【０００３】露光転写によるパターンサイズを大きくす
るためには、小さな露光領域をいくつか繋ぎ合わせて大
きい露光領域を得る方法と、露光領域そのものを大きく
して大きなマスクを使用する方法がある。しかし前者に
おいては小さな露光領域を繋ぎ合わせる際の線状の繋ぎ
目での合わせ誤差は、一括で露光したパターンでの重ね
合わせ誤差より一般的に大きくなってしまうことや、特
に液晶表示素子では特性上の不連続点が繋ぎ目で線状に
並んでしまうことから、繋ぎ目が見えてしまう、等の理
由により、素子１ケのパターンは一括で露光を行ないた
い、という要求が強くなってきている。よって投影露光
装置においては、マスク上のより大きな面積のパターン
を感光基板上に転写露光する技術が求められる傾向があ
る。

【０００４】かかる大面積化の要求に応えるため、横断
面が一定の幅を持つ直線または円弧状スリット形状の照
明領域（以下、スリット状露光領域という）に対してマ
スクおよび感光基板を投影系倍率に比例する速度で同期
して走査することにより、スリット状露光領域よりも広
い領域の転写用パターンの像を前記感光基板上に露光す
る、いわゆる走査露光方式の投影露光装置の開発が行な
われている。この方式での利点は、投影光学系を変更し
なくても、走査方向のガイドさえ長くして行けば、原理
的には無限に露光面積の拡大が図れる点にある。このよ
うな走査投影露光装置においても、従来の投影露光装置
に要求されていた高いレベルの重ね合わせ精度が要求さ
れることは言うまでもない。

【０００５】一般に半導体素子および液晶表示素子の回
路構造は単層ではなく、初回のリソグラフィ工程で形成
されるパターンを基準として各層毎に異なるマスクを用
いて高い寸法精度で重ね焼きしていく必要がある。この
ため、最低２点の位置合わせマークを感光基板上に形成
し、装置ごとに設けられた基準点からのずれ量を計測す
ることにより、感光基板を位置合わせし、露光を行なっ
ている。

【０００６】しかしながら、マスク上のより大きな面積
のパターンを感光基板上に露光する技術が求められる現
在では、結像位置の微妙なずれや感光基板の熱膨張、熱
収縮等により、２点で位置合わせを行なっても、その他
の点ではずれが発生してしまう、という現象が知られて
おり、この現象が起こることを、ディストーションが発
生している、と表現する。従来、このディストーション
が発生して重ね合わせ精度が劣化することはフォトリソ
グラフィ工程では公知の事実であるため、第一層のディ
ストーションに対してその後の第Ｎ層露光時ディストー
ションを揃えるために様々な技術が考案されている。

【０００７】但し、注意を要するのは、半導体素子や液
晶表示素子を製作する上では同種のディストーション補
正機能を持つ露光装置を使用するのみではなく、露光工
程以外の後工程が存在することである。このため、単に
第一層に対して各層のパターンを重ねて行けば良いと言
うわけではない。例えば、露光により転写された第一層
目のパターンが理想格子に対してディストーションを持
ち、その後のフォトリソグラフィ工程で第一層目のパタ
ーンに対して理想的にディストーション補正が成功し
て、全層にわたり理想格子に対して同一のディストーシ
ョンを持って工程が進行した場合、後工程で具体的には
ボンディングが不能となったり、別工程で作成された液
晶カラーフィルターを重ねた場合に開口率が低くなった
りという不具合点が発生してくる。すなわち、感光基板
上に基準となるパターンが何も形成されていない状態で
第一層目の露光を行なう際にもディストーションの制御
が重要である。

【０００８】このため、製品素子の露光に先立って、経
年変化の少ない石英ガラスやセラミック等を材質とした
基準マスク＆プレートと称せられるペア精度の出たマス
クと基板（基準プレート）を用意し、基板上に感光物質
を塗布した上で装置にセットし、露光、現像を行ない、
発生しているディストーションから装置オフセットを入
力した上で第一層の露光を行なう、といった調整工程を
定期的に入れる必要があった。

【０００９】しかし、標準的な感光基板の板厚がｌｍｍ
以下であるのに対して上記基準マスク＆プレートと称せ
られるセットでは、経年変化の発生を抑えたり、また、
ペア精度を出す必要性から、基準プレートは標準的な感
光基板と比べて大幅に厚く、重い。このため、感光基板
を自動搬送不能であったり、感光物質の塗布、現像も特
殊な装置が必要である等、第一層のディストーションを
管理するのは実際には大変な労力と時間を要していた。

