JPH03155113A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、マスク等の原版と半導体ウニ八等の被露光
基板とを対向させて焼付を行なう露光装置に関し、特に
被露光基板駆動用のＸＹステージのθ姿勢を常に一定と
なるように制御することにより、焼付精度の向上を図っ
た露光装置に関する。

［従来の技術］ 半導体集積回路を製造するための露光装置においては、
集積回路のパターンが形成されたマスクとこのパターン
を焼付転写しようとする半導体ウニ八とを露光前に高精
度に重ね合わせ（位置合わせ）する必要がある。最近で
は、２５６メガビットＤＲＡＭクラスの集積回路の製造
を可能にすることが嘱望されており、この場合、露光装
置としては、０．２５ミクロン程度の線幅のパターンを
誤差０，０６ミクロン以下の重ね合わせ精度で焼付転写
可能なものが要求される。

従来の露光装置として、いわゆるステップアンドリピー
ト式の露光装置（ステッパ）が知られている。このステ
ッパにおいては、半導体ウェハをＸＹステージに載置し
レーザ干渉計を用いてＸＹステージの位置を計測および
制御して半導体ウェハ上の各ショットがマスクと重ね合
わさる位置に送り込み、必要ならばそこでさらにウェハ
とマスクとをアライメント（位置合わせ）してマスクの
像をそのショットに焼付けるようにしている。

ところで、ＸＹステージおよびそのＸＹステージを案内
するガイド等は極めて高精度に加工されているが、誤差
０．０６ミクロン以下を目標とする場合、ＸＹステージ
のヨーイングやローリングやピッチング等による位置合
わせ精度への影響が無視し得ないものとなってきた。例
えば、このステッパにおいてＸＹステージがヨーイング
によりθ回転を起すと、ＸＹステージ制御系では、第１
０図に１点鎖線で示されるように、ＸおよびＹ計測ビー
ムの照射位置をそれぞれ所定のＸおよびＹ座標に一致さ
せるように制御が行なわれる。

このため、ＸＹステージ上のウェハの各ショットは、ヨ
ーイングによるθ回転に加えてＸおよびＹ方向にも位置
ずれを起す。したがって、従来のステッパは、重ね合わ
せ精度が誤差０．０６ミクロン以下というような高精度
には不充分であるか、または前記ヨーイングに起因する
位置ずれ成分を補正するようにすると制御シーケンスが
複雑になるという不都合があった。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたもので、露光装置において、位置合わせ精度の向上
および制御シーケンスの簡略化を図ることを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するためこの発明では、原版と被露光基
板とを対向させて焼付を行なう露光装置において、被露
光基板駆動用の基板側ＸＹステージのθ姿勢を計測する
θ姿勢計測手段と、このθ姿勢を制御するθ姿勢制御手
段を設け、該基板側ＸＹステージのθ姿勢が常に一定の
状態を保つようにしたことを特徴としている。

この発明の一態様においては、さらに、原版側に原版と
露光装置本体との位置合わせおよび原版と被露光基板と
の位置合わせにおけるθ駆動用の原版側θステージを設
け、原版の中心と原版側θ駆動中心とのずれによる原版
をθ駆動する際の原版と被露光基板とのＸＹ誤差を前記
基調ＸＹステージを駆動して補正するようにしている。

［作用および効果］ この発明においては、被露光基板駆動用ＸＹステージの
θ姿勢を常に一定の状態に保つようにしている。例えば
、第１０図を参照して、ＸＹステージがヨーイング等に
よりθ回転を起すと２本のθ計測ビームの光路長差が変
化する。θ計測系はこの光路長差の変化よりθ回転を検
出しθ制御系が基板側θステージを駆動する等の方法に
より前記θ回転を補正する。これにより、ＸＹステージ
のθ姿勢は、第１０図に破線で示されるように、常に一
定の状態の保たれる。

したがって、被露光体と原版との位置合わせ精度に対す
るＸＹステージのθ姿勢変動による影響が軽減ないし除
去され、精度が向上する。また、Ｘ、Ｙおよびθの駆動
制御の独立性が高くなり、制御シーケンスが容易になる
。特に、被露光基板と原版との相対位置ずれのうちＸ、
Ｙ方向成分を基板側ＸＹステージで、θ方向成分を原版
側θステージで補正するようにすれば、Ｘ、Ｙおよびθ
の駆動制御の独立性がより高くなり、精度がより向上し
、制御シーケンスがより容易になる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置（ステッパ）のマスクウェハアライメン
トおよび露光ステージ部の構成を示す。同図において、
１は露光光、例えばＳＯＲから放射されるＸ線である。

