JP3550034B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法及び露光装置に係わり、特にステップ・アンド・スキャン型の露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度が高くなることに伴い、これを構成するＬＳＩ 素子の回路パターンはますます微細化していく。このパターンの微細化には、単に線幅を細くするだけではなく、パターンの寸法精度や位置精度を向上させることも要請される。これらの要請を満たすために多くの技術開発が行われているが、その中でも、例えばＸ線を用いた露光技術は、現在利用されている紫外線を用いた露光技術の次の世代の技術として有望視されている。
【０００３】
現在開発の進められているＸ線露光技術は、シンクロトロン放射光を用い、露光領域を拡大するためのミラー、真空隔壁となるＢｅ薄膜等で構成されたビームラインを経て、ステッパーに導かれた光を用いて露光するシステムとなっており、等倍マスクを用いて１対１の近接露光を行う。そして多くの場合、前述のミラーを移動させることにより、露光領域の拡大を図り、かつ、露光領域を被露光基板上で順に移動していく、いわゆるステップ・アンド・スキャンと呼ばれる露光方法を用いている。
【０００４】
一方、半導体装置の回路構成は、その複雑度を増しているため、現在では一つの製品を完成させるまでには２０回以上の露光工程を必要とする場合もあるが、その全てが微細なパターンを必要とすることは稀であり、最先端の非常に高価な露光装置を用いて全ての露光工程を処理する必要は無く、無駄なコストを招く可能性も高い。このため、通常は、微細なパターンの形成には高価な最先端装置を、やや緩いパターンの形成には安価な装置を用いる、いわゆるミックス・アンド・マッチと呼ばれる手法が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて複数回の露光を行う場合には、次に述べる問題が生ずる。
即ち、かかるステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いる場合、ステージの固有誤差や、ステージの揺らぎ、光学系に固有の歪み等に起因して、露光転写位置が理想位置からずれてしまう場合が多い。このように先の露光工程によりずれを持って形成された下地上に、後の露光工程により別の層に対して露光転写を行う場合、下地にずれがあることを無視すると、重ね合わせ誤差が増加してしまう。
【０００６】
特に、先の露光工程と後の露光工程とで別々のステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いた場合は、先の露光工程における露光転写位置の理想位置からのずれが大きく影響して、後の露光工程における重ね合わせ誤差が著しく増加してしまうという問題がある。
【０００７】
上述したミックス・アンド・マッチの方法を行った場合においても、かかる重ね合わせ誤差は大きくなってしまい、また特徴的な傾向が見られることも判明した。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、より高精度な重ね合わせを行うことが可能な露光方法及び露光装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（構成）
前述した課題を解決するために、本発明の第１は、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて第一の露光を行う工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１０】
さらにまた、本発明の第２は、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて第一の露光を行う工程と、前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出する工程と、検出された信号に基づいて前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１１】
以上述べた本発明の第１、第２において、以下の構成を具備することが望ましい。
【００１２】
（１）前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記第一の露光のずれを吸収しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１３】
（２）前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１４】
（３）前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であること。
また、本発明の第４は、第一の露光を行ってパターンを形成する工程と、形成された前記パターンの一部を検出する工程と、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
かかる本発明の第４において、以下の構成を具備することが望ましい。
（１）形成された前記パターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれを吸収しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１６】
（２）形成された前記パターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１７】
（３）前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であること。
また、本発明の第５は、被露光試料が載置される回転可能な試料台と、前記被露光試料の露光を制御する露光光学系とを備えたステップ・アンド・スキャン型の露光装置であって、第一の露光により形成された前記被露光試料上のパターンの一部を検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号に基づいて前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する比較手段と、該比較手段によるずれの比較結果に基づき、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行って第二の露光を行うことを可能とすべく、前記試料台の回転を調整して前記第一の露光が行われた前記被露光試料の向きを制御する制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
さらにまた、本発明の第６は、パターンが形成された被露光試料が載置される回転可能な試料台と、前記被露光試料の露光を制御する露光光学系とを備えたステップ・アンド・スキャン型の露光装置であって、前記被露光試料上のパターンの一部を検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する決定手段と、該決定手段による決定結果に基づき、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行って露光を行うことを可能とすべく、前記試料台の回転を調整して前記被露光試料の向きを制御する制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置を提供する。
【００１９】
（作用）
本発明の第１によれば、ステップ・アンド・スキャン型の露光を行う場合に、第一の露光と第二の露光との間でスキャン方向を略直交させることにより、光学系の持つ固有歪みに起因する誤差の影響を極めて小さくすることが可能となり、高精度の重ね合わせが可能となる。特に、異なるステップ・アンド・スキャン型装置間でミックス・アンド・マッチを行う場合に、重ね合わせの効果は大きい。
【００２０】
また、本発明の第２によれば、ステップ・アンド・スキャン型の露光を行う場合に、第一の露光と第二の露光との間でスキャン方向を略平行（同一）とすることにより、ステージの固有誤差や揺らぎ等の影響を極めて小さくすることが可能となり、高精度の重ね合わせが可能となる。特に、異なるステップ・アンド・スキャン型装置間でミックス・アンド・マッチを行う場合に、重ね合わせの効果は大きい。
【００２１】
また、本発明の第３によれば、第一の露光において生ずる下地のずれを第二の露光工程を行う前に予め検出し、検出された信号に基づいて第二の露光工程のスキャンを、第一の露光工程のスキャン方向と平行な方向に行うか、又は直交する方向に行うかを決定する。したがって、第一の露光工程のスキャン方向と直交する方向のずれが大きくても平行な方向のずれが大きくても、いずれの場合においても円滑かつ高精度な位置合わせで第二の露光工程を行うことが可能である。
【００２２】
さらにまた、本発明の第４によれば、第一の露光を行って形成されたパターンのずれを第二の露光工程を行う前に予め検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する。ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、このようにずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行うことにより、円滑かつ高精度な位置合わせで第二の露光工程を行うことが可能である。
また、本発明の第５、第６によれば、上記作用と同様に円滑かつ高精度な位置合わせで第二の露光工程を行うことが可能な露光装置を提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る露光方法及び露光装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の工程を示す流れ図である。また、図２は被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図２（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図２（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、まず、図２に示す被露光基板（ウェハ）１に対してレジストの塗布と露光前の熱処理を行う。次に、紫外線を光源に用いた第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向４による第１の露光工程を行う。２はチップであり露光単位を示している。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置は図示しないが、その動作機構は以下の通りとなっている。
【００２５】
即ち、第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置は、ＫｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるものである。ＫｒＦエキシマレーザー光源で発生した波長２４８ｎｍの紫外光は、照明光学系を経てマスクに入射し、結像光学系を経てマスクの像を被露光基板上に結像し、これによって露光が行われる。結像光学系の結像領域はチップサイズよりも小さいが、マスクと被露光基板を同時に走査することにより露光領域の拡大を行うように構成されている。
【００２６】
具体的には、マスクの搭載されたマスクステージ及び被露光基板の搭載されたウエハステージは、それぞれマスクステージ駆動系、ウエハステージ駆動系に接続されており、各ステージ駆動系に含まれるステージ位置検出機構とアライメント光学系とから得られる情報をもとに、各ステージの駆動制御が行われる。これにより露光領域の拡大が図られ、露光領域を被露光基板上で移動して行く、いわゆるステップ・アンド・スキャン型の露光が行われる。
【００２７】
上記した第１の露光工程を行った後、図１に示すように露光後の熱処理と現像を済ませ、この後ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経る。次に、図１に示すように再びレジストの塗布と露光前の熱処理を行った後に、Ｘ線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向４ と直交方向のスキャンによる第２の露光工程を行う。
【００２８】