【００１０】基準マスク＆プレートを装置にセットした
後、露光せずに装置の内部に設けられた観察顕微鏡で位
置ずれの計測を行なうことで何とか露光時のディストー
ションを推定しようという技術が検討されてもいるが、
実際に装置上でこれを行なうためには上記と同様、基準
プレートを自動搬送することが不能であったり、製品ラ
インを一旦停止した上で調整工程に移行する必要がある
こと、基準マスク＆プレート自体の管理が煩雑であるこ
と等の問題は残り、良い対策が待たれていた。

【００１１】鏡像のように一軸のみが反転するような結
像特性を持つ投影光学系を持つ走査投影露光装置では投
影光学系の中の１部品が微少量回転したり、投影光学系
全体が何らかの原因により回転ずれを起こしたりする
と、転写された露光像の直交度が劣化するようなディス
トーションが発生する。

【００１２】これを直交度不良ディストーション（以
降、像直交度不良）と呼ぶ。この像直交度不良は走査投
影露光装置、特に一軸反転の投影光学系を持つ露光装置
では発生しやすく、第一層目のディストーションを管理
するのは主として像直交度不良を管理しているような状
況であることが多かった。

【００１３】以下、像直交度不良の発生のしくみを説明
する。図７（ａ）は結像特性が、鏡像で代表されるｌ軸
のみの反転像で横断面が一定の幅を持つ、直線または円
弧状スリット形状にその結像良像域が分布しているよう
な投影光学系の一例を示す。

【００１４】この例における投影光学系３１は凸面鏡３
２、凹面鏡３３、および互いに直交する２平面を持つ台
形鏡３４で構成されており、マスク３６の転写用パター
ンを感光基板３７に露光することが可能である。この投
影光学系３１においては結像良像域が、図７（ｂ）に示
すように、マスク面および感光基板上で各々円弧状３５
となる。円弧中心線３８上での結像特性が最も良好であ
り、この円弧中心線３８の前後を一定の幅を持って照明
することにより感光基板３７上に円弧状にマスク像が転
写される。

【００１５】走査露光装置では、この静止像の露光を連
続で繰り返すことによりマスク全面の転写用パターンの
像を感光基板上に転写して行くことになる。

【００１６】また、この例における投影光学系３１は走
査方向に像の反転は無く、走査直交方向で像が反転する
ため、図８に示す３６のような転写用パターンを露光し
た場合その感光基板上の転写像は３７の通りとなる。

【００１７】上記のような投影光学系を用いて図９の３
９のようなマスクで露光を行なう。結像良像域が円弧状
であることは以降の説明を複雑にするだけであるためこ
こでは結像良像域１８は直線状に分布しているものとす
る。

【００１８】この時マスクにはＡ１〜Ａ５で示す点と、
Ｂ１〜Ｂ５で示す点があると仮定する。正常な場合感光
基板上に露光される像は４０の通りであるが、投影光学
系３１の回転等の理由により、結像良像域１８が図１０
の通り反時計方向にθ／２だけ回転したと考える。

【００１９】すると、マスク上での結像良像域１８の左
右の点４１ａ，４１ｂは感光基板上で４１ａ’，４１
ｂ’の通り転写され、露光される点の左右位置関係は図
９での露光位置関係に対してθだけ回転したようにな
る。この状態で走査露光を行なった場合、走査露光方向
は回転しないため感光基板上への転写像は４３の通り平
行四辺形状に歪んだ像となる。以上の通りの発生機構に
より、転写像の像直交度不良が発生してしまう。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、従来、管理のための手間がかかっていた直交度不良
ディストーションを基準マスク＆プレートを使用せずに
補正が可能であるような走査投影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、新たな観察用
光学系を設けることなく像直交度不良の補正が可能であ
るような走査投影露光装置を提供することである。さら
に、本発明の第３の目的は、実素子の露光領域を削るこ
となく像直交度不良の補正が可能であるような走査投影
露光装置を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段および作用】上記第１の目
的を達成するため、本発明の第１の局面では、横断面が
一定の幅を持つ直線または円弧状スリット形状の露光光
により転写用パターンが形成されたマスクを均一な照度
で照明する照明光学系と、前記マスクの転写用パターン
の像を感光基板上に投影する投影光学系とを有し、前記
露光光による照明領域の長手方向に対して直角または一
定の角度を持った方向に、相対的に前記マスクおよび感
光基板を前記投影系倍率に比例する速度で同期して走査
することにより、前記マスク上の前記露光光による照明
領域よりも広い領域の転写用パターンの像を前記感光基
板上に露光する走査投影露光装置において、前記投影光
学系の結像特性が、鏡像で代表される１軸のみの反転像
で横断面が一定の幅を持つ直線または円弧状スリット形
状にその結像良像域が分布していると共に、前記感光基
板を保持する感光基板ステージ上には、前記マスクと光
学的にほぼ共軛な平面上に少なくとも一つの位置合わせ
用マークを持ち、感光基板ステージを前記露光光の照明
領域の長手方向と平行に動かした時のマスク平面上での
前記位置合わせマークの共軛像の移動量の変化に基づい
て、投影光学系の中の１部品または投影光学系全体の回
転ずれにより発生する焼き付け像の直交度不良の補正
を、走査露光時に感光基板ステージまたはマスク位置を
補正して行なうことを特徴とする。なお、本発明におい
て、「マスク」とはマスクおよびレチクルの双方を含む
概念として用いるものとする。

