JP3576722B2 - 走査型露光装置及びそれを用いたデバイス製造方法 - Google Patents
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- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型露光装置及びそれを用いたデバイス製造方法に関し、ＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣＤ、磁気ヘッド、液晶パネル等のデバイスを製造する為のリソグラフィー工程において、第１物体としてのレチクル（マスク）と第２物体としてのウエハとの位置合わせを行った後に、双方を同期して走査することによってレチクル面上のパターンをウエハ面上に順次走査投影露光して高集積度のデバイスを製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロジェクションアライナー）や、マスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）等が提案されている。
【０００３】
又、最近では高解像力が得られ、かつ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置（露光装置）が種々と提案されている。この走査型露光装置ではレチクル面上のパターンをスリット状光束により照明し、該スリット状光束により照明されたパターンを投影系（投影光学系）を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写している。
【０００４】
一方、投影露光装置においては、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせを行った後にレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影しており、このときの位置合わせ精度は投影パターン像の高集積化を図るときの重要な要素になっている。このときの位置合わせ方法として、ウエハ上の複数のパターン転写領域（露光転写ショット）の中から代表的なショットを選択、計測することによりウエハの位置情報を得る、所謂グローバルアライメント方式がスループットの点で有利であり推奨されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近の半導体デバイスの微細加工の進展は目覚ましく、レチクルとウエハとの位置合わせには高精度な方法が要望されている。一般に位置合わせをより高精度に行うとすると、従来問題にならなかった種々な要素が誤差要因として起因してくる。
【０００６】
走査型の投影露光装置において、パターンの焼き付けられたウエハは図４の矢印で示す通り、ウエハ３面上の転写ショット（ＳＨ１〜ＳＨｎ）の中で、ウエハステージが走査露光軸の正方向（図４ではＹ方向上向き）に走査しながら焼かれた転写ショットと、逆方向（図４ではＹ方向下向き）に走査しながら焼かれた転写ショットが混在している。これは全ショット同方向に走査露光するにはウエハステージとマスクステージを一旦戻してから露光せねばならず、生産性が落ちてしまう為、必須項目として、走査露光は順逆双方で行っている為である。
【０００７】
走査型露光装置としては、この走査方向によるパターン転写位置の差は極力抑えるよう調整されるものではあるが、実際には僅かながら走査方向による違いは残ってしまう。図４中でｄｓとして示された走査方向の違いによる位置差（距離）は、従来の位置合わせのレベルでは精度上不問であったが、今後の位置合わせの高精度化を鑑みて、無視できなくなってきている。
【０００８】
従来のグローバル式を用いたウエハアライメント方法では、この走査方向差によるショットの位置の違いを考慮せずに、図４に示す通り計測ショット（ＳＨ１〜ＳＨ８）を選択し、ショット配列格子は全ショット同じとして計測結果を演算処理して各ショットの位置情報を導いていた。この為、高精度の位置合わせを行うには、このときの位置差（ｄｓ）が位置合わせ精度を大きく低下させる原因となってくる。
【０００９】
本発明はレチクル（第１物体）とウエハ（第２物体）との位置合わせ（アライメント）を行った後に、レチクル面のパターンを投影光学系によりウエハ（第２物体）上に走査露光方式を利用して繰り返し走査投影露光する際、ウエハ面の走査露光方向の情報を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行うことによって、高精度な位置合わせを可能とし、これによって高解像力で、しかも大画面への投影露光を容易にした走査型露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１可動ステージに載置した第１物体と、第２可動ステージに載置した第２物体との位置合わせを行い、
照明系からの照明光束で前記第１物体面上のパターンを照明し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する露光方法において、
前記第１物体に形成されたマークを第１検出手段により検出する第１検出工程と、
前記第２物体に形成されたマークを第２検出手段により検出する第２検出工程と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域毎の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする工程とを有することを特徴としている。
請求項２の発明は、第１可動ステージに載置した第１物体と、第２可動ステージに載置した第２物体との位置合わせを行い、