ここで、第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置１００は、図１２に示すようにシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）を用いるものである。シンクロトロン・リング１０１で発生したシンクロトロン放射光は、Ｘ線取出しポート１０２から真空隔壁となるＢｅ薄膜等で構成されたビームライン１０３に入射する。さらに、シンクロトロン放射光は、Ｘ線の領域を制限するアパーチャ１０４、露光領域を拡大するためのＸ線反射ミラー１０５、Ｘ線検出器１０７、Ｘ線シャッタ１０８、離隔窓１０６、Ｘ線強度分布調整手段１２３を経て、Ｘ線露光室１０９内に入射するようになっている。Ｘ線反射ミラー１０５にはＸ線反射ミラー駆動系１１１が接続され、この駆動系１１１を介してＸ線反射ミラー制御系１１０によりＸ線反射ミラー１０５の姿勢等が制御される。
【００２９】
一方、Ｘ線露光室１０９内では、Ｘ線マスク１１２がマスクステージ１１３に保持され、被露光基板１１４がウエハステージ１１５に保持される。マスクステージ１１３及びウエハステージ１１５にはそれぞれマスクステージ駆動系１１６、ウエハステージ駆動系１１７が接続され、これらの駆動系にはマスクステージ制御系１１８、ウエハステージ制御系１１９が接続されている。
【００３０】
また、１２０はアライメント光学系であり、この光学系１２０によりリアルタイムでＸ線マスク１１２中のアライメントマークと被露光基板１１４上の露光領域のアライメントマークから、露光領域の位置に応じた位置信号が検出される。この信号はアライメント制御系１２１に伝達され、当該信号に基づいてアライメント制御系１２１においてＸ線マスク１１２のパターン位置情報と被露光基板１１４のパターン位置情報が形成される。
【００３１】
かかる位置情報は、Ｘ線反射ミラー制御系１１０、マスクステージ制御系１１８、ウエハステージ制御系１１９等に伝達され、Ｘ線反射ミラー１０５、マスクステージ１１３、及びウエハステージ１１５の駆動制御が行われることにより、Ｘ線マスク１１２中と被露光基板１１４との間のアライメント動作及び露光処理が順次行われるようになっている。
【００３２】
即ち、Ｘ線マスク１１２として等倍マスクが用いられ１対１の近接露光が行われるとともに、Ｘ線反射ミラー１０５の移動により露光領域の拡大が図られ、露光領域を被露光基板１１４上で順に移動していく、いわゆるステップ・アンド・スキャン型の露光方法が行われる。なお、１２２は、Ｘ線マスク１１２と被露光基板１１４との間のギャップを設定するギャップセンサである。
【００３３】
次に、図１に示すように、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００３４】
本実施形態の最大の特徴は、紫外線を用いた第１の露光工程とＸ線を用いた第２の露光工程において、露光のスキャン方向がお互いに略直交していることである。
【００３５】
図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて露光を行うと、ステージの固有誤差や、光学系に固有の歪みに起因して、露光転写位置が理想位置からずれる場合が多い。単なる倍率誤差のような一次の歪みであれば、倍率補正を行うことにより、スキャン方向によらずに露光転写位置を補正することが可能であるが、実際には無視できない大きさの２次以上の高次の歪みが存在する。
【００３６】
このように第１の露光工程によりずれを持って形成された下地上に、第２の露光工程により別の層に対する露光転写を行う場合、下地にずれがあることを無視すると、重ねあわせ誤差が増加してしまうが、下地のずれを検出し、これに合わせてそれ以降の露光転写を行うことができれば、重ねあわせ誤差の増大を抑制することが可能である。
【００３７】
本実施形態において、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置の特徴として、同時に露光転写される領域３ａが短冊状になっている。したがって、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように理想の露光領域６に対して上述した高次の歪みは、露光領域５のように、その中心軸からのずれの大きくなる、短冊の長手方向（ｒ）７に主として依存する形で現れる。この時、ｒ方向７の歪みの大きさをδｒ 、短冊の長手方向と垂直なｓ方向（第１のスキャン方向）４の歪みの大きさをδｓ として、ｒとδｒ 及びδｓ との関係を図３（ｂ）の特性図に示す。ｒの変化に伴いδｒ とδｓ との間の関係（比率）も変化して、無視できない大きさの２次以上の高次の歪みが存在することがわかる。
【００３８】
図４は、本実施形態の露光方法を示す平面図である。図４に示すように本実施形態では、第２の露光工程において、同時に露光転写される領域を短冊状３ｂとして、この短冊状の領域３ｂの長手方向と直交する方向１０にスキャンを行う。さらに、この第２の露光工程のスキャン方向１０を第１の露光工程における短冊状の露光領域３ａの長手方向７と同一方向にする。かかる構成において下地パターンの位置を位置合わせマーク８により検出し、検出した信号に基づいてスキャン速度あるいはステージ位置を微調整することにより、短冊状の露光領域３ｂの被露光基板１上の位置等を補正して露光領域９を転写する。この第２の露光工程により第１の露光工程における露光領域５とほぼ同一の領域を露光転写することができ、高次の歪みの補正が可能となる。
【００３９】
より具体的には、あらかじめ被露光基板１のステージを走査することにより、被露光基板１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ２毎に被露光基板１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００４０】
また、先に述べたように、２次以上の高次の歪みを補正する際には、より低次で誤差成分の大きい１次の倍率補正が十分になされていないと、効果を十分に発揮できない場合がある。通常、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置においては、スキャン方向と直交する方向に関しては、光学系の縮小率を微調整することにより倍率を補正し、スキャン方向と平行な方向に関しては、マスクあるいは被露光基板ステージのスキャン速度を微調整することにより倍率を補正することが可能である。
【００４１】
しかし、被露光基板の伸び縮みには、プロセスの不均一性や、被露光基板を搭載するステージ面の平坦度のむら等に起因して、面内に一様でない成分が存在する場合がある。このような不均一な成分の補正に対応するためには、倍率補正も、被露光基板全面で一様な補正を行う方法ではなく、露光中に微調整を行う方法が望ましい。
【００４２】
すなわち、先の実施形態と合わせて、第２の露光工程の際に、第１の露光工程により形成されたマークを検出し、検出された信号に基づいて、第１の露光工程の際のスキャン方向と直交する方向にスキャンしつつ、スキャン速度、倍率、ステージ位置を制御しながら露光を行うことにより、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。
【００４３】
また、先の実施形態と逆に、Ｘ線を用いた第１の露光工程の後に紫外線を用いた第２の露光工程を行う場合においては、比較的に光学系の歪み影響の小さい下地パターン上に、光学系の歪みの影響の大きいパターンを重ね合わせることになるが、このような場合においても、本発明を有効に適用することが可能である。即ち、予め、第２の露光工程で発生する歪みを測定しておき、そのデータに基づいて第１の露光の際に補正を加えておけば良い。
【００４４】
また、本発明は、露光装置の組み合わせとして紫外線露光装置とＸ線露光装置の組み合わせに限らず、異なる波長の紫外線露光装置間や、これらの露光装置と電子線一括転写露光装置との組み合わせ等、ステップ・アンド・スキャン方式を用いる種々の露光装置間の組み合わせを用いることが可能である。
【００４５】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態の工程を示す流れ図である。また、図６は被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図６（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図６（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００４６】
図５に示すように、まず、図６に示す被露光基板（ウェハ）１１に対してレジストの塗布と露光前の熱処理を行う。次に、Ｘ線を光源に用いた第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向１４による第１の露光工程を行う。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様に図１２に示すものを用いる。なお、図６において、１２はチップであり露光単位を示している。
【００４７】
上記した第１の露光工程を行った後、図５に示すように露光後の熱処理と現像を済ませ、この後ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経る。次に、図５に示すように再びレジストの塗布と露光前の熱処理を行った後に、紫外線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向１４と平行な方向のスキャンによる第２の露光工程を行う。この第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様のものを用いる。
【００４８】
次に、図５に示すように、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００４９】
本実施形態の最大の特徴は、Ｘ線を用いた第１の露光工程と紫外線を用いた第２の露光工程において、露光のスキャン方向がお互いに略平行となっていることである。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて露光を行うと、ステージの固有誤差や、ステージの揺らぎ等に起因して、露光転写位置が理想位置からずれる場合が多い。同時に露光転写される領域１３ａは短冊状になっており、その長手方向と直交する方向がスキャン方向１４となっている。図６（ａ）に示すように、短冊状の領域１３ａの長手方向に対して当該領域１３ａの位置ずれが生じており、このため第１の露光工程において露光される領域１５は歪んだものとなってしまう。
【００５１】
このように第１の露光工程によりずれを持って形成された下地上に、第２の露光工程により別の層に対する露光転写を行う場合、下地にずれがあることを無視すると、重ねあわせ誤差が増加してしまうが、下地のずれを検出し、これに合わせてそれ以降の露光転写を行うことができれば、重ねあわせ誤差の増大を抑制することが可能である。
【００５２】
図７は、本実施形態及び従来の露光方法を示す平面図である。図７（ａ）は従来の露光方法、図７（ｂ）は本実施形態の露光方法を示す平面図である。図７（ａ）に示すように通常のステップ・アンド・リピート方式の場合に、第２の露光工程において露光領域内のごく少数の位置合わせマーク１８ａのみを用いて、別の層に対する露光転写の際の位置合わせを行うと、位置合わせマーク１８ａ同士の位置合わせが完璧であったとしても、その露光領域は１６や１７のように歪んだものとなってしまい、重ね合わせ誤差が発生してしまう。
【００５３】
これに対して、図７（ｂ）に示す本実施形態の露光方法のように、第１の露光工程によって形成された下地パターンの位置合わせマーク１８ｂを検出し、この検出結果に基づいて露光転写位置を補正しながら第２の露光工程を行えば、重ね合わせ誤差の増大を防ぐことが可能である。
【００５４】
即ち、図７（ｂ）に示すように、第２の露光工程において同時に露光転写される領域を短冊状１３ｂとして、この短冊状の領域１３ｂの長手方向と直交する方向２０にスキャンを行う。さらに、第２の露光工程のスキャン方向２０を第１の露光工程におけるスキャン方向１４と平行な方向にする。かかる構成において下地パターンの位置を位置合わせマーク１８ｂにより検出し、検出した信号に基づいてスキャン速度あるいはステージ位置を微調整することにより、短冊状の露光領域１３ｂの被露光基板１１上の位置等を補正して露光領域１９を転写する。この第２の露光工程により第１の露光工程における露光領域１５とほぼ同一の領域を露光転写することができ、重ね合わせ誤差を防止することが可能となる。
【００５５】