【００２２】上記構成において、感光基板ステージ上に
設けられた位置決めマークは、感光基板ステージが前記
露光光の照明領域の長手方向と平行に動くと、投影光学
系の結像良像域の長手方向に平行に移動し、その結果マ
スク面上での共軛像が投影光学系の結像良像域の長手方
向に平行に移動する。したがって、走査露光時、前記共
軛像の結像良像域長手方向への移動量の変化に基づいて
感光基板ステージまたはマスクを走査露光方向に対して
直交する方向に移動することにより、焼付け像の直交度
補正を行なうことができる。

【００２３】上記第２の目的を達成するため、本発明の
第２の局面では、前記位置合わせ用マークを前記露光光
の照明領域の長手方向と平行に動かした時のマスク平面
上での共軛像の移動量変化を計測するための基準をマス
クの転写用パターンと同時にマスク上に作成しておき、
マスクと感光基板の位置合わせ用システムを流用して移
動量変化を検知することを特徴とする。このように、前
記位置合わせ用マークを前記露光光の照明領域の長手方
向と平行に動かした時のマスク平面上での共軛像の移動
量変化を計測するための基準をマスク上の転写用パター
ンと同一の位置精度で設けておくことにより、装置上に
基準を設けることなく前記移動量変化を計測可能である
と同時に、通常の半導体または液晶露光装置に必ず搭載
されているマスクと感光基板の位置合わせ用システムを
流用可能にしておくことにより、新たな観察用光学系を
設けることなく像直交度不良の補正が可能である。

【００２４】上記第３の目的を達成するため、本発明の
第３の局面では、前記位置合わせ用マークを前記露光光
の照明領域の長手方向と平行に動かした時のマスク平面
上での共軛像の移動量変化を計測するための基準を有効
露光領域外に設けることを特徴とする。上記構成におい
て、有効露光領域外に設けられた基準マークは露光を行
なう際にその実素子パターン領域を制限することがな
い。すなわち、実素子の露光領域を削ることなく像直交
度不良の補正が可能である。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２６】(第１の実施例)図１は、本発明の第１の実
施例に係る走査投影露光装置において投影露光系の結像
最良位置が回転した場合に発生するマスクの転写像の直
交度劣化の発生機構を説明すると同時に補正用の位置決
めマークを具体的にどのような位置に配置するか例示す
る図である。この実施例では、マスクおよび感光基板は
各々独立に走査を行なえるよう、案内を独立に設け、そ
の位置は干渉計等の位置測定系でモニタしながら露光を
行なう構成の走査露光装置が示されている。

【００２７】この図の中では投影光学系は１で示す箱で
示されているが、正規位置に対してＸＹ面内での回転方
向に取付誤差を持って取り付けられている。２はマスク
を投影光学系１に対して支持するマスクステージであ
り、３は露光転写に用いられるマスク、４はマスクステ
ージ２とマスクステージの直線駆動ガイドであるマスク
ステージ走査ガイド５との間を接続するマスクステージ
直線軸受け、６は感光基板ステージ側直線案内用ガイド
（感光基板ステージＹ案内用ガイド）、７はガイド６に
案内されて直線状に移動するＹスライダ、８はＹスライ
ダ７に取り付けられた感光基板ステージのＸ方向移動時
の直線案内用ガイド（感光基板ステージＸ案内用ガイ
ド）、９は感光基板側Ｘスライダ、１０はＸスライダ上
に回転上下方向移動可能なように取付られた感光基板ホ
ルダであり、その側面は鏡面加工されている。１１は感
光基板ホルダ上に取り付けられた感光基板側位置決めマ
ーク、１２は感光基板、１３は感光基板ホルダのＸ方向
移動量をＸガイド上から計測するＸ位置レーザ干渉計、
１４，１５は感光基板ホルダのＹ方向移動量を外部から
計測するＹ位置レーザ干渉計であり、ここでは感光基板
ホルダ１０のＺ軸を法線とする面内での回転中心のＸ座
標に対して左右対称な位置にその間隔をＬにて配置され
た２本の干渉計１４と１５で計測を行なうことにより、
θ位置とＹ位置の両方を測定する。１６はレーザを分配
するビームスプリッタ、１７はマスクステージのＹ方向
移動量を計測するマスク側Ｙ位置レーザ干渉計、１８は
投影光学系１のマスク上での結像良像域であり、１９は
投影光学系１の感光基板上での結像良像域である。２０
ａ，２０ｂはマスクに設けられた位置決めマーク、２１
ａ〜２８ａ、２１ｂ〜２８ｂはマスク上の転写用パター
ンをその位置関係を直感的に分かり易くするために番地
化して表したものである。また、２４ａ’，２４ｂ’，
２５ａ’は図示状態において投影光学系１により感光基
板１２上に転写されるマスク像を示したものである。感
光基板上のパターンは図示状態にて走査露光が実行され
た場合に、マスク上の番地化された転写用パターンが相
対的にどの位置に転写されるかを示している。