照明系からの照明光束で前記第１物体面上のパターンを照明し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する露光方法において、
前記第１物体に形成されたマークを第１検出手段により検出する第１検出工程と、
前記第２物体に形成されたマークを第２検出手段により検出する第２検出工程と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域より選択した少なくとも３つのパターン転写領域の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第２工程は、前記パターン転写領域内で複数のマークを検出し、前記位置合わせ工程は前記走査方向に関する情報を用いて前記パターン転写領域の形状情報を求め、前記形状情報を用いて前記第１物体と第２物体との位置合わせを行うことを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記パターン転写領域の前記走査方向と同じ方向に第１物体面上のパターンを走査露光していることを特徴としている。
請求項５の発明のデバイス製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項記載の走査型露光方法を用いて、ウエハを露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、第１物体を載置する第１ステージと、第２物体を載置する第２可動ステージと、第１物体面上のパターンを第２物体上に投影する投影光学系とを有し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを前記投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する走査型露光装置において、
前記第１物体に形成されたマークを検出する第１検出手段と、
前記第２物体に形成されたマークを検出する第２検出手段と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域毎の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の走査型露光装置の実施形態１の要部概略図である。
【００１４】
本実施形態では第１物体としてのマスク（レチクルともいう。）１と第２物体としてのウエハ３とを投影光学系２の結像倍率に応じて同期をとりながら所定の速度比で走査（スキャン）させながら投影露光を行っている。
【００１５】
図１において、露光パターンの形成されたマスク１はレーザー干渉計（不図示）と駆動制御手段１０３によってＸ方向に駆動制御されるマスクステージ（第１可動ステージ）４に載置されている。マスクステージ４はＺ方向の位置を投影光学系２に対して一定に保った状態でＸ方向に駆動する。感光基板であるウエハ３はレーザー干渉計（不図示）と駆動制御手段１０３によってＸＹ方向に駆動制御されるウエハステージ（第２可動ステージ）５に載置されている。更にウエハステージ５はＺ方向の位置及び傾きが投影光学系２に対して駆動制御可能となっている。
【００１６】
このマスク１とウエハ３は投影光学系２を介して光学的に共役な位置に置かれており、不図示の照明系からＹ方向に長いスリット状の露光光束６がマスク１上に形成されている。このマスク１上の露光光束６は投影光学系２の投影倍率に比した大きさのスリット状の露光光束６ａをウエハ３上に形成するものである。走査型露光装置では、このスリット状の露光光束６及び６ａに対してマスクステージ４とウエハステージ５の双方を光学倍率に応じた速度比で同期してＸ方向に動かし、スリット状の露光光束６及び６ａがマスク１上のパターン転写領域２１とウエハ３上のパターン転写領域２２を走査することによって走査投影露光を行っている。
【００１７】
次に、本実施形態において、マスク１とウエハ３との位置合わせ方法について説明する。
【００１８】
まず観察顕微鏡７を用いて、マスク１上のパターン２１近傍に配置されたマスクマーク４１を光電的に観察し、それより得られた信号はマーク検出手段１０１で処理され、マスクマーク４１の位置情報として演算処理回路１０２に送られる。マスクマーク４１の観察時のマスクステージ４の位置情報は、駆動制御手段１０３より演算処理回路１０２に送られ、マスクマーク４１の位置情報と対応して記憶している。
【００１９】
次に、ウエハ３上のパターン転写領域２２の位置情報を計測する。本実施形態ではマスクパターン４１を観察する観察顕微鏡７を用いてウエハ３上のパターン転写領域２２の位置情報を計測しているが、専用の観察顕微鏡を用いてもよく、また投影光学系２を介する必要もないので、所謂完全なオフアクシス顕微鏡を用いてもよい。
【００２０】
ウエハ３上のパターン転写領域２２の位置情報の計測方法としては、マスクパターン４１の場合と同様で、観察顕微鏡７を用いて投影光学系２を介してウエハ３上のパターン転写領域２２近傍に配置されたウエハマーク４２を光電的に観察する。そして、それより得られた信号はマーク検出手段１０１で処理され、ウエハマーク４２の位置情報として演算処理回路１０２に送られる。観察時のウエハステージ５の位置情報は駆動制御手段１０３より演算処理回路１０２に送られ、ウエハマーク４２の位置情報と対応して記憶している。ウエハ３上にはパターン転写領域２２が複数あることが多く、その場合は選ばれた複数（少なくとも３つ）のパターン転写領域２２に対して、前記計測を繰り返すことによりウエハ３全体の中での全パターン転写領域２２の位置情報を得るようにしたグローバルアライメントで行っている。