より具体的には、あらかじめ被露光基板１１のステージを走査することにより、被露光基板１１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ１２毎に被露光基板１１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００５６】
さらに、より高精度の重ね合わせ精度を達成するためには、倍率補正の機能が備わっていることが望ましい。通常、第１の露光工程と第２の露光工程の間に、被露光基板はエッチングや成膜等の各種の工程を経るが、これらの工程を経ることにより被露光基板は膜応力に起因する若干の伸び縮みを受ける。伸び縮みの程度はｐｐｍのオーダーであるが、例えば、４０ｍｍ程度のチップであれば、１ｐｐｍ程度の伸び縮みにより４０ｎｍ程度のチップサイズ誤差を引き起こす場合があり、高精度の位置合わせのためには無視できないことがある。
【００５７】
通常、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置においては、スキャン方向と直交する方向に関しては、光学系の縮小率を微調整することにより倍率を補正し、スキャン方向と平行な方向に関しては、マスクあるいは被露光基板ステージのスキャン速度を微調整することにより倍率を補正することが可能である。
【００５８】
しかし、被露光基板の伸び縮みには、プロセスの不均一性や、被露光基板を搭載するステージ面の平坦度のむら等に起因して、面内に一様でない成分が存在する場合がある。このような不均一な成分の補正に対応するためには、倍率補正も、被露光基板全面で一様な補正を行う方法ではなく、露光中に微調整を行う方法が望ましい。
【００５９】
すなわち、先の実施形態と合わせて、第２の露光工程の際に、第１の露光工程により形成されたマークを検出し、検出された信号に基づいて、第１の露光工程の際のスキャン方向と平行な方向にスキャンしつつ、スキャン速度、倍率、ステージ位置を制御しながら露光を行うことにより、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。
【００６０】
また、先の実施形態と逆に、紫外線を用いた第１の露光工程の後にＸ線を用いた第２の露光工程を行う場合においても、本発明を有効に適用することが可能である。
【００６１】
また、本発明は、露光装置の組み合わせとして紫外線露光装置とＸ線露光装置の組み合わせに限らず、異なる波長の紫外線露光装置間や、これらの露光装置と電子線一括転写露光装置との組み合わせ等、ステップ・アンド・スキャン方式を用いる種々の露光装置間の組み合わせを用いることが可能である。
【００６２】
（第３の実施形態）
図８は本発明の第３の実施形態の工程を示す流れ図である。また、図９は被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図９（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図９（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００６３】
図８に示すように、まず、図９に示す被露光基板（ウェハ）２１に対してレジストの塗布と露光前の熱処理を行う。次に、紫外線を光源に用いた第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向２４による第１の露光工程を行う。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様のものを用いる。同時に露光転写される領域２３は短冊状になっており、その長手方向と直交する方向がスキャン方向２４となっている。なお、図９において、２２はチップであり露光単位を示している。
【００６４】
上記した第１の露光工程を行った後、図８に示すように露光後の熱処理と現像を済ませ、この後ウェハ２１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経る。
【００６５】
次に、図８に示すように第１の露光工程において生じた下地のずれを検出する。例えば、第１の露光工程により形成された下地の位置合わせマークを第２の露光工程を行う前に検出する。次に、検出された信号に基づいて、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する。
【００６６】
この比較は、例えば以下のようにして行うことができる。即ち、座標測定器や重ね合わせ精度測定器を用いた基準格子に対する歪みの測定において実現されているように、基準座標からのずれを数値化し、その数値の、第１の露光工程におけるスキャン方向と直交する方向の成分及び平行な方向の成分を比較することにより行うことが可能である。
【００６７】
次に、図８に示すように再びレジストの塗布と露光前の熱処理を行った後に、Ｘ線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて第２の露光工程を行う。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様に図１２に示すものを用いる。
【００６８】
ここで、本実施形態において重要となるものは、アライメント制御系１２１に接続されたパターン位置情報比較手段１２４、この比較手段１２４に接続されたウエハステージ回転制御手段１２５、及びこの回転制御手段１２５とウエハステージ１１５に接続されたウエハステージ回転駆動系１２６である。
【００６９】
Ｘ線マスク１１２のパターン位置情報と被露光基板１１４のパターン位置情報は、アライメント制御系１２１からパターン位置情報比較手段１２４へと伝達され、この比較手段１２４において上記したずれの比較が行われる。その比較結果の情報はウエハステージ回転制御手段１２５へ伝達され、この回転駆動系１２６によりウエハステージ１１５がその中心軸の回りに回転駆動されてウエハ上のスキャン方向の設定が行われるようになっている。
【００７０】
この第２の露光工程においては、上述した直交方向のずれ及び平行方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行う。図９（ａ）に示すように、この場合は、第１の露光工程において露光される領域２５は理想の露光領域２６に対して歪んだものとなっており、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と平行な方向のずれが直交する方向のずれよりも大きくなっている。したがって、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光工程を行うこととなる。この第２の露光工程は図８の流れ図の右の経路に対応する。
【００７１】
ここで、図１２のステップ・アンド・スキャン型の露光装置１００の操作について述べる。被露光基板２１（図１２では１１４）はウエハステージ１１５に載置される。被露光基板２１に設けられた位置合わせマークをアライメント光学系１２０により検出し、この光学系１２０により検出された信号に基づいて、第１の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれをパターン位置情報比較手段１２４により比較する。この比較手段１２４による比較結果に基づき、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行って第二の露光を行うことを可能とすべく、ウエハステージ回転制御手段１２５及びウエハステージ回転駆動系１２６を用いてウエハステージ１１５の回転を調整して被露光基板２１の向きを制御する。
【００７２】
次に、図８に示すように、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ２１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００７３】
本実施形態の最大の特徴は、第１の露光工程において生じた下地のずれを検出し、検出された信号に基づいて第１の露光工程のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較し、両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行うことである。
【００７４】
前述したように、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いる場合、ステージの固有誤差や、ステージの揺らぎ、光学系に固有の歪み等に起因して、第１の露光工程において露光転写位置が理想位置からずれてしまう場合が多い。このように第１の露光工程において生ずる下地のずれの方向は、用いるステップ・アンド・スキャン型の露光装置の種類によって様々であり、一概に決められないのが実情である。
【００７５】
例えば、前述したように第１の実施形態では第１の露光工程におけるスキャン方向と平行な方向のずれが生じており、また第２の実施形態では直交する方向のずれが生じている。また、本実施形態のように第１の露光工程におけるスキャン方向と平行な方向のずれ及び直交する方向のずれがともに生じて、全体としてのずれはこれらのずれの和となる場合もある。
【００７６】
本実施形態によれば、第１の露光工程において生ずる下地のずれを第２の露光工程を行う前に予め検出し、検出された信号に基づいて第２の露光工程のスキャンを、第１の露光工程のスキャン方向と平行な方向に行うか、又は直交する方向に行うかを決定する。したがって、第１の露光工程のスキャン方向と直交する方向のずれが大きくても平行な方向のずれが大きくても、いずれの場合においても円滑かつ高精度な位置合わせで第２の露光工程を行うことが可能であり、良好な結果が得られることが判明した。この場合、高精度の歪みの補正を実現させるためには、歪みの大きな成分を露光領域の長手方向の光学的補正で補正し、小さな成分をステージ移動の微調整で補正することが望ましいと考えられる。
【００７７】
上述した実施形態とは逆に、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と直交する方向のずれが平行な方向のずれよりも大きくなる場合もあり、この場合には以下に示す操作を行う。図１０はその場合の被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図１０（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図１０（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００７８】
図１０（ａ）に示すように、第１の露光工程において露光される領域３５は理想の露光領域に対して歪んだものとなっており、第１の露光工程におけるスキャン方向３４と直交する方向のずれが平行な方向のずれよりも大きくなっている。第２の露光工程においては、かかる直交方向のずれ及び平行方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行うので、結果として第１の露光工程におけるスキャン方向３４と平行な方向にスキャンを行いながら第２の露光工程を行うこととなる。この第２の露光工程は図８の流れ図の左の経路に対応する。この場合においても円滑かつ高精度な位置合わせで第２の露光工程を行うことが可能である。なお、図１０において、３１は被露光基板（ウェハ）、３２はチップ（露光単位）、３３は同時に露光転写される領域である。
【００７９】
より具体的には、あらかじめ被露光基板２１、３１のステージを走査することにより、被露光基板２１、３１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ２２、３２毎に被露光基板２１、３１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００８０】
さらに、第１、第２の実施形態と同様に、より高精度の重ね合わせ精度を達成するためには、倍率補正の機能が備わっていることが望ましい。
即ち、通常のステップ・アンド・スキャン型の露光装置においては、スキャン方向と直交する方向に関しては、光学系の縮小率を微調整することにより倍率を補正し、スキャン方向と平行な方向に関しては、マスクあるいは被露光基板ステージのスキャン速度を微調整することにより倍率を補正することが可能である。
【００８１】