【００２８】次に、未露光等の理由にてパターンが設け
られていない感光基板を露光する、すなわち第一層目の
露光を行なう前に、走査露光像の直交度変化を検知する
方法を説明する。

【００２９】マスクステージ２は直線案内ガイド５およ
び軸受け４によりその上に真空吸着されるマスク３を投
影光学系１に対して水平に移動可能なように支持されて
おり、その位置をレーザ干渉計１７により計測されてい
る。レーザ干渉計１７の計測結果に基づいて不図示のリ
ニアモータへの通電電流を制御し、その位置はクローズ
ドフィードバックされている。

【００３０】感光基板ステージはそのＸ位置をレーザ干
渉計１３により計測され、Ｙ位置およびθ位置はレーザ
干渉計１４，１５にての計測値をＰＹＬ，ＰＹＲとした
場合、本実施例の配置ではその測定位置間隔がＬである
から

【００３１】

【数１】 で示すことが出来る。感光基板ステージのＸ，Ｙ，θ位
置は不図示のリニアモータへの通電電流を制御し、マス
クステージのＹ位置同様クローズドフィードバックされ
ている。この状態にて、通常はマスクステージ２をその
走査方向Ｙに一定速度Ｖで走査するのに同期して、感光
基板ステージを同一の走査方向Ｙに一定速度Ｖ／β（β
は投影光学系１の縮小倍率）で走査することが可能であ
るよう、制御系が組まれている。

【００３２】マスクステージ２上にマスク３を搬入後、
マスクステージ上に設けられた不図示の基準位置に対し
てマスクは光学的に位置合わせされる。この時の位置合
わせ精度は工程上問題となる像直交度不良の量と比較し
て無視できる程度の精度が必要である。

【００３３】感光基板ホルダ１０上には感光基板１２が
搬入され、真空吸着されると、マスクステージ２および
感光基板ステージは投影光学系１の下へ送り込まれ、不
図示の焦点位置センサによりＺ方向の高さおよび傾きを
計測され、焦点合わせが実行される。

【００３４】図１のように投影光学系１の結像良像域が
回転した状態にて不図示の位置合わせ用顕微鏡にて２４
ａ，２４ｂのパターンを観察していたとする。ここで言
う位置合わせ顕微鏡は感光基板１２のマスク平面上での
共軛像とマスク１に設けられた位置合わせ用パターンを
同時に観察することにより、マスクパターンと感光基板
上パターンの光学的相対位置を合わせることが可能であ
るように、投影光学系１の結像良像域を観察可能に設け
られた位置合わせ用顕微鏡のことである。

【００３５】この時、第一層目の露光を行なうならば本
来感光基板上にパターンは無いはずであるが、この状態
で走査露光を行なえば、感光基板上の転写パターンは図
１の通り直交度不良が発生した状態で露光されるのは上
述した通りである。

【００３６】位置合わせ用顕微鏡にて２４ａ，２４ｂの
パターンを観察した場合、図１において双方を同時に結
像良像域に持ってくることは不可能であるため、感光基
板上での共軛位置の像はマスク面上では焦点がぼけたよ
うな状態で観察されることとなるが、これは図１におけ
る投影光学系の回転量が説明上、拡大されて描かれてい
るためであり、実際の投影光学系の回転量は微少なもの
であることを考えればマスク面上Ｘ方向に並んだ２４
ａ，２４ｂのパターンを観察した場合に双方の位置に対
応する感光基板の共軛像はマスク面上でも良像として扱
えることを断っておく。

【００３７】２４ａ，２４ｂのパターンに対応する感光
基板上の対応位置は２４ａ’，２４ｂ’となり、この位
置は装置に固定されたＸ軸と平行ではない。このため、
感光基板ホルダのθ位置サーボを固定位置で行なったま
まＸスライダ９をＸのマイナス方向に振ってＹ位置を動
かさない場合にマスク面上の２４ｂの位置にそれまで重
なっていた感光基板上の２４ｂ’の像に替わって重なり
合うのは２４ａ’の像ではなく、２６ａ’の像である。

【００３８】なお、上記現象は投影光学系による結像良
像域が回転していない場合には原則として発生しないと
考えてよい。すなわち、この場合、感光基板ホルダのθ
位置サーボを固定位置で行なったままＸスライダ９をＸ
のマイナス方向に振った時、マスク面上の２４ｂの位置
にそれまで重なっていた感光基板上の２４ｂ’の像に替
わって重なり合うのは２４ａ’の像である。