【００２１】
本実施形態では、このグローバルアライメントにおいて選択された計測ショット（パターン転写領域）が、ひとつ前のプロセス製造時に走査露光された方向（前走査露光方向）を情報として用いることを特徴としている。このときの情報の入手方法としては、装置操作者が装置に対してキー入力しても良いし、同じ装置や同一機種で前工程を作成していれば、装置側でどういう走査方向で各パターン転写領域２２を露光したか自動判断できる。
【００２２】
図２は本実施形態でのグローバルアライメントにおけるウエハ３面上の計測ショットの選択の様子を示す説明図である。
【００２３】
同図では、ウエハ３上にパターン転写領域２２が３２ショット構成されており、その中からグローバルアライメント用の計測ショットとして１２ショットが選ばれている。選択された計測ショットは前露光時の走査露光方向として順方向（図中上向き）としてＳＨＵ１〜ＳＨＵ６までの６ショット、走査露光方向の逆方向（図中下向き）としてＳＨＤ１〜ＳＨＤ６の６ショットと均等に配分している。従来のアライメント装置では、この１２ショット情報を皆等しく処理していた。これに対して本実施形態では前露光時の走査露光方向として順方向で露光されているパターン転写領域２２の位置情報をＳＨＵ１〜ＳＨＵ６までの６ショットで処理して位置情報格子ＧＳＵを得ている。また前露光時の走査露光方向として逆方向で露光されているパターン転写領域２２の位置情報としてはＳＨＤ１〜ＳＨＤ６までの６ショットで処理して位置情報格子ＧＳＤを得ている。
【００２４】
パターン２１を各パターン転写領域２２に走査投影露光する際には、この２つの位置情報格子ＧＳＵ，ＧＳＤのうちの一方を用いて露光する。前工程で順方向に露光されたパターン転写領域２２であれば、位置情報格子ＧＳＵを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御して露光している。また前工程で逆方向に露光されたパターン転写領域２２であれば、位置情報格子ＧＳＤを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。
【００２５】
そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御してマスクとウエハとを位置合わせをして露光している。このように走査露光時に、２つの位置情報格子ＧＳＵ，ＧＳＤを用いることにより、前工程における走査露光方向差で発生したパターン転写領域２２の位置誤差ｄｓを良好に補正し、高精度の投影露光を行っている。
【００２６】
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００２７】
本実施形態はウエハの位置合わせを行う際に、複数のパターン転写領域のひとつの領域内で複数の位置情報の計測を実施し、前走査露光方向別にパターン転写領域の形状情報を計測、記憶し、マスク上のパターンを走査投影露光する際に補正を加えることを特徴としている。
【００２８】
図３に示す通り、前走査露光方向によって発生する誤差はパターン転写領域中心の位置ずれだけでなく、パターン転写領域全体が回転したり、拡大、縮小したりして全体的な形状変形の誤差も生じている。この誤差も計測し、補正を加えることによって、より高精度なパターン転写領域との整合関係を成立させている。
【００２９】
具体的には、本実施形態において実施形態１におけるグローバルアライメント用の計測ショットＳＨＵ１〜６、ＳＨＤ１〜６の各ショットにおいて複数のウエハマーク（図３ではマーク４２１〜４２６に相当）の位置情報を計測している。計測結果を前露光時の走査露光方向として順方向で露光されているパターン転写領域２２の形状情報としては、ＳＨＵ１〜ＳＨＵ６までの６ショットで処理して形状情報格子ＬＳＵを得ている。また前露光時の走査露光方向として逆方向で露光されているパターン転写領域２２の形状情報としては、ＳＨＤ１〜ＳＨＤ６までの６ショットで処理して形状情報格子ＬＳＤを得ている。
【００３０】
パターン２１を各パターン転写領域２２に走査投影露光する際には、この２つの形状情報格子ＬＳＵ，ＬＳＤのうちの一方を用いて露光する。前工程で順方向に露光された転写領域２２であれば、形状情報格子ＬＳＵを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御して露光している。また前工程で逆方向に露光されたパターン転写領域２２であれば、形状情報格子ＬＳＤを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御してマスクとウエハとを位置合わせをして露光している。このように走査露光時に２つの形状情報格子ＬＳＵ，ＬＳＤを用いることにより、前工程における走査露光方向差で発生したパターン転写領域２２の形状誤差を良好に補正し、高精度の投影露光を行っている。
【００３１】
次に本発明の実施形態３について説明する。
【００３２】
本実施形態はパターン転写領域の前走査露光方向と同じ方向にマスク上のパターンを投影露光することを特徴としている。実施形態１，２で示した如く、本発明においては前走査露光の方向差によって発生したウエハ側のパターン転写領域のずれｄｓを計測することができる。一方、走査投影露光時に、また同様のエラーが発生する場合がある。この誤差は同一の走査型投影露光装置であれば、ある程度同傾向にあると思われるものである。
【００３３】
そこで本実施形態では、前走査露光方向と同じ方向にマスク上のパターンを走査投影露光することとしている。走査露光装置が持つ走査露光方向に起因する誤差が各装置共通であれば、この走査露光方向を揃えるだけでも、パターンとパターン転写領域の重ね合わせ誤差は向上する。本実施形態を実施形態１，２と同時に適用しても良く、これによれば更なる効果を期待することができる。