ここで、被露光基板の伸び縮みには、プロセスの不均一性や、被露光基板を搭載するステージ面の平坦度のむら等に起因して、面内に一様でない成分が存在する場合がある。このような不均一な成分の補正に対応するためには、倍率補正も、被露光基板全面で一様な補正を行う方法ではなく、露光中に微調整を行う方法が望ましい。
【００８２】
したがって、先の実施形態と合わせて、第２の露光工程の際に、第１の露光工程により形成されたマークを検出し、検出された信号に基づいて、第１の露光工程の際のスキャン方向と直交する方向又は平行な方向にスキャンしつつ、スキャン速度、倍率、ステージ位置を制御しながら露光を行うことにより、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。
【００８３】
また、第１の実施形態で述べたように、先の実施形態とは逆に、Ｘ線を用いた第１の露光工程の後に紫外線を用いた第２の露光工程を行う場合においても、本発明を有効に適用することが可能である。
【００８４】
また、本発明は、第１、第２の実施形態と同様に、紫外線露光装置とＸ線露光装置の組み合わせに限らず、ステップ・アンド・スキャン方式を用いる種々の露光装置間の組み合わせを用いることが可能である。
【００８５】
（第４の実施形態）
図１１は本発明の第４の実施形態における被露光基板上のパターンのずれを示す平面図である。図１１（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図１１（ａ）は１チップにおけるパターンのずれを示す平面図である。
【００８６】
図１１に示すように、既に第１の露光工程（ステップ・アンド・スキャン型の露光方法に限らず、これ以外の露光方法でも良い。）により、被露光基板（ウェハ）４１のチップ（露光単位）４２上にはパターンとして配線群４４がチップ４２の縦方向に配列形成されている。この配線群４４はチップ４２の横方向４６に長く延びて形成されている。配線群４４の上には図示しない層間絶縁膜が形成されている。
【００８７】
本実施形態においては、かかる配線群４４のそれぞれに対して、この配線群４４と後工程で形成される上層配線とを電気的に接続するためのコンタクトホール４５を上記層間絶縁膜の随所に形成する。このコンタクトホール４５を開口するためのレジストパターンを形成するために、図１２に示すようにＸ線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、レジストの塗布と露光前の熱処理を行った被露光基板４１に対して露光を行う。
【００８８】
ここで、本実施形態のステップ・アンド・スキャン型Ｘ線露光装置が第３の実施形態のものと異なる点は、パターン位置情報比較手段１２４の代わりにパターン位置情報決定手段１２７が設けられている点である。
【００８９】
Ｘ線マスク１１２のパターン位置情報と被露光基板１１４のパターン位置情報は、アライメント制御系１２１からパターン位置情報決定手段１２７へと伝達され、この決定手段１２７においてウエハ上のずれの一番大きな方向が決定され、その決定結果の情報はウエハステージ回転制御手段１２５へ伝達され、この回転駆動系１２６によりウエハステージ１１５がその中心軸の回りに回転駆動されてウエハ上のスキャン方向の設定が行われるようになっている。
【００９０】
本実施形態の最大の特徴は、第１の露光により形成されたパターン（配線群４４及びそれ以外の導体層）の一部を検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定し、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行うことである。
【００９１】
即ち、パターンの一部として、例えば配線群４４の一部若しくはこれとは別に設けた位置合わせマークを利用し、その位置を検出して、検出された信号に基づいて配線群４４のずれが一番大きな方向を決定する。
【００９２】
この決定は、例えば以下のようにして行うことができる。即ち、座標測定器や重ね合わせ精度測定器を用いた基準格子に対する歪みの測定において実現されているように、基準座標からのずれを数値化し、その数値が最大となる方向を決定することにより行うことが可能である。
【００９３】
本実施形態においては、第１の露光工程と第２の露光工程の間に配線膜のエッチングや層間絶縁膜の成膜等の各種の工程を経ることにより、被露光基板４１の配線群４４は膜応力に起因する若干の伸び縮みを受ける。配線群４４は特にその長手方向４６に伸び縮みを受け易く、このためかかる長手方向４６に開口すべきコンタクトホール４５の位置が大きくずれてしまう。この位置ずれに合わせて第２の露光工程を行う必要があるので、結果としてかかるずれの方向（長手方向４６）と直交する方向４７にスキャンを行いながら第２の露光を行えば良いこととなる。この場合、同時に露光転写される領域を配線群４４と平行な短冊状の領域４３とし、この領域４３の長手方向４６と直交する方向４７にスキャンを行う。
【００９４】
ここで、図１２のステップ・アンド・スキャン型の露光装置１００の操作について述べる。第３の実施形態と同様に、被露光基板４１（図１２では１１４）はウエハステージ１１５に載置される。被露光基板４１に設けられた位置合わせマークをアライメント光学系１２０により検出し、この光学系１２０により検出された信号に基づいて、パターン（配線群４４）のずれが一番大きな方向（配線群４４の長手方向）をパターン位置情報決定手段１２７により決定する。この決定手段１２７による決定結果に基づき、決定されたずれの方向と直交する方向４７にスキャンを行って露光を行うことを可能とすべく、ウエハステージ回転制御手段１２５及びウエハステージ回転駆動系１２６を用いてウエハステージ１１５の回転を調整して被露光基板４１の向きを制御する。
【００９５】
次に、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ４１はコンタクトホール４５を形成するためのエッチングや洗浄等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００９６】
本実施形態によれば、配線群４４がその長手方向４６に伸び縮みを受けコンタクトホール４５の位置が大きくずれてしまっている等、下地パターンが理想位置からずれている場合においても、第２の露光工程を円滑かつ高精度な位置合わせで行うことが可能であり、良好な結果が得られることが判明した。この場合、高精度の歪みの補正を実現させるためには、歪みの大きな成分を露光領域の長手方向の光学的補正で補正し、小さな成分をステージ移動の微調整で補正することが望ましいと考えられる。
【００９７】
より具体的には、あらかじめ被露光基板４１のステージを走査することにより、被露光基板４１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ４２毎に被露光基板４１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００９８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、位置ずれの絶対値が大きな方向と直交する方向ではなく、位置ずれのばらつきが大きな方向と直交する方向にスキャンすることも可能である。
【００９９】
即ち、一般に、ステージ移動の微調整においては、ステージが高速移動するために周波数成分の高い調整は精度の劣化を招き易いが、光学的な補正であれば高周波数の補正が比較的容易である。このため、必要な補正のばらつきの大きな方向と直交する方向にスキャンを行い、ばらつきの大きい、即ち周波数成分の高い方向の補正を光学的な補正により行い、ばらつきの小さい、即ち周波数成分の低い方向の補正をステージ移動の微調整により行うことが望ましい。
その他、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の露光方法及び露光装置によれば、ステップ・アンド・スキャン露光を行う場合に、下地パターンに対して高精度な重ね合わせを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る工程を示す流れ図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを示す平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを説明する説明図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る露光方法を示す平面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る工程を示す流れ図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを示す平面図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る露光方法及び従来の露光方法を示す平面図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る工程を示す流れ図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを示す平面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る被露光基板上における露光の他のずれの例を示す平面図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る被露光基板上におけるパターンのずれを示す平面図。
【図１２】本発明に係るステップ・アンド・スキャン型の露光装置の構造を示す概略図。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１…被露光基板（ウェハ）
２、１２、２２、３２、４２…露光単位（チップ）
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ、２３、３３、４３…同時に露光される露光領域
４、１０、１４、２０、２４、３４、４４、４７…スキャン方向
５、１５、１６、１７、２５、３５…実際に露光される転写パターン形状（歪みを強調してある。）
６、２６…理想的な転写パターン形状
７、４６…短冊長手方向（スキャン直交方向）
８、１８ａ、１８ｂ…位置合わせマーク
９、１９…補正を行った場合に、第２の露光により転写されるパターン形状
４４…配線群
４５…コンタクトホール
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法及び露光装置に係わり、特にステップ・アンド・スキャン型の露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度が高くなることに伴い、これを構成するＬＳＩ 素子の回路パターンはますます微細化していく。このパターンの微細化には、単に線幅を細くするだけではなく、パターンの寸法精度や位置精度を向上させることも要請される。これらの要請を満たすために多くの技術開発が行われているが、その中でも、例えばＸ線を用いた露光技術は、現在利用されている紫外線を用いた露光技術の次の世代の技術として有望視されている。
【０００３】
現在開発の進められているＸ線露光技術は、シンクロトロン放射光を用い、露光領域を拡大するためのミラー、真空隔壁となるＢｅ薄膜等で構成されたビームラインを経て、ステッパーに導かれた光を用いて露光するシステムとなっており、等倍マスクを用いて１対１の近接露光を行う。そして多くの場合、前述のミラーを移動させることにより、露光領域の拡大を図り、かつ、露光領域を被露光基板上で順に移動していく、いわゆるステップ・アンド・スキャンと呼ばれる露光方法を用いている。
【０００４】
一方、半導体装置の回路構成は、その複雑度を増しているため、現在では一つの製品を完成させるまでには２０回以上の露光工程を必要とする場合もあるが、その全てが微細なパターンを必要とすることは稀であり、最先端の非常に高価な露光装置を用いて全ての露光工程を処理する必要は無く、無駄なコストを招く可能性も高い。このため、通常は、微細なパターンの形成には高価な最先端装置を、やや緩いパターンの形成には安価な装置を用いる、いわゆるミックス・アンド・マッチと呼ばれる手法が広く用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて複数回の露光を行う場合には、次に述べる問題が生ずる。