【００３９】ここでマスクステージ位置を図１の状態か
らＹのマイナス方向に移動させ、位置合わせ用顕微鏡に
て２０ａ，２０ｂのパターンが観察可能な位置に持って
くる。さらに感光基板ステージ位置を前述の同期走査位
置関係を崩し、さらにＹのマイナス方向へ移動させると
共にＸのマイナス方向に移動させ、感光基板ホルダ１０
に取り付けられた感光基板側位置決めマーク１１のマス
ク面上での光学的共軛像が２０ｂに重なるようにする。

【００４０】次に感光基板ステージをＸの＋方向へ移動
すると、前述の説明と同様に感光基板側位置決めマーク
１１は２０ａに正確に重なりあうことはなく、Ｙ方向に
ずれを生ずる。

【００４１】図２は、図１に示すような位置決めパター
ンをマスクおよび感光基板ホルダに設けた場合に位置決
め用顕微鏡にてマスクを観察した際、マスク上にてマス
クパターンと感光基板ホルダに設けた位置決めマークの
マスク上共軛像が重なって観察される。その状態を模式
的に表わした図である。すなわち、感光基板側位置決め
マーク１１をＸ方向に振った場合に発生する位置ずれを
模式的に表わしたものである。図中ＶＳは位置合わせ用
顕微鏡のＸ方向位置間隔である。

【００４２】ここで図１０をみると、感光基板側位置決
めマーク１１をＸ方向に振った場合に発生するＹ位置ず
れの量は投影光学系の結像良像域の回転量の２倍で且つ
この量が走査露光時の転写像の直交度不良の量に関係し
ていることが判る。

【００４３】転写像に上述の理由により像直交度不良が
発生しているとする。今、漢字の日の字のようなパター
ンがマスク上に描かれた転写用パターンである場合、そ
の感光基板上での像は図３の左側に示す通りの像となる
ため、これを補正するためには同期して走査露光を行な
う際に、図３中のθに対応する量だけ、Ｘ方向に感光基
板ステージ位置を補正すれば良い。その結果感光基板上
に露光される像は図３の右側の図の通り補正されること
は明らかである。

【００４４】この場合、感光基板上に転写されるパター
ンは感光基板外形に対し回転してしまうが、一般に感光
基板外形に対する第一層目の転写像の位置精度は、像直
交度不良ディストーション変化量による転写像の位置ず
れと比較して数十倍から数百倍甘い精度でも実工程上問
題となることはない。すなわち補正による転写パターン
の感光基板外形に対する回転は無視できる。

【００４５】以上により、感光基板側位置決めマーク１
１をＸ方向に振った場合に発生するＹ位置ずれの変化量
から光基板上に露光される像の直交度変化の量を自動算
出してやれば直交度不良が発生したことを検知可能であ
り、自動補正が実現する。

【００４６】図１に示すような装置構成を採って感光基
板ステージのＹ位置をクローズドループで制御している
場合、感光基板ステージのＸ方向の走りはＸガイド８に
より決定されるのではなく、感光基板ホルダ１０の端面
に設けられたＹ位置計測用参照鏡の向きにより決定され
る。この向きが感光基板ステージのＸ座標軸の方向を決
定することになる。

【００４７】図４にて感光基板ホルダ１０がＸガイド８
に対してαだけ回転し、その結果Ｙ位置計測用参照鏡１
０’も回転しているとする。この状態でＹスライダ７を
Ｙガイド６に対して移動不能に固定し、感光基板ホルダ
をＸ軸に平行に移動させる。Ｙ方向レーザ干渉計１５’
は簡単のため１ケで図示してある。この時、Ｙ方向レー
ザ干渉計１５’の計測値は角度αに対応してＸ位置の一
次関数的に変化する。

【００４８】通常サーボを行なっている場合、静止状態
を保持するよう制御するということは、計測値を一定に
なるよう制御対象を駆動するということであるから、Ｙ
スライダ７をＹガイド６に対して移動可能な状態でＸ位
置を変化させた場合、ＸＹ位置をクローズドフィードバ
ックで制御すれば、Ｙスライダ７はＹガイド６に対して
動いていることになる。この場合、問題となるのは感光
基板ホルダ１０の回転角度αが装置上の固定基準に対し
て一定になっていない場合、図１の感光基板側位置決め
マーク１１をＸ方向に振った場合に発生するＹ位置ずれ
の変化量自体がばらついてしまうということである。