２は転写すべきパターンを形成されたマスクである。３
はマスクのパターンを転写されるウェハ、４はマスク３
をその面内で回転させるためのマスクθステージ、５は
ウェハ３をその面内で回転させるためのθ粗動ステージ
、６はウェハ３をマスク２と所定のプロキシミテイギャ
ップを介して対向させる際ウェハ３を２（露光光へ向か
う方向に８勤）。

ωＸ　　（Ｘ軸回りに回転）、ωｙ　　（Ｙ軸回りに回
転）駆動するための２チルトステージ、７はウェハ３を
その面内で微小回転させるためのθ微動ステージ、８は
ウェハをＸ方向に微小駆動するためのＸ微動ステージ、
９はウェハをＹ方向に微小駆動するためのＹ微動ステー
ジ、１０はＸ粗動ステージ、１１はＹ粗動ステージであ
る。θ粗動ステージ５．Ｚチルトステージ６、θ微動ス
テージ７、Ｘ微動ステージ８、Ｙ微動ステージ９、Ｘ粗
動ステージ１０．およびＹ粗動ステージ１１はウェハス
テージ２４を構成している。

１２はマスク２上およびウェハ３上に形成されているア
ライメントマークに光を照射し、これらのマークからの
散乱光を検出するピックアップである。この実施例にお
いて、アライメントマークは、第２Ａ図に示すように、
ウェハ３上の各ショットのスクライブライン上にそのシ
ミツトの各辺の端に近接してＸＵ、ＸＤ、ＹＬ、ＹＲの
計４個が形成されている。１個のアライメントマークは
、第２Ｂ図に示すように、そのマークが配置されている
辺に平行な方向のマスターウェハ重ね合わせ誤差を検出
するためのＡＡマーク２０１およびマスク２とウェハ３
の間隔を検出するためのＡＦマーク２０２となる回折格
子が、先行プロセスにおいて半導体回路パターンととも
に形成されている。マスク２上にもこれらのウェハ３上
アライメントマークと対となる４個のアライメントマー
ク２０３，２０４が転写しようとする半導体回路パター
ンとともに金等で形成されている。

第２Ｂ図において、２０５は発光素子である半導体レー
ザ、２０６は半導体レーザ２０５から出力される光束を
平行光にするコリメータレンズ、２０７は半導体レーザ
２０５から出力されコリメータレンズ２０６で平行光と
された投光ビーム、２０８はウェハ上ＡＡマーク２０１
とマスク上ＡＡマーク２０３により構成される光学系に
よって位置ずれ情報（ＡＡ情報）を与えられたＡＡ受光
ビーム、２０９はウェハ上ＡＦマーク２０２とマスク上
ＡＦマーク２０４により構成される光学系によってギャ
ップ情報（ＡＦ情報）を与えられたＡＦ受光ビーム、２
１０はＡＡ受光ビーム２０８により形成されるＡＡ受光
スポット２１１の位置をＡＡ情報として電気信号に変換
する例えばＣＣＤ等のラインセンサであるＡＡセンサ、
２１２はＡＦ受光ビーム２０９により形成されるＡＦ受
光スポット２１３の位置をＡＦ情報として電気信号に変
換する例えばＣＯＤ等のラインセンサであるＡＦセンサ
である。

第１図の装置において、１４はマスク２とウェハステー
ジ２４とを位置合わせするためウェハステージ２４上に
設けられたマスク位置合わせ用基準マーク、１６は超平
面ミラー　１７はウェハステージ２４のＹ方向の移動量
およびＺ軸回りの傾ぎθを計測するためミラー１６に照
射されて反射されるＹ計測ビームおよびθ計測ビームで
ある。

１００は、マスクθステージ４、ウェハステージ２４お
よびピックアップ１２が組み付けられる本体フレームで
ある。

第３図は、第１図の露光装置の電気制御系の構成を示す
、第１図の装置は、ＳＯＲから水平方向のシートビーム
状に放射されるＸ線を鉛直方向に拡大して面状ビーム化
するミラーユニット、マスクとウェハをアライメントす
るアライメントユニットとアライメントされたマスクと
ウェハに前記面状Ｘ線で露光する露光ユニットとを含む
本体ユニット、ミラーユニットおよび本体ユニットの姿
勢をそれぞれ制御する姿勢制御ユニット、ならびにミラ
ーユニットおよび本体ユニットの雰囲気を制御するため
のチャンバーおよび空調ユニット等を備えている。