【００３４】
次に上記説明した投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００３５】
図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００３６】
本実施形態において、ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００３７】
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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、前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。
【００３８】
次のステップ５（組立）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。
【００３９】
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。
【００４０】
図６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。
【００４１】
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１５（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）では前記説明した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。
【００４２】
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）ではエッチングがす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。
【００４３】
尚、本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度のデバイスを容易に製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、レチクル（第１物体）とウエハ（第２物体）との位置合わせ（アライメント）を行った後に、レチクル面のパターンを投影光学系によりウエハ（第２物体）上に走査露光方式を利用して繰り返し走査投影露光する際、ウエハ面の走査露光方向の情報を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行うことによって、高精度な位置合わせを可能とし、これによって高解像力で、しかも大画面への投影露光を容易にした走査型露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明を適用した際の計測すべき転写ショットの選択方法の説明図
【図３】本発明における実施形態２に関する説明図
【図４】従来の計測すべき転写ショットの選択の説明図
【図５】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図６】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ マスク
２ 投影光学系
３ ウエハ
４ マスクステージ
５ ウエハステージ
６ スリット状露光光束
７ 観察顕微鏡
２１ デバイスパターン
２２ パターン転写領域
４１ マスクマーク
４２ ウエハマーク
１０１ マーク検出手段
１０２ 演算処理回路
１０３ 駆動制御手段
４２１〜４２６ ウエハマーク
【発明の属する技術分野】
本発明は走査型露光装置及びそれを用いたデバイス製造方法に関し、ＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣＤ、磁気ヘッド、液晶パネル等のデバイスを製造する為のリソグラフィー工程において、第１物体としてのレチクル（マスク）と第２物体としてのウエハとの位置合わせを行った後に、双方を同期して走査することによってレチクル面上のパターンをウエハ面上に順次走査投影露光して高集積度のデバイスを製造する際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の中心をなす投影露光装置として、円弧状の露光域を持つ等倍のミラー光学系に対してマスクと感光基板を走査しながら露光する等倍投影露光装置（ミラープロジェクションアライナー）や、マスクのパターン像を屈折光学系により感光基板上に形成し感光基板をステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）等が提案されている。
【０００３】
又、最近では高解像力が得られ、かつ画面サイズを拡大できるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置（露光装置）が種々と提案されている。この走査型露光装置ではレチクル面上のパターンをスリット状光束により照明し、該スリット状光束により照明されたパターンを投影系（投影光学系）を介し、スキャン動作によりウエハ上に露光転写している。
【０００４】