即ち、かかるステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いる場合、ステージの固有誤差や、ステージの揺らぎ、光学系に固有の歪み等に起因して、露光転写位置が理想位置からずれてしまう場合が多い。このように先の露光工程によりずれを持って形成された下地上に、後の露光工程により別の層に対して露光転写を行う場合、下地にずれがあることを無視すると、重ね合わせ誤差が増加してしまう。
【０００６】
特に、先の露光工程と後の露光工程とで別々のステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いた場合は、先の露光工程における露光転写位置の理想位置からのずれが大きく影響して、後の露光工程における重ね合わせ誤差が著しく増加してしまうという問題がある。
【０００７】
上述したミックス・アンド・マッチの方法を行った場合においても、かかる重ね合わせ誤差は大きくなってしまい、また特徴的な傾向が見られることも判明した。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、より高精度な重ね合わせを行うことが可能な露光方法及び露光装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（構成）
前述した課題を解決するために、本発明の第１は、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて第一の露光を行う工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１０】
さらにまた、本発明の第２は、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて第一の露光を行う工程と、前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出する工程と、検出された信号に基づいて前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１１】
以上述べた本発明の第１、第２において、以下の構成を具備することが望ましい。
【００１２】
（１）前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記第一の露光のずれを吸収しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１３】
（２）前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１４】
（３）前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であること。
また、本発明の第４は、第一の露光を行ってパターンを形成する工程と、形成された前記パターンの一部を検出する工程と、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
かかる本発明の第４において、以下の構成を具備することが望ましい。
（１）形成された前記パターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれを吸収しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１６】
（２）形成された前記パターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行うこと。
【００１７】
（３）前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であること。
また、本発明の第５は、被露光試料が載置される回転可能な試料台と、前記被露光試料の露光を制御する露光光学系とを備えたステップ・アンド・スキャン型の露光装置であって、第一の露光により形成された前記被露光試料上のパターンの一部を検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号に基づいて前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する比較手段と、該比較手段によるずれの比較結果に基づき、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行って第二の露光を行うことを可能とすべく、前記試料台の回転を調整して前記第一の露光が行われた前記被露光試料の向きを制御する制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置を提供する。
【００１８】
さらにまた、本発明の第６は、パターンが形成された被露光試料が載置される回転可能な試料台と、前記被露光試料の露光を制御する露光光学系とを備えたステップ・アンド・スキャン型の露光装置であって、前記被露光試料上のパターンの一部を検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する決定手段と、該決定手段による決定結果に基づき、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行って露光を行うことを可能とすべく、前記試料台の回転を調整して前記被露光試料の向きを制御する制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置を提供する。
【００１９】
（作用）
本発明の第１によれば、ステップ・アンド・スキャン型の露光を行う場合に、第一の露光と第二の露光との間でスキャン方向を略直交させることにより、光学系の持つ固有歪みに起因する誤差の影響を極めて小さくすることが可能となり、高精度の重ね合わせが可能となる。特に、異なるステップ・アンド・スキャン型装置間でミックス・アンド・マッチを行う場合に、重ね合わせの効果は大きい。
【００２０】
また、本発明の第２によれば、ステップ・アンド・スキャン型の露光を行う場合に、第一の露光と第二の露光との間でスキャン方向を略平行（同一）とすることにより、ステージの固有誤差や揺らぎ等の影響を極めて小さくすることが可能となり、高精度の重ね合わせが可能となる。特に、異なるステップ・アンド・スキャン型装置間でミックス・アンド・マッチを行う場合に、重ね合わせの効果は大きい。
【００２１】
また、本発明の第３によれば、第一の露光において生ずる下地のずれを第二の露光工程を行う前に予め検出し、検出された信号に基づいて第二の露光工程のスキャンを、第一の露光工程のスキャン方向と平行な方向に行うか、又は直交する方向に行うかを決定する。したがって、第一の露光工程のスキャン方向と直交する方向のずれが大きくても平行な方向のずれが大きくても、いずれの場合においても円滑かつ高精度な位置合わせで第二の露光工程を行うことが可能である。
【００２２】
さらにまた、本発明の第４によれば、第一の露光を行って形成されたパターンのずれを第二の露光工程を行う前に予め検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する。ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、このようにずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行うことにより、円滑かつ高精度な位置合わせで第二の露光工程を行うことが可能である。
また、本発明の第５、第６によれば、上記作用と同様に円滑かつ高精度な位置合わせで第二の露光工程を行うことが可能な露光装置を提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る露光方法及び露光装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の工程を示す流れ図である。また、図２は被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図２（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図２（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、まず、図２に示す被露光基板（ウェハ）１に対してレジストの塗布と露光前の熱処理を行う。次に、紫外線を光源に用いた第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向４による第１の露光工程を行う。２はチップであり露光単位を示している。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置は図示しないが、その動作機構は以下の通りとなっている。
【００２５】
即ち、第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置は、ＫｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるものである。ＫｒＦエキシマレーザー光源で発生した波長２４８ｎｍの紫外光は、照明光学系を経てマスクに入射し、結像光学系を経てマスクの像を被露光基板上に結像し、これによって露光が行われる。結像光学系の結像領域はチップサイズよりも小さいが、マスクと被露光基板を同時に走査することにより露光領域の拡大を行うように構成されている。
【００２６】
具体的には、マスクの搭載されたマスクステージ及び被露光基板の搭載されたウエハステージは、それぞれマスクステージ駆動系、ウエハステージ駆動系に接続されており、各ステージ駆動系に含まれるステージ位置検出機構とアライメント光学系とから得られる情報をもとに、各ステージの駆動制御が行われる。これにより露光領域の拡大が図られ、露光領域を被露光基板上で移動して行く、いわゆるステップ・アンド・スキャン型の露光が行われる。
【００２７】
上記した第１の露光工程を行った後、図１に示すように露光後の熱処理と現像を済ませ、この後ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経る。次に、図１に示すように再びレジストの塗布と露光前の熱処理を行った後に、Ｘ線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向４ と直交方向のスキャンによる第２の露光工程を行う。
【００２８】
ここで、第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置１００は、図１２に示すようにシンクロトロン放射光（ＳＯＲ）を用いるものである。シンクロトロン・リング１０１で発生したシンクロトロン放射光は、Ｘ線取出しポート１０２から真空隔壁となるＢｅ薄膜等で構成されたビームライン１０３に入射する。さらに、シンクロトロン放射光は、Ｘ線の領域を制限するアパーチャ１０４、露光領域を拡大するためのＸ線反射ミラー１０５、Ｘ線検出器１０７、Ｘ線シャッタ１０８、離隔窓１０６、Ｘ線強度分布調整手段１２３を経て、Ｘ線露光室１０９内に入射するようになっている。Ｘ線反射ミラー１０５にはＸ線反射ミラー駆動系１１１が接続され、この駆動系１１１を介してＸ線反射ミラー制御系１１０によりＸ線反射ミラー１０５の姿勢等が制御される。
【００２９】
一方、Ｘ線露光室１０９内では、Ｘ線マスク１１２がマスクステージ１１３に保持され、被露光基板１１４がウエハステージ１１５に保持される。マスクステージ１１３及びウエハステージ１１５にはそれぞれマスクステージ駆動系１１６、ウエハステージ駆動系１１７が接続され、これらの駆動系にはマスクステージ制御系１１８、ウエハステージ制御系１１９が接続されている。
【００３０】
また、１２０はアライメント光学系であり、この光学系１２０によりリアルタイムでＸ線マスク１１２中のアライメントマークと被露光基板１１４上の露光領域のアライメントマークから、露光領域の位置に応じた位置信号が検出される。この信号はアライメント制御系１２１に伝達され、当該信号に基づいてアライメント制御系１２１においてＸ線マスク１１２のパターン位置情報と被露光基板１１４のパターン位置情報が形成される。
【００３１】
かかる位置情報は、Ｘ線反射ミラー制御系１１０、マスクステージ制御系１１８、ウエハステージ制御系１１９等に伝達され、Ｘ線反射ミラー１０５、マスクステージ１１３、及びウエハステージ１１５の駆動制御が行われることにより、Ｘ線マスク１１２中と被露光基板１１４との間のアライメント動作及び露光処理が順次行われるようになっている。
【００３２】