【００４９】この対策として本出願人は特願平９−１９
６０２号のような方法を案出済みであるが、感光基板ホ
ルダのθ原点位置を厳密に位置合わせするセンサを設け
たり、または若干構成を変更して、位置計測用参照鏡１
０’の固定方法をＸスライダ９に対して固定するような
構造としても可である。但し、この後者の構成を採った
場合はＹ方向走査ガイド７の曲がりにより発生するθを
レーザ干渉計の精度で補正することが不可能となる。

【００５０】以下、感光基板側位置決めマーク１１をＸ
方向に振った場合に発生するＹ位置ずれの変化量から感
光基板上に露光される像の直交度変化の量を自動算出す
る方法について述べる。図５は感光基板側位置決めマー
ク１１の一実施形態のマスク面上共軛像とこれに対応す
るマスク側位置基準マークを模式的に示したものであ
る。図中、マスク側位置基準マークは黒く塗りつぶされ
た部分であり、このマークに対して中央に示した感光基
板側位置決めマーク１１のマスク面上共軛像が左右に移
動して重なり合った状態で図示されている。

【００５１】感光基板ホルダのθ原点位置を厳密に位置
合わせした状態にて感光基板側位置決めマーク１１を左
右に一定量振り、図５に示す通り重なったとする。この
時、左右のマスク側基準マークに対する位置ずれ量は、
観察顕微鏡上に設けられてその像を読みとる２次元撮像
素子のＸＹ方向への信号の重ね合わせにより、測定が可
能であることが一般に知られており、その量は、

【００５２】

【数２】 で表わすことが可能である。

【００５３】この時、

【００５４】

【数３】 と置く。なお、ＶＳは左右の位置合わせ用観察顕微鏡の
Ｘ方向位置間隔である。すると、（８）式におけるＭＸ
が前回の測定結果と異なった場合に考えられるのはマス
クが熱膨張等により伸び縮みしたということであり、公
知の様々なディストーション補正機能により同期走査方
向に直交する方向にディストーションを補正すれば良い
し、マスクの伸縮が一様であると仮定するならば同期走
査方向にも、補正を行ないながら露光を行なえば良いの
は明らかである。しかし本実施例では転写像の直交度不
良を補正する方法を開示することが目的であるためＭＸ
値の変化に対してはこれ以上触れないことにする。

【００５５】（７）式にて算出されたθが前回の測定結
果と異なる場合には、投影光学系の結像良像域が回転し
ているということが考えられ、像直交度不良が発生して
いることが考えられる。

【００５６】図３の説明で行なった、像直交度不良の補
正駆動自体は通常シーケンスの中に盛り込んでも、感光
基板ステージがＸに移動した場合のＹ差に影響しないこ
とは明らかなので、予め前述の基準マスク＆プレートに
て像直交度不良を補正する量を求め、装置オフセットと
して入力しておく。

【００５７】この状態にて感光基板側位置決めマーク１
１を左右に一定量振り、（７）式におけるθを算出し、
装置内部のメモリに入力しておく。この時に発生するθ
は感光基板ステージのＸＹ直交度や感光基板ホルダの回
転位置原点を何に対して行なうか等の理由による、実駆
動上の感光基板ステージのＸＹ座標軸直交度不良を原因
に発生してしまう、いわば初期状態でのθであり、これ
が０でなくても再現性さえあれば本実施例のθ補正には
なんら影響が無い。

【００５８】以降は、露光動作の直前に毎回でも、一枚
の感光基板ごとでも、製品を流す上での１ロットごとで
も、任意のタイミングにて（７）式におけるθを算出
し、その変化量をΔθとして算出する。

【００５９】同期走査露光時に感光基板ステージがＹ方
向に走査するが、この時、感光基板ステージのＹ方向位
置をＰＹとし、前回の露光走査時に対して

【００６０】

【数４】 だけＸ方向に余分に補正を行なえば簡単に像直交度の補
正が可能である。

【００６１】また、同期走査露光を行なう際には、一定
速度での露光のため、露光速度迄加速を行ない、さらに
露光加速時の振動が収まるまで実露光領域以外の領域を
一定速度で走査しなければならない。つまり、有効露光
領域外部まで感光基板ステージとマスクステージは移動
が可能でなければならず、この領域にマスク側の位置決
めマークを配置することにより実露光領域を狭くするこ
となく補正が可能である。

【００６２】（第２の実施例）図１０に本発明の第２の
実施例としての構成を模式的に表わした図面を示す。こ
の図面の図１との違いは図１におけるＸ方向位置計測用
レーザ干渉干渉計１３が、Ｘガイド８に取付けられてお
らず、感光基板ステージ外部についていることである。
この構成をとる場合、Ｘ位置計測用参照鏡の長さが走査
露光距離に応じて必要なため、長い参照鏡が必要とな
り、本構成では感光基板ステージのＹ方向長さを増大さ
せねばならない。しかし図１の構成と比較した場合、効
果的な大きな違いは、感光基板ホルダを（７）式におけ
るθの変化量Δθだけ回転させることで補正駆動の実現
が可能であることである。感光基板ホルダをΔθだけ回
転させることにより、図４でのＸ駆動時のＹ方向が制御
上自動で補正されるのと同様に、Ｙ方向に同期走査露光
を行なう際、Ｘ位置はΔθに対応する分だけＹ位置の一
次関数的に移動し、補正が可能である。