一方、投影露光装置においては、レチクルとウエハとの相対的な位置合わせを行った後にレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影しており、このときの位置合わせ精度は投影パターン像の高集積化を図るときの重要な要素になっている。このときの位置合わせ方法として、ウエハ上の複数のパターン転写領域（露光転写ショット）の中から代表的なショットを選択、計測することによりウエハの位置情報を得る、所謂グローバルアライメント方式がスループットの点で有利であり推奨されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近の半導体デバイスの微細加工の進展は目覚ましく、レチクルとウエハとの位置合わせには高精度な方法が要望されている。一般に位置合わせをより高精度に行うとすると、従来問題にならなかった種々な要素が誤差要因として起因してくる。
【０００６】
走査型の投影露光装置において、パターンの焼き付けられたウエハは図４の矢印で示す通り、ウエハ３面上の転写ショット（ＳＨ１〜ＳＨｎ）の中で、ウエハステージが走査露光軸の正方向（図４ではＹ方向上向き）に走査しながら焼かれた転写ショットと、逆方向（図４ではＹ方向下向き）に走査しながら焼かれた転写ショットが混在している。これは全ショット同方向に走査露光するにはウエハステージとマスクステージを一旦戻してから露光せねばならず、生産性が落ちてしまう為、必須項目として、走査露光は順逆双方で行っている為である。
【０００７】
走査型露光装置としては、この走査方向によるパターン転写位置の差は極力抑えるよう調整されるものではあるが、実際には僅かながら走査方向による違いは残ってしまう。図４中でｄｓとして示された走査方向の違いによる位置差（距離）は、従来の位置合わせのレベルでは精度上不問であったが、今後の位置合わせの高精度化を鑑みて、無視できなくなってきている。
【０００８】
従来のグローバル式を用いたウエハアライメント方法では、この走査方向差によるショットの位置の違いを考慮せずに、図４に示す通り計測ショット（ＳＨ１〜ＳＨ８）を選択し、ショット配列格子は全ショット同じとして計測結果を演算処理して各ショットの位置情報を導いていた。この為、高精度の位置合わせを行うには、このときの位置差（ｄｓ）が位置合わせ精度を大きく低下させる原因となってくる。
【０００９】
本発明はレチクル（第１物体）とウエハ（第２物体）との位置合わせ（アライメント）を行った後に、レチクル面のパターンを投影光学系によりウエハ（第２物体）上に走査露光方式を利用して繰り返し走査投影露光する際、ウエハ面の走査露光方向の情報を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行うことによって、高精度な位置合わせを可能とし、これによって高解像力で、しかも大画面への投影露光を容易にした走査型露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、第１可動ステージに載置した第１物体と、第２可動ステージに載置した第２物体との位置合わせを行い、
照明系からの照明光束で前記第１物体面上のパターンを照明し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する露光方法において、
前記第１物体に形成されたマークを第１検出手段により検出する第１検出工程と、
前記第２物体に形成されたマークを第２検出手段により検出する第２検出工程と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域毎の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする工程とを有することを特徴としている。
請求項２の発明は、第１可動ステージに載置した第１物体と、第２可動ステージに載置した第２物体との位置合わせを行い、
照明系からの照明光束で前記第１物体面上のパターンを照明し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する露光方法において、
前記第１物体に形成されたマークを第１検出手段により検出する第１検出工程と、
前記第２物体に形成されたマークを第２検出手段により検出する第２検出工程と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域より選択した少なくとも３つのパターン転写領域の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする工程とを有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記第２工程は、前記パターン転写領域内で複数のマークを検出し、前記位置合わせ工程は前記走査方向に関する情報を用いて前記パターン転写領域の形状情報を求め、前記形状情報を用いて前記第１物体と第２物体との位置合わせを行うことを特徴としている。
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記パターン転写領域の前記走査方向と同じ方向に第１物体面上のパターンを走査露光していることを特徴としている。
請求項５の発明のデバイス製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項記載の走査型露光方法を用いて、ウエハを露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明は、第１物体を載置する第１ステージと、第２物体を載置する第２可動ステージと、第１物体面上のパターンを第２物体上に投影する投影光学系とを有し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを前記投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する走査型露光装置において、