即ち、Ｘ線マスク１１２として等倍マスクが用いられ１対１の近接露光が行われるとともに、Ｘ線反射ミラー１０５の移動により露光領域の拡大が図られ、露光領域を被露光基板１１４上で順に移動していく、いわゆるステップ・アンド・スキャン型の露光方法が行われる。なお、１２２は、Ｘ線マスク１１２と被露光基板１１４との間のギャップを設定するギャップセンサである。
【００３３】
次に、図１に示すように、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００３４】
本実施形態の最大の特徴は、紫外線を用いた第１の露光工程とＸ線を用いた第２の露光工程において、露光のスキャン方向がお互いに略直交していることである。
【００３５】
図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて露光を行うと、ステージの固有誤差や、光学系に固有の歪みに起因して、露光転写位置が理想位置からずれる場合が多い。単なる倍率誤差のような一次の歪みであれば、倍率補正を行うことにより、スキャン方向によらずに露光転写位置を補正することが可能であるが、実際には無視できない大きさの２次以上の高次の歪みが存在する。
【００３６】
このように第１の露光工程によりずれを持って形成された下地上に、第２の露光工程により別の層に対する露光転写を行う場合、下地にずれがあることを無視すると、重ねあわせ誤差が増加してしまうが、下地のずれを検出し、これに合わせてそれ以降の露光転写を行うことができれば、重ねあわせ誤差の増大を抑制することが可能である。
【００３７】
本実施形態において、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置の特徴として、同時に露光転写される領域３ａが短冊状になっている。したがって、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように理想の露光領域６に対して上述した高次の歪みは、露光領域５のように、その中心軸からのずれの大きくなる、短冊の長手方向（ｒ）７に主として依存する形で現れる。この時、ｒ方向７の歪みの大きさをδｒ 、短冊の長手方向と垂直なｓ方向（第１のスキャン方向）４の歪みの大きさをδｓ として、ｒとδｒ 及びδｓ との関係を図３（ｂ）の特性図に示す。ｒの変化に伴いδｒ とδｓ との間の関係（比率）も変化して、無視できない大きさの２次以上の高次の歪みが存在することがわかる。
【００３８】
図４は、本実施形態の露光方法を示す平面図である。図４に示すように本実施形態では、第２の露光工程において、同時に露光転写される領域を短冊状３ｂとして、この短冊状の領域３ｂの長手方向と直交する方向１０にスキャンを行う。さらに、この第２の露光工程のスキャン方向１０を第１の露光工程における短冊状の露光領域３ａの長手方向７と同一方向にする。かかる構成において下地パターンの位置を位置合わせマーク８により検出し、検出した信号に基づいてスキャン速度あるいはステージ位置を微調整することにより、短冊状の露光領域３ｂの被露光基板１上の位置等を補正して露光領域９を転写する。この第２の露光工程により第１の露光工程における露光領域５とほぼ同一の領域を露光転写することができ、高次の歪みの補正が可能となる。
【００３９】
より具体的には、あらかじめ被露光基板１のステージを走査することにより、被露光基板１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ２毎に被露光基板１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００４０】
また、先に述べたように、２次以上の高次の歪みを補正する際には、より低次で誤差成分の大きい１次の倍率補正が十分になされていないと、効果を十分に発揮できない場合がある。通常、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置においては、スキャン方向と直交する方向に関しては、光学系の縮小率を微調整することにより倍率を補正し、スキャン方向と平行な方向に関しては、マスクあるいは被露光基板ステージのスキャン速度を微調整することにより倍率を補正することが可能である。
【００４１】
しかし、被露光基板の伸び縮みには、プロセスの不均一性や、被露光基板を搭載するステージ面の平坦度のむら等に起因して、面内に一様でない成分が存在する場合がある。このような不均一な成分の補正に対応するためには、倍率補正も、被露光基板全面で一様な補正を行う方法ではなく、露光中に微調整を行う方法が望ましい。
【００４２】
すなわち、先の実施形態と合わせて、第２の露光工程の際に、第１の露光工程により形成されたマークを検出し、検出された信号に基づいて、第１の露光工程の際のスキャン方向と直交する方向にスキャンしつつ、スキャン速度、倍率、ステージ位置を制御しながら露光を行うことにより、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。
【００４３】
また、先の実施形態と逆に、Ｘ線を用いた第１の露光工程の後に紫外線を用いた第２の露光工程を行う場合においては、比較的に光学系の歪み影響の小さい下地パターン上に、光学系の歪みの影響の大きいパターンを重ね合わせることになるが、このような場合においても、本発明を有効に適用することが可能である。即ち、予め、第２の露光工程で発生する歪みを測定しておき、そのデータに基づいて第１の露光の際に補正を加えておけば良い。
【００４４】
また、本発明は、露光装置の組み合わせとして紫外線露光装置とＸ線露光装置の組み合わせに限らず、異なる波長の紫外線露光装置間や、これらの露光装置と電子線一括転写露光装置との組み合わせ等、ステップ・アンド・スキャン方式を用いる種々の露光装置間の組み合わせを用いることが可能である。
【００４５】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態の工程を示す流れ図である。また、図６は被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図６（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図６（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００４６】
図５に示すように、まず、図６に示す被露光基板（ウェハ）１１に対してレジストの塗布と露光前の熱処理を行う。次に、Ｘ線を光源に用いた第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向１４による第１の露光工程を行う。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様に図１２に示すものを用いる。なお、図６において、１２はチップであり露光単位を示している。
【００４７】
上記した第１の露光工程を行った後、図５に示すように露光後の熱処理と現像を済ませ、この後ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経る。次に、図５に示すように再びレジストの塗布と露光前の熱処理を行った後に、紫外線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向１４と平行な方向のスキャンによる第２の露光工程を行う。この第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様のものを用いる。
【００４８】
次に、図５に示すように、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００４９】
本実施形態の最大の特徴は、Ｘ線を用いた第１の露光工程と紫外線を用いた第２の露光工程において、露光のスキャン方向がお互いに略平行となっていることである。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて露光を行うと、ステージの固有誤差や、ステージの揺らぎ等に起因して、露光転写位置が理想位置からずれる場合が多い。同時に露光転写される領域１３ａは短冊状になっており、その長手方向と直交する方向がスキャン方向１４となっている。図６（ａ）に示すように、短冊状の領域１３ａの長手方向に対して当該領域１３ａの位置ずれが生じており、このため第１の露光工程において露光される領域１５は歪んだものとなってしまう。
【００５１】
このように第１の露光工程によりずれを持って形成された下地上に、第２の露光工程により別の層に対する露光転写を行う場合、下地にずれがあることを無視すると、重ねあわせ誤差が増加してしまうが、下地のずれを検出し、これに合わせてそれ以降の露光転写を行うことができれば、重ねあわせ誤差の増大を抑制することが可能である。
【００５２】
図７は、本実施形態及び従来の露光方法を示す平面図である。図７（ａ）は従来の露光方法、図７（ｂ）は本実施形態の露光方法を示す平面図である。図７（ａ）に示すように通常のステップ・アンド・リピート方式の場合に、第２の露光工程において露光領域内のごく少数の位置合わせマーク１８ａのみを用いて、別の層に対する露光転写の際の位置合わせを行うと、位置合わせマーク１８ａ同士の位置合わせが完璧であったとしても、その露光領域は１６や１７のように歪んだものとなってしまい、重ね合わせ誤差が発生してしまう。
【００５３】
これに対して、図７（ｂ）に示す本実施形態の露光方法のように、第１の露光工程によって形成された下地パターンの位置合わせマーク１８ｂを検出し、この検出結果に基づいて露光転写位置を補正しながら第２の露光工程を行えば、重ね合わせ誤差の増大を防ぐことが可能である。
【００５４】
即ち、図７（ｂ）に示すように、第２の露光工程において同時に露光転写される領域を短冊状１３ｂとして、この短冊状の領域１３ｂの長手方向と直交する方向２０にスキャンを行う。さらに、第２の露光工程のスキャン方向２０を第１の露光工程におけるスキャン方向１４と平行な方向にする。かかる構成において下地パターンの位置を位置合わせマーク１８ｂにより検出し、検出した信号に基づいてスキャン速度あるいはステージ位置を微調整することにより、短冊状の露光領域１３ｂの被露光基板１１上の位置等を補正して露光領域１９を転写する。この第２の露光工程により第１の露光工程における露光領域１５とほぼ同一の領域を露光転写することができ、重ね合わせ誤差を防止することが可能となる。
【００５５】
より具体的には、あらかじめ被露光基板１１のステージを走査することにより、被露光基板１１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ１２毎に被露光基板１１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００５６】
さらに、より高精度の重ね合わせ精度を達成するためには、倍率補正の機能が備わっていることが望ましい。通常、第１の露光工程と第２の露光工程の間に、被露光基板はエッチングや成膜等の各種の工程を経るが、これらの工程を経ることにより被露光基板は膜応力に起因する若干の伸び縮みを受ける。伸び縮みの程度はｐｐｍのオーダーであるが、例えば、４０ｍｍ程度のチップであれば、１ｐｐｍ程度の伸び縮みにより４０ｎｍ程度のチップサイズ誤差を引き起こす場合があり、高精度の位置合わせのためには無視できないことがある。
【００５７】
通常、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置においては、スキャン方向と直交する方向に関しては、光学系の縮小率を微調整することにより倍率を補正し、スキャン方向と平行な方向に関しては、マスクあるいは被露光基板ステージのスキャン速度を微調整することにより倍率を補正することが可能である。
【００５８】
しかし、被露光基板の伸び縮みには、プロセスの不均一性や、被露光基板を搭載するステージ面の平坦度のむら等に起因して、面内に一様でない成分が存在する場合がある。このような不均一な成分の補正に対応するためには、倍率補正も、被露光基板全面で一様な補正を行う方法ではなく、露光中に微調整を行う方法が望ましい。
【００５９】
すなわち、先の実施形態と合わせて、第２の露光工程の際に、第１の露光工程により形成されたマークを検出し、検出された信号に基づいて、第１の露光工程の際のスキャン方向と平行な方向にスキャンしつつ、スキャン速度、倍率、ステージ位置を制御しながら露光を行うことにより、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。
【００６０】