第３図において、３０１はこの装置全体の動作を制御す
るためのメインプロセッサユニット、３０２はメインプ
ロセッサユニット３０１と本体ユニットとを接続する通
信回線、３０３は本体側通信インターフェイス、３０４
は本体コントロールユニット、３０５はピックアップス
テージ制御部、３０７および３０６，３０８は本体ユニ
ット内で本体コントロールユニット３０４とマスクアラ
イメントおよびマスク・ウェハアライメントのマーク位
置ずれ計測をするためのファインＡＡ／Ａ　Ｆ　ｉｌＪ
御部３０９ａ、３０９ｂ、３０９ｃ。

３０９ｄとを接続する通信回線および通信インターフェ
イス、３１１および３１０，３１２は本体ユニット内で
本体コントロールユニット３０４とアライメント時の補
正駆動およびステップ移動を制御するためのステージ制
御部３１３とを接続する通信回線および通信インターフ
ェイスである。

第４図は、ステップアンドリピートの露光方式を示した
図である。説明を簡潔にするために、第１図に対し、マ
スク２の駆動手段であるマスクθステージ４、ウェハ３
の駆動手段であるウェハステージ２４、ピックアップ１
２の駆動手段であるピックアップステージ１３は省略し
ている。

同図において、１２　（１２ａ〜１２ｄ）はマスク２と
ウェハ３のアライメント用のピックアップ、４１８はマ
スク上に描かれている転写パターン、４１９は先行プロ
セスによってウェハ上に形成されている転写済パターン
、４２０はマスクをウェハステージ２４上のマスク位置
合わせ用基準マーク１４に対して合わせるためのマスク
位置合わせ用マーク、４２１は転写パターン４１８と転
写済パターン４１９を合わせるためのマスク上アライメ
ントマーク、４２２は同目的のウニへ上アライメントマ
ーク、４２３は同目的でピックアップ１２から投射され
る投光ビーム、４０１はショット間のスクライブライン
であり、このスクライブライン上にマスク上アライメン
トマーク４２１およびウェハ上アライメントマーク４２
２が描かれている。また、マスク上位置合わせ用マーク
４２０はウェハ１９３９８間スクライブライン４０１に
対応するマスク２上転写パターン４１８の各辺の外側の
略中央部に各１個ずつ計４個が設けられている。なお、
マスク上位置合わせ専用のマーク４２０は設けずにマス
クウニ八アライメント用のマスク上アライメントマーク
４２１をマスク上位置合わせに兼用することも可能であ
る。

第５図は、ステップアンドリピート露光シーケンスのフ
ローチャートである。

この露光シーケンスにおいては、まず、ステップ５０１
でウェハステージ２４にウェハを供給し、ウェハステー
ジ２４にチャッキングする。ステップ５０２ではウェハ
ステージ２４を移動してウェハ２上の２つのプリアライ
メントマークをプリアライメント光学系（図示せず）で
計測し、ウェハ２のプリアライメントを行ない、このと
きのプリアライメント補正量ΔＰＸおよびΔＰＹを記憶
する。ステップ５０３では、マスクの交換の要否を判断
する。現在チャッキングされているマスクで露光する場
合はステップ５１０に、マスクを交換して露光する場合
はステップ５０４に進む。

ステップ５０４では、現在チャッキングされているマス
クをマスクトラバーサ（不図示）を用いてマスクステー
ジ４からはずしてマスクカセット（不図示）に収納し、
露光に用いるマスクをマスクトラバーサを用いてマスク
カセットから取りだしてマスクステージ４にチャッキン
グする。そして、ステップ５０５ではメモリ内のマスク
アライメント補正量へＭＸおよびΔＭＹをクリアし、ス
テップ５０６でマスク２に描かれている４個のマスク上
アライメントマーク４２１のうちＹＲおよびＹＬの２個
を使用してマスク粗アライメントを行なう。

第６図は、マスク粗アライメント処理の詳細を示す。

第６図において、ステップ６０１ではウェハステージ２
４上のアライメントマーク（基準マーり１４）を使用し
てマスク上アライメントマーク４２１のうちＹＲマーク
の位置ずれ量ΔＸｙｒおよびΔＹｙｒの計測を行なう。