前記第１物体に形成されたマークを検出する第１検出手段と、
前記第２物体に形成されたマークを検出する第２検出手段と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域毎の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする手段とを有することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の走査型露光装置の実施形態１の要部概略図である。
【００１４】
本実施形態では第１物体としてのマスク（レチクルともいう。）１と第２物体としてのウエハ３とを投影光学系２の結像倍率に応じて同期をとりながら所定の速度比で走査（スキャン）させながら投影露光を行っている。
【００１５】
図１において、露光パターンの形成されたマスク１はレーザー干渉計（不図示）と駆動制御手段１０３によってＸ方向に駆動制御されるマスクステージ（第１可動ステージ）４に載置されている。マスクステージ４はＺ方向の位置を投影光学系２に対して一定に保った状態でＸ方向に駆動する。感光基板であるウエハ３はレーザー干渉計（不図示）と駆動制御手段１０３によってＸＹ方向に駆動制御されるウエハステージ（第２可動ステージ）５に載置されている。更にウエハステージ５はＺ方向の位置及び傾きが投影光学系２に対して駆動制御可能となっている。
【００１６】
このマスク１とウエハ３は投影光学系２を介して光学的に共役な位置に置かれており、不図示の照明系からＹ方向に長いスリット状の露光光束６がマスク１上に形成されている。このマスク１上の露光光束６は投影光学系２の投影倍率に比した大きさのスリット状の露光光束６ａをウエハ３上に形成するものである。走査型露光装置では、このスリット状の露光光束６及び６ａに対してマスクステージ４とウエハステージ５の双方を光学倍率に応じた速度比で同期してＸ方向に動かし、スリット状の露光光束６及び６ａがマスク１上のパターン転写領域２１とウエハ３上のパターン転写領域２２を走査することによって走査投影露光を行っている。
【００１７】
次に、本実施形態において、マスク１とウエハ３との位置合わせ方法について説明する。
【００１８】
まず観察顕微鏡７を用いて、マスク１上のパターン２１近傍に配置されたマスクマーク４１を光電的に観察し、それより得られた信号はマーク検出手段１０１で処理され、マスクマーク４１の位置情報として演算処理回路１０２に送られる。マスクマーク４１の観察時のマスクステージ４の位置情報は、駆動制御手段１０３より演算処理回路１０２に送られ、マスクマーク４１の位置情報と対応して記憶している。
【００１９】
次に、ウエハ３上のパターン転写領域２２の位置情報を計測する。本実施形態ではマスクパターン４１を観察する観察顕微鏡７を用いてウエハ３上のパターン転写領域２２の位置情報を計測しているが、専用の観察顕微鏡を用いてもよく、また投影光学系２を介する必要もないので、所謂完全なオフアクシス顕微鏡を用いてもよい。
【００２０】
ウエハ３上のパターン転写領域２２の位置情報の計測方法としては、マスクパターン４１の場合と同様で、観察顕微鏡７を用いて投影光学系２を介してウエハ３上のパターン転写領域２２近傍に配置されたウエハマーク４２を光電的に観察する。そして、それより得られた信号はマーク検出手段１０１で処理され、ウエハマーク４２の位置情報として演算処理回路１０２に送られる。観察時のウエハステージ５の位置情報は駆動制御手段１０３より演算処理回路１０２に送られ、ウエハマーク４２の位置情報と対応して記憶している。ウエハ３上にはパターン転写領域２２が複数あることが多く、その場合は選ばれた複数（少なくとも３つ）のパターン転写領域２２に対して、前記計測を繰り返すことによりウエハ３全体の中での全パターン転写領域２２の位置情報を得るようにしたグローバルアライメントで行っている。
【００２１】
本実施形態では、このグローバルアライメントにおいて選択された計測ショット（パターン転写領域）が、ひとつ前のプロセス製造時に走査露光された方向（前走査露光方向）を情報として用いることを特徴としている。このときの情報の入手方法としては、装置操作者が装置に対してキー入力しても良いし、同じ装置や同一機種で前工程を作成していれば、装置側でどういう走査方向で各パターン転写領域２２を露光したか自動判断できる。
【００２２】
図２は本実施形態でのグローバルアライメントにおけるウエハ３面上の計測ショットの選択の様子を示す説明図である。
【００２３】
同図では、ウエハ３上にパターン転写領域２２が３２ショット構成されており、その中からグローバルアライメント用の計測ショットとして１２ショットが選ばれている。選択された計測ショットは前露光時の走査露光方向として順方向（図中上向き）としてＳＨＵ１〜ＳＨＵ６までの６ショット、走査露光方向の逆方向（図中下向き）としてＳＨＤ１〜ＳＨＤ６の６ショットと均等に配分している。従来のアライメント装置では、この１２ショット情報を皆等しく処理していた。これに対して本実施形態では前露光時の走査露光方向として順方向で露光されているパターン転写領域２２の位置情報をＳＨＵ１〜ＳＨＵ６までの６ショットで処理して位置情報格子ＧＳＵを得ている。また前露光時の走査露光方向として逆方向で露光されているパターン転写領域２２の位置情報としてはＳＨＤ１〜ＳＨＤ６までの６ショットで処理して位置情報格子ＧＳＤを得ている。
【００２４】