【００６３】(第３の実施例)第１および第２の実施例に
おいてはマスクステージおよび感光基板ステージは各々
独立に駆動可能な装置構成としたが、マスクステージと
感光基板ステージをキャリッジと呼ばれる一体構造とし
ても可能である。この際は感光基板ホルダをキャリッジ
上でＸＹに位置合わせを行なうための駆動機構が必要な
ことは言うまでもないが、感光基板ステージ上の位置決
めマークがマスク上の左右の位置決めマークと光学的に
重なるよう、感光基板ホルダをキャリッジ上でＸＹ方向
に動かすストロークを決めてやれば良い。この場合の補
正は感光基板ステージを同期走査露光する際Ｘ方向に移
動しても良いし、特に左右反転上下非反転の投影光学系
の場合はキャリッジを一体でＸ方向に補正しても良い。

【００６４】(第４の実施例)以上の実施例ではマスク上
に設けられた位置決め用パターンは２ケであるとし、そ
の２ケの基準に対して感光基板ステージ上の位置決めマ
ークの共軛像のＹ差を求めてθを算出していたが、マス
ク上の位置決めパターンは３ケ以上の複数個であっても
構わない。この場合は各々の基準パターンに対する感光
基板ステージ上の位置決めマークの共軛像のＹ差に対し
最小自乗法や単純平均等の数学的手法を用いてθを算出
すればよい。

【００６５】(第５の実施例)以上の実施例では投影光学
系の例としてミラーによる結像光学系を説明している
が、投影光学系がレンズにより構成されている、いわゆ
るレンズスキャン露光装置や、レンズとミラーにより投
影光学系が構成されている装置でも同様に成立すること
は言うまでもない。

【００６６】（デバイス生産方法の実施例）次に上記説
明した走査投影露光装置を利用したデバイスの生産方法
の実施例を説明する。図１１は微小デバイス（ＩＣやＬ
ＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気
ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ス
テップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行
なう。ステップ２（マスク製作）では設計したパターン
を形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエ
ハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハ
を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と
呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグ
ラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステッ
プ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化
する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボン
ディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工
程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製さ
れた半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等
の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが
完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００６７】図１２は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明したアライメント装置
を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエ
ハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光した
ウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現
像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９
（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成
される。

【００６８】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の局
面によれば、横断面が一定の幅を持つ直線または円弧状
スリット形状の露光光により、転写用パターンが形成さ
れたマスクを均一な照度で照明する照明光学系と、前記
マスクの転写用パターンの像を感光基板上に投影する投
影光学系を有し、前記露光光による照明領域の長手方向
に対して直角または一定の角度を持った方向に、相対的
に前記マスクおよび感光基板を前記投影系倍率に比例す
る速度で同期して走査することにより、前記マスク上の
前記露光光による照明領域よりも広い領域の転写用パタ
ーンの像を前記感光基板上に露光する走査投影露光装置
において、前記投影光学系の結像特性が、鏡像で代表さ
れる１軸のみの反転像で横断面が一定の幅を持つ直線ま
たは円弧状スリット形状にその結像良像域が分布してい
ると共に、前記感光基板を保持する感光基板ステージ上
には、前記マスクと光学的にほぼ共軛な平面上に少なく
とも一つの位置合わせ用マークを持ち、感光基板ステー
ジを前記露光光の照明領域の長手方向と平行に動かした
時のマスク平面上での前記位置合わせマークの共軛像の
移動量の変化に基づいて、走査露光時に感光基板ステー
ジまたはマスクを走査露光方向に対して直交する方向に
移動して、投影光学系の中の１部品または投影光学系全
体の回転ずれにより発生する焼き付け像の直交度不良の
補正を行なうことにより、従来管理のための手間がかか
っていた直交度不良ディストーションを基準マスク＆プ
レートを使用せずに補正が可能である。

【００７０】また、本発明の第２の局面によれば、前記
位置合わせ用マークを前記露光光の照明領域の長手方向
と平行に動かした時のマスク平面上での共軛像の移動量
変化を計測するための基準をマスク上の転写用パターン
と同一の位置精度で設けておくことにより、装置上に基
準を設けることなく前記移動量変化を計測可能であると
同時に、マスクと感光基板の位置合わせ用システムを流
用可能にしておくことにより、新たな観察用光学系を設
けることなく像直交度不良の補正が可能である。