また、先の実施形態と逆に、紫外線を用いた第１の露光工程の後にＸ線を用いた第２の露光工程を行う場合においても、本発明を有効に適用することが可能である。
【００６１】
また、本発明は、露光装置の組み合わせとして紫外線露光装置とＸ線露光装置の組み合わせに限らず、異なる波長の紫外線露光装置間や、これらの露光装置と電子線一括転写露光装置との組み合わせ等、ステップ・アンド・スキャン方式を用いる種々の露光装置間の組み合わせを用いることが可能である。
【００６２】
（第３の実施形態）
図８は本発明の第３の実施形態の工程を示す流れ図である。また、図９は被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図９（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図９（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００６３】
図８に示すように、まず、図９に示す被露光基板（ウェハ）２１に対してレジストの塗布と露光前の熱処理を行う。次に、紫外線を光源に用いた第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、第１のスキャン方向２４による第１の露光工程を行う。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様のものを用いる。同時に露光転写される領域２３は短冊状になっており、その長手方向と直交する方向がスキャン方向２４となっている。なお、図９において、２２はチップであり露光単位を示している。
【００６４】
上記した第１の露光工程を行った後、図８に示すように露光後の熱処理と現像を済ませ、この後ウェハ２１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経る。
【００６５】
次に、図８に示すように第１の露光工程において生じた下地のずれを検出する。例えば、第１の露光工程により形成された下地の位置合わせマークを第２の露光工程を行う前に検出する。次に、検出された信号に基づいて、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する。
【００６６】
この比較は、例えば以下のようにして行うことができる。即ち、座標測定器や重ね合わせ精度測定器を用いた基準格子に対する歪みの測定において実現されているように、基準座標からのずれを数値化し、その数値の、第１の露光工程におけるスキャン方向と直交する方向の成分及び平行な方向の成分を比較することにより行うことが可能である。
【００６７】
次に、図８に示すように再びレジストの塗布と露光前の熱処理を行った後に、Ｘ線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて第２の露光工程を行う。この第１のステップ・アンド・スキャン型露光装置としては第１の実施形態と同様に図１２に示すものを用いる。
【００６８】
ここで、本実施形態において重要となるものは、アライメント制御系１２１に接続されたパターン位置情報比較手段１２４、この比較手段１２４に接続されたウエハステージ回転制御手段１２５、及びこの回転制御手段１２５とウエハステージ１１５に接続されたウエハステージ回転駆動系１２６である。
【００６９】
Ｘ線マスク１１２のパターン位置情報と被露光基板１１４のパターン位置情報は、アライメント制御系１２１からパターン位置情報比較手段１２４へと伝達され、この比較手段１２４において上記したずれの比較が行われる。その比較結果の情報はウエハステージ回転制御手段１２５へ伝達され、この回転駆動系１２６によりウエハステージ１１５がその中心軸の回りに回転駆動されてウエハ上のスキャン方向の設定が行われるようになっている。
【００７０】
この第２の露光工程においては、上述した直交方向のずれ及び平行方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行う。図９（ａ）に示すように、この場合は、第１の露光工程において露光される領域２５は理想の露光領域２６に対して歪んだものとなっており、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と平行な方向のずれが直交する方向のずれよりも大きくなっている。したがって、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光工程を行うこととなる。この第２の露光工程は図８の流れ図の右の経路に対応する。
【００７１】
ここで、図１２のステップ・アンド・スキャン型の露光装置１００の操作について述べる。被露光基板２１（図１２では１１４）はウエハステージ１１５に載置される。被露光基板２１に設けられた位置合わせマークをアライメント光学系１２０により検出し、この光学系１２０により検出された信号に基づいて、第１の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれをパターン位置情報比較手段１２４により比較する。この比較手段１２４による比較結果に基づき、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行って第二の露光を行うことを可能とすべく、ウエハステージ回転制御手段１２５及びウエハステージ回転駆動系１２６を用いてウエハステージ１１５の回転を調整して被露光基板２１の向きを制御する。
【００７２】
次に、図８に示すように、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ２１はエッチングや洗浄、あるいは成膜等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００７３】
本実施形態の最大の特徴は、第１の露光工程において生じた下地のずれを検出し、検出された信号に基づいて第１の露光工程のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較し、両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行うことである。
【００７４】
前述したように、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いる場合、ステージの固有誤差や、ステージの揺らぎ、光学系に固有の歪み等に起因して、第１の露光工程において露光転写位置が理想位置からずれてしまう場合が多い。このように第１の露光工程において生ずる下地のずれの方向は、用いるステップ・アンド・スキャン型の露光装置の種類によって様々であり、一概に決められないのが実情である。
【００７５】
例えば、前述したように第１の実施形態では第１の露光工程におけるスキャン方向と平行な方向のずれが生じており、また第２の実施形態では直交する方向のずれが生じている。また、本実施形態のように第１の露光工程におけるスキャン方向と平行な方向のずれ及び直交する方向のずれがともに生じて、全体としてのずれはこれらのずれの和となる場合もある。
【００７６】
本実施形態によれば、第１の露光工程において生ずる下地のずれを第２の露光工程を行う前に予め検出し、検出された信号に基づいて第２の露光工程のスキャンを、第１の露光工程のスキャン方向と平行な方向に行うか、又は直交する方向に行うかを決定する。したがって、第１の露光工程のスキャン方向と直交する方向のずれが大きくても平行な方向のずれが大きくても、いずれの場合においても円滑かつ高精度な位置合わせで第２の露光工程を行うことが可能であり、良好な結果が得られることが判明した。この場合、高精度の歪みの補正を実現させるためには、歪みの大きな成分を露光領域の長手方向の光学的補正で補正し、小さな成分をステージ移動の微調整で補正することが望ましいと考えられる。
【００７７】
上述した実施形態とは逆に、第１の露光工程におけるスキャン方向２４と直交する方向のずれが平行な方向のずれよりも大きくなる場合もあり、この場合には以下に示す操作を行う。図１０はその場合の被露光基板上における露光のずれを示す平面図である。図１０（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図１０（ａ）は１チップにおける露光のずれを示す平面図である。
【００７８】
図１０（ａ）に示すように、第１の露光工程において露光される領域３５は理想の露光領域に対して歪んだものとなっており、第１の露光工程におけるスキャン方向３４と直交する方向のずれが平行な方向のずれよりも大きくなっている。第２の露光工程においては、かかる直交方向のずれ及び平行方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行うので、結果として第１の露光工程におけるスキャン方向３４と平行な方向にスキャンを行いながら第２の露光工程を行うこととなる。この第２の露光工程は図８の流れ図の左の経路に対応する。この場合においても円滑かつ高精度な位置合わせで第２の露光工程を行うことが可能である。なお、図１０において、３１は被露光基板（ウェハ）、３２はチップ（露光単位）、３３は同時に露光転写される領域である。
【００７９】
より具体的には、あらかじめ被露光基板２１、３１のステージを走査することにより、被露光基板２１、３１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ２２、３２毎に被露光基板２１、３１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００８０】
さらに、第１、第２の実施形態と同様に、より高精度の重ね合わせ精度を達成するためには、倍率補正の機能が備わっていることが望ましい。
即ち、通常のステップ・アンド・スキャン型の露光装置においては、スキャン方向と直交する方向に関しては、光学系の縮小率を微調整することにより倍率を補正し、スキャン方向と平行な方向に関しては、マスクあるいは被露光基板ステージのスキャン速度を微調整することにより倍率を補正することが可能である。
【００８１】
ここで、被露光基板の伸び縮みには、プロセスの不均一性や、被露光基板を搭載するステージ面の平坦度のむら等に起因して、面内に一様でない成分が存在する場合がある。このような不均一な成分の補正に対応するためには、倍率補正も、被露光基板全面で一様な補正を行う方法ではなく、露光中に微調整を行う方法が望ましい。
【００８２】
したがって、先の実施形態と合わせて、第２の露光工程の際に、第１の露光工程により形成されたマークを検出し、検出された信号に基づいて、第１の露光工程の際のスキャン方向と直交する方向又は平行な方向にスキャンしつつ、スキャン速度、倍率、ステージ位置を制御しながら露光を行うことにより、高精度の位置合わせを行うことが可能となる。
【００８３】
また、第１の実施形態で述べたように、先の実施形態とは逆に、Ｘ線を用いた第１の露光工程の後に紫外線を用いた第２の露光工程を行う場合においても、本発明を有効に適用することが可能である。
【００８４】
また、本発明は、第１、第２の実施形態と同様に、紫外線露光装置とＸ線露光装置の組み合わせに限らず、ステップ・アンド・スキャン方式を用いる種々の露光装置間の組み合わせを用いることが可能である。
【００８５】
（第４の実施形態）
図１１は本発明の第４の実施形態における被露光基板上のパターンのずれを示す平面図である。図１１（ｂ）は被露光基板（ウェハ）を示す平面図、図１１（ａ）は１チップにおけるパターンのずれを示す平面図である。
【００８６】
図１１に示すように、既に第１の露光工程（ステップ・アンド・スキャン型の露光方法に限らず、これ以外の露光方法でも良い。）により、被露光基板（ウェハ）４１のチップ（露光単位）４２上にはパターンとして配線群４４がチップ４２の縦方向に配列形成されている。この配線群４４はチップ４２の横方向４６に長く延びて形成されている。配線群４４の上には図示しない層間絶縁膜が形成されている。
【００８７】
本実施形態においては、かかる配線群４４のそれぞれに対して、この配線群４４と後工程で形成される上層配線とを電気的に接続するためのコンタクトホール４５を上記層間絶縁膜の随所に形成する。このコンタクトホール４５を開口するためのレジストパターンを形成するために、図１２に示すようにＸ線を光源に用いた第２のステップ・アンド・スキャン型露光装置を用いて、レジストの塗布と露光前の熱処理を行った被露光基板４１に対して露光を行う。
【００８８】
ここで、本実施形態のステップ・アンド・スキャン型Ｘ線露光装置が第３の実施形態のものと異なる点は、パターン位置情報比較手段１２４の代わりにパターン位置情報決定手段１２７が設けられている点である。