パターン２１を各パターン転写領域２２に走査投影露光する際には、この２つの位置情報格子ＧＳＵ，ＧＳＤのうちの一方を用いて露光する。前工程で順方向に露光されたパターン転写領域２２であれば、位置情報格子ＧＳＵを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御して露光している。また前工程で逆方向に露光されたパターン転写領域２２であれば、位置情報格子ＧＳＤを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。
【００２５】
そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御してマスクとウエハとを位置合わせをして露光している。このように走査露光時に、２つの位置情報格子ＧＳＵ，ＧＳＤを用いることにより、前工程における走査露光方向差で発生したパターン転写領域２２の位置誤差ｄｓを良好に補正し、高精度の投影露光を行っている。
【００２６】
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００２７】
本実施形態はウエハの位置合わせを行う際に、複数のパターン転写領域のひとつの領域内で複数の位置情報の計測を実施し、前走査露光方向別にパターン転写領域の形状情報を計測、記憶し、マスク上のパターンを走査投影露光する際に補正を加えることを特徴としている。
【００２８】
図３に示す通り、前走査露光方向によって発生する誤差はパターン転写領域中心の位置ずれだけでなく、パターン転写領域全体が回転したり、拡大、縮小したりして全体的な形状変形の誤差も生じている。この誤差も計測し、補正を加えることによって、より高精度なパターン転写領域との整合関係を成立させている。
【００２９】
具体的には、本実施形態において実施形態１におけるグローバルアライメント用の計測ショットＳＨＵ１〜６、ＳＨＤ１〜６の各ショットにおいて複数のウエハマーク（図３ではマーク４２１〜４２６に相当）の位置情報を計測している。計測結果を前露光時の走査露光方向として順方向で露光されているパターン転写領域２２の形状情報としては、ＳＨＵ１〜ＳＨＵ６までの６ショットで処理して形状情報格子ＬＳＵを得ている。また前露光時の走査露光方向として逆方向で露光されているパターン転写領域２２の形状情報としては、ＳＨＤ１〜ＳＨＤ６までの６ショットで処理して形状情報格子ＬＳＤを得ている。
【００３０】
パターン２１を各パターン転写領域２２に走査投影露光する際には、この２つの形状情報格子ＬＳＵ，ＬＳＤのうちの一方を用いて露光する。前工程で順方向に露光された転写領域２２であれば、形状情報格子ＬＳＵを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御して露光している。また前工程で逆方向に露光されたパターン転写領域２２であれば、形状情報格子ＬＳＤを用いて演算処理回路１０２から駆動制御手段１０３へ指示を出している。そして駆動制御手段１０３によりマスクステージ４とウエハステージ５の位置を制御してマスクとウエハとを位置合わせをして露光している。このように走査露光時に２つの形状情報格子ＬＳＵ，ＬＳＤを用いることにより、前工程における走査露光方向差で発生したパターン転写領域２２の形状誤差を良好に補正し、高精度の投影露光を行っている。
【００３１】
次に本発明の実施形態３について説明する。
【００３２】
本実施形態はパターン転写領域の前走査露光方向と同じ方向にマスク上のパターンを投影露光することを特徴としている。実施形態１，２で示した如く、本発明においては前走査露光の方向差によって発生したウエハ側のパターン転写領域のずれｄｓを計測することができる。一方、走査投影露光時に、また同様のエラーが発生する場合がある。この誤差は同一の走査型投影露光装置であれば、ある程度同傾向にあると思われるものである。
【００３３】
そこで本実施形態では、前走査露光方向と同じ方向にマスク上のパターンを走査投影露光することとしている。走査露光装置が持つ走査露光方向に起因する誤差が各装置共通であれば、この走査露光方向を揃えるだけでも、パターンとパターン転写領域の重ね合わせ誤差は向上する。本実施形態を実施形態１，２と同時に適用しても良く、これによれば更なる効果を期待することができる。
【００３４】
次に上記説明した投影露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００３５】
図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフローを示す。
【００３６】
本実施形態において、ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【００３７】
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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、前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。
【００３８】
次のステップ５（組立）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。
【００３９】
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。
【００４０】
図６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。
【００４１】
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１５（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）では前記説明した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。