【００７１】さらに、本発明の第３の局面によれば、前
記位置合わせ用マークを前記露光光の照明領域の長手方
向と平行に動かした時のマスク平面上での共軛像の移動
量変化を計測するための基準を、有効露光領域外に設け
ることにより、実素子の露光領域を削ること無く像直交
度不良の補正が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る走査投影露光装
置の構成を示す図である。

【図２】 図１に示すような位置決めパターンをマスク
および感光基板ホルダに設けて位置決め用顕微鏡にてマ
スクを観察した場合の状態を模式的に表わした図であ
る。

【図３】 感光基板上の転写像が直交度不良を発生する
場合、感光基板を走査露光中にＸ方向に移動することに
より像直交度不良が解消されることを表わす図である。

【図４】 レーザ干渉計にて感光基板ステージの位置を
クローズドフィードバックする場合にステージの走りが
参照鏡の原点位置のばらつきにより変化することを説明
する図である。

【図５】 図２の模式図に対してより詳細に説明を行な
うために具体的な位置決めパターンとしてどのようなも
のが採用可能であるかを示し、説明するための図であ
る。

【図６】 本発明に係る第２の実施例を説明するための
図である。

【図７】 従来例であり、本発明の適用対象の一例でも
ある投影光学系の構成を示す図である。

【図８】 図７で示す投影光学系を用いて走査露光を行
なった場合にマスクパターンがどのように感光基板上に
転写されるかを具体的に説明する図である。

【図９】 投影光学系の結像良像域が相対的に回転して
いない場合に感光基板上に露光されるマスク上の点を番
地化して示した図である。

【図１０】 投影光学系の結像良像域が相対的に回転し
た場合に感光基板上に露光されるマスク上の点を番地化
して示した図である。

【図１１】 微小デバイスの製造の流れを示す図であ
る。

【図１２】 図１１におけるウエハプロセスの詳細な流
れを示す図である。

【符号の説明】

１：投影露光光学系、２：マスクステージ、３：マス
ク、４：マスクステージ直線軸受け、５：マスクステー
ジ走査ガイド、６：感光基板ステージＹ案内用ガイド
、７：Ｙスライダ、８：感光基板ステージＸ案内用ガ
イド、９：感光基板側Ｘスライダ、１０：感光基板ホル
ダ、１１：感光基板側位置決めマーク、１２：感光基板
、１３：Ｘ位置レーザ干渉計、１４，１５：Ｙ位置レ
ーザ干渉計 、１６：ビームスプリッタ、１７：マスク
側Ｙ位置レーザ干渉計、１８，１９：結像良像域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横断面が一定の幅を持つスリット形状の
   露光光により、転写用パターンが形成されたマスクを均
   一な照度で照明する照明光学系と、前記マスクの転写用
   パターンの像を感光基板上に投影する投影光学系とを有
   し、前記露光光による照明領域の長手方向に対して直角
   または一定の角度を持った方向に相対的に前記マスクと
   前記感光基板を前記投影光学系の投影倍率に比例する速
   度で同期して走査することにより、前記マスク上の前記
   露光光による照明領域よりも広い領域の転写用パターン
   の像を前記感光基板上に露光する走査投影露光装置にお
   いて、 前記投影光学系の結像特性が、鏡像で代表される１軸の
   みの反転像で横断面が一定の幅を持つスリット形状にそ
   の結像良像域が分布していると共に、前記感光基板を保
   持する感光基板ステージ上には、前記マスクと光学的に
   ほぼ共軛な平面上に少なくとも一つの位置合わせ用マー
   クを持ち、感光基板ステージを前記露光光の照明領域の
   長手方向と平行に動かした時のマスク平面上での前記位
   置合わせマークの共軛像の移動量の変化に基づいて、投
   影光学系の中の１部品または投影光学系全体の回転ずれ
   により発生する焼き付け像の直交度不良の補正を、走査
   露光時に感光基板ステージまたはマスク位置を補正して
   行なうことを特徴とする走査投影露光装置。
2. 【請求項２】 前記位置合わせ用マークを前記露光光の
   照明領域の長手方向と平行に動かした時のマスク平面上
   での共軛像の移動量変化を計測するための基準マークを
   マスクの転写用パターンと同時にマスク上に作成してお
   き、マスクと感光基板の位置合わせ用システムを流用し
   て移動量変化を検知することを特徴とする請求項１記載
   の走査投影露光装置。
3. 【請求項３】 前記位置合わせ用マークを前記露光光の
   照明領域の長手方向と平行に動かした時のマスク平面上
   での共軛像の移動量変化を計測するための基準を有効露
   光領域外に設けることを特徴とする請求項１または２記
   載の走査投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記スリット形状は円弧状のものである
   請求項１〜３のいずれかに記載の走査投影露光装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の走査投
   影露光装置を用いて製造したことを特徴とする半導体デ
   バイス。