【００８９】
Ｘ線マスク１１２のパターン位置情報と被露光基板１１４のパターン位置情報は、アライメント制御系１２１からパターン位置情報決定手段１２７へと伝達され、この決定手段１２７においてウエハ上のずれの一番大きな方向が決定され、その決定結果の情報はウエハステージ回転制御手段１２５へ伝達され、この回転駆動系１２６によりウエハステージ１１５がその中心軸の回りに回転駆動されてウエハ上のスキャン方向の設定が行われるようになっている。
【００９０】
本実施形態の最大の特徴は、第１の露光により形成されたパターン（配線群４４及びそれ以外の導体層）の一部を検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定し、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行いながら第２の露光を行うことである。
【００９１】
即ち、パターンの一部として、例えば配線群４４の一部若しくはこれとは別に設けた位置合わせマークを利用し、その位置を検出して、検出された信号に基づいて配線群４４のずれが一番大きな方向を決定する。
【００９２】
この決定は、例えば以下のようにして行うことができる。即ち、座標測定器や重ね合わせ精度測定器を用いた基準格子に対する歪みの測定において実現されているように、基準座標からのずれを数値化し、その数値が最大となる方向を決定することにより行うことが可能である。
【００９３】
本実施形態においては、第１の露光工程と第２の露光工程の間に配線膜のエッチングや層間絶縁膜の成膜等の各種の工程を経ることにより、被露光基板４１の配線群４４は膜応力に起因する若干の伸び縮みを受ける。配線群４４は特にその長手方向４６に伸び縮みを受け易く、このためかかる長手方向４６に開口すべきコンタクトホール４５の位置が大きくずれてしまう。この位置ずれに合わせて第２の露光工程を行う必要があるので、結果としてかかるずれの方向（長手方向４６）と直交する方向４７にスキャンを行いながら第２の露光を行えば良いこととなる。この場合、同時に露光転写される領域を配線群４４と平行な短冊状の領域４３とし、この領域４３の長手方向４６と直交する方向４７にスキャンを行う。
【００９４】
ここで、図１２のステップ・アンド・スキャン型の露光装置１００の操作について述べる。第３の実施形態と同様に、被露光基板４１（図１２では１１４）はウエハステージ１１５に載置される。被露光基板４１に設けられた位置合わせマークをアライメント光学系１２０により検出し、この光学系１２０により検出された信号に基づいて、パターン（配線群４４）のずれが一番大きな方向（配線群４４の長手方向）をパターン位置情報決定手段１２７により決定する。この決定手段１２７による決定結果に基づき、決定されたずれの方向と直交する方向４７にスキャンを行って露光を行うことを可能とすべく、ウエハステージ回転制御手段１２５及びウエハステージ回転駆動系１２６を用いてウエハステージ１１５の回転を調整して被露光基板４１の向きを制御する。
【００９５】
次に、再度、露光後の熱処理と現像を済ませた後、ウェハ４１はコンタクトホール４５を形成するためのエッチングや洗浄等の工程を経て、さらに次の露光工程へ送られていく。
【００９６】
本実施形態によれば、配線群４４がその長手方向４６に伸び縮みを受けコンタクトホール４５の位置が大きくずれてしまっている等、下地パターンが理想位置からずれている場合においても、第２の露光工程を円滑かつ高精度な位置合わせで行うことが可能であり、良好な結果が得られることが判明した。この場合、高精度の歪みの補正を実現させるためには、歪みの大きな成分を露光領域の長手方向の光学的補正で補正し、小さな成分をステージ移動の微調整で補正することが望ましいと考えられる。
【００９７】
より具体的には、あらかじめ被露光基板４１のステージを走査することにより、被露光基板４１上のマーク位置を検出・記憶しておき、実際の露光の際には記憶されたマーク位置に基づいて位置合わせを行う方法や、露光中に常に直後に露光する領域のマーク位置と焦点の検出を行い、フィードバックをかけながら露光する方法、チップ４２毎に被露光基板４１上のマーク位置を検出し、チップ毎に位置合わせの微調整を行いながら露光する方法等が適用可能である。
【００９８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、位置ずれの絶対値が大きな方向と直交する方向ではなく、位置ずれのばらつきが大きな方向と直交する方向にスキャンすることも可能である。
【００９９】
即ち、一般に、ステージ移動の微調整においては、ステージが高速移動するために周波数成分の高い調整は精度の劣化を招き易いが、光学的な補正であれば高周波数の補正が比較的容易である。このため、必要な補正のばらつきの大きな方向と直交する方向にスキャンを行い、ばらつきの大きい、即ち周波数成分の高い方向の補正を光学的な補正により行い、ばらつきの小さい、即ち周波数成分の低い方向の補正をステージ移動の微調整により行うことが望ましい。
その他、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の露光方法及び露光装置によれば、ステップ・アンド・スキャン露光を行う場合に、下地パターンに対して高精度な重ね合わせを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る工程を示す流れ図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを示す平面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを説明する説明図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る露光方法を示す平面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る工程を示す流れ図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを示す平面図。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る露光方法及び従来の露光方法を示す平面図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る工程を示す流れ図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る被露光基板上における露光のずれを示す平面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る被露光基板上における露光の他のずれの例を示す平面図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る被露光基板上におけるパターンのずれを示す平面図。
【図１２】本発明に係るステップ・アンド・スキャン型の露光装置の構造を示す概略図。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１…被露光基板（ウェハ）
２、１２、２２、３２、４２…露光単位（チップ）
３ａ、３ｂ、１３ａ、１３ｂ、２３、３３、４３…同時に露光される露光領域
４、１０、１４、２０、２４、３４、４４、４７…スキャン方向
５、１５、１６、１７、２５、３５…実際に露光される転写パターン形状（歪みを強調してある。）
６、２６…理想的な転写パターン形状
７、４６…短冊長手方向（スキャン直交方向）
８、１８ａ、１８ｂ…位置合わせマーク
９、１９…補正を行った場合に、第２の露光により転写されるパターン形状
４４…配線群
４５…コンタクトホール
Claims (14)
- ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて第一の露光を
行う工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法。 - 前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記第一の露光のずれを吸収しながら前記第二の露光を行うことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
- 前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
- 前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であることを特徴とする請求項１乃至３記載の露光方法。
- ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて第一の露光を行う工程と、前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出する工程と、検出された信号に基づいて前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法。
- 前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記第一の露光のずれを吸収しながら前記第二の露光を行うことを特徴とする請求項５記載の露光方法。
- 前記第一の露光により形成されたパターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行
うことを特徴とする請求項５又は６記載の露光方法。 - 前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であることを特徴とする請求項５乃至７記載の露光方法。
- 第一の露光を行ってパターンを形成する工程と、形成された前記パターンの一部を検出する工程と、検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する工程と、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置を用いて、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行いながら第二の露光を行う工程とを具備したことを特徴とする露光方法。
- 形成された前記パターンの一部を検出し、検出された信号に基づいて前記パターンのずれを吸収しながら前記第二の露光を行うことを特徴とする請求項９記載の露光方法。
- 形成された前記パターンの一部を検出し、検出された信号に基づいてスキャン速度、倍率、ステージ位置の少なくとも一つを制御しながら前記第二の露光を行うことを特徴とする請求項９又は１０記載の露光方法。
- 前記第一の露光及び前記第二の露光は、ミックス・アンド・マッチ方式を用いた露光であることを特徴とする請求項９乃至１１記載の露光方法。
- 被露光試料が載置される回転可能な試料台と、前記被露光試料の露光を制御する露光光学系とを備えたステップ・アンド・スキャン型の露光装置であって、第一の露光により形成された前記被露光試料上のパターンの一部を検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号に基づいて前記第一の露光の際のスキャン方向と直交する方向のずれ及び平行な方向のずれを比較する比較手段と、該比較手段によるずれの比較結果に基づき、前記両方向のずれのうち大きなずれの方向と直交する方向にスキャンを行って第二の露光を行うことを可能とすべく、前記試料台の回転を調整して前記第一の露光が行われた前記被露光試料の向きを制御する制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置。
- パターンが形成された被露光試料が載置される回転可能な試料台と、前記被露光試料の露光を制御する露光光学系とを備えたステップ・アンド・スキャン型の露光装置であって、前記被露光試料上のパターンの一部を検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号に基づいて前記パターンのずれが一番大きな方向を決定する決定手段と、該決定手段による決定結果に基づき、前記ずれが一番大きな方向と直交する方向にスキャンを行って露光を行うことを可能とすべく、前記試料台の回転を調整して前記被露光試料の向きを制御する制御手段とを具備したことを特徴とする露光装置。
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