【００４２】
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）ではエッチングがす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。
【００４３】
尚、本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度のデバイスを容易に製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば以上のように、レチクル（第１物体）とウエハ（第２物体）との位置合わせ（アライメント）を行った後に、レチクル面のパターンを投影光学系によりウエハ（第２物体）上に走査露光方式を利用して繰り返し走査投影露光する際、ウエハ面の走査露光方向の情報を用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行うことによって、高精度な位置合わせを可能とし、これによって高解像力で、しかも大画面への投影露光を容易にした走査型露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明を適用した際の計測すべき転写ショットの選択方法の説明図
【図３】本発明における実施形態２に関する説明図
【図４】従来の計測すべき転写ショットの選択の説明図
【図５】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図６】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１ マスク
２ 投影光学系
３ ウエハ
４ マスクステージ
５ ウエハステージ
６ スリット状露光光束
７ 観察顕微鏡
２１ デバイスパターン
２２ パターン転写領域
４１ マスクマーク
４２ ウエハマーク
１０１ マーク検出手段
１０２ 演算処理回路
１０３ 駆動制御手段
４２１〜４２６ ウエハマーク
Claims (6)
- 第１可動ステージに載置した第１物体と、第２可動ステージに載置した第２物体との位置合わせを行い、
照明系からの照明光束で前記第１物体面上のパターンを照明し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する露光方法において、
前記第１物体に形成されたマークを第１検出手段により検出する第１検出工程と、
前記第２物体に形成されたマークを第２検出手段により検出する第２検出工程と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域毎の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする工程とを有することを特徴とする露光方法。 - 第１可動ステージに載置した第１物体と、第２可動ステージに載置した第２物体との位置合わせを行い、
照明系からの照明光束で前記第１物体面上のパターンを照明し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する露光方法において、
前記第１物体に形成されたマークを第１検出手段により検出する第１検出工程と、
前記第２物体に形成されたマークを第２検出手段により検出する第２検出工程と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域より選択した少なくとも３つのパターン転写領域の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする工程とを有することを特徴とする露光方法。 - 前記第２工程は、前記パターン転写領域内で複数のマークを検出し、前記位置合わせ工程は前記走査方向に関する情報を用いて前記パターン転写領域の形状情報を求め、前記形状情報を用いて前記第１物体と第２物体との位置合わせを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
- 前記パターン転写領域の前記走査方向と同じ方向に第１物体面上のパターンを走査露光していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の露光方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項記載の走査型露光方法を用いて、ウエハを露光し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴とするデバイス製造方法。
- 第１物体を載置する第１ステージと、第２物体を載置する第２可動ステージと、第１物体面上のパターンを第２物体上に投影する投影光学系とを有し、前記第１可動ステージと第２可動ステージとを前記投影光学系の投影倍率に対応させた速度比で同期させて相対的に走査させながら前記投影光学系により前記第１物体面上のパターンを前記第２物体上に投影露光する走査型露光装置において、
前記第１物体に形成されたマークを検出する第１検出手段と、
前記第２物体に形成されたマークを検出する第２検出手段と、
前記第２物体上の複数のパターン転写領域毎の、以前の走査露光の走査方向に関する情報と、前記第１及び第２検出工程の検出結果とに基づいて前記第１物体と第２物体とを位置合わせする手段とを有することを特徴とする走査型露光装置。
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