続くステップ６０２ではマスク上アライメントマーク４
２１のうちＹＬマークの位置ずれ量ΔｘｙΩおよびΔＹ
ｙΩの計測を行なう。

ステップ６０３ではＹＲマークの位置ずれ量ΔＸ　ｙｒ
、ΔＹｙｒとＹＬマークの位置ずれ量ΔＫｙｆｌ。

ΔＹｙＱとに基づいてマスク２の位置ずれ量ΔＸ。

ΔＹ、Δθを算出する。そして、ステップ６０４で位置
ずれ量Δθ分だけマスクθステージ４を駆動し、マスク
アライメント補正量ΔＭＸ、へＭＹに位置ずれ量ΔＸ、
ΔＹを加算した後、ステップ６０５に進む。ステップ６
０５ではマスク位置ずれ量Δθが粗アライメントの許容
値内か否かを判定する。許容値を外れていれば、ステッ
プ６０６に進み、マスク粗アライメントの回数カウンタ
を歩進し、この回数が予め設定されているりトライ回数
を超えたか否かを判定する。超えていれば、所定回数リ
トライしたにもかかわらずマスクのθ粗アライメントが
できなかったのであるから、露光処理を終了したり、警
報またはエラー表示を行なう等のエラー処理を行なう。

リトライ回数を超えていなければ、ステップ６０１に戻
ってステップ６０１以下のθ粗アライメントをリトライ
する。

ステップ６０５の判定においてマスク２の位置ずれ量Δ
θが粗アライメントの許容値内であればこのマスク粗ア
ライメント処理を終了して第５図のステップ５０７に進
む。

第５図のステップ５０７ではウェハステージ２４上の基
準マーク１４とマスク２上の４偲のアライメントマーク
４２１　　（ＸＵ、ＸＤ、ＹＬ。

ＹＲ）とを使用してマスク微アライメントを行なう。

第７図は、マスク微アライメント処理の詳細を示す。

第７図において、ステップ７０２ではウェハステージ２
４上のアライメントマーク１４を使用してマスク上アラ
イメントマーク４２１のうちＹＲマークの位置ずれ量Δ
Ｙｙｒを計測する。また、ステップ７０３〜７０５では
それぞれマスク上ＹＬマークの位置ずれ量ΔＹｙΩ、マ
スク上ＸＬＩマークの位置ずれ量ΔＸｘｕおよびマスク
上ＸＤマークの位置ずれ量ΔＸｘｄを計測する。

次のステップ７０６では各マークの位置ずれ量ΔＹ　ｙ
ｒ、ΔＹ　ｙＱ、ΔＸｘｕおよびΔＸｘｄに基づいてマ
スク２の位置ずれ量ΔＸ、ΔＹ、Δθを算出する。そし
て、ステップ７０７で位置ずれ量Δθ分だけマスクθス
テージ４を駆動し、かつマスクアライメント補正量ΔＭ
Ｘ、ΔＭＹにΔＸ、ΔＹを加算した後、ステップ７０８
に進む。ステップ７０８ではマスク位置ずれ量ΔＸ、Δ
Ｙ、Δθがマスクアライメントの許容値内か否かを判定
する。許容値を外れていれば、ステップ７０９に進み、
マスク微アライメントの回数が予め設定されているりト
ライ回数を超えたか否かを判定する。

超えていれば、所定回数リトライしたにもかかわらずマ
スクの微アライメントができなかったのであるから、露
光処理を終了したり、警報またはエラー表示を行なう等
のエラー処理を行なう。リトライ回数を超えていなけれ
ば、ステップ７０２へ戻り、上述したステップ７０２以
下の処理を繰り返す。

ステップ７０８の判定においてマスク位置ずれ量ΔＸ、
ΔＹ、Δθがマスクアライメントの許容値内であれば、
このマスク微アライメント処理をを終了して第５図のス
テップ５０８に進む。

第５図のステップ５０８ではマスクアライメント補正量
ΔＭＸおよびΔＭＹをマスク中心ずれΔＣＸおよびΔＣ
Ｙとしてセットし、マスクウェハアライメント補正量Δ
ＷＸおよびΔＷＹをクリアした後ステップ５１０に進む
。

ステップ５１０では、プリセットされたショットの座標
値（Ｘ　ｓｎ、　Ｙ　ｓｎ）にプリアライメント補正量
ΔＰｘ、ΔＰＹとマスクアライメント補正量ΔＭＸ、Δ
ＭＹとマスクウェハアライメント補正量ΔＷＸ、ΔＷＹ
に応じた補正を施した位置にウェハステージ２４をステ
ップ移動する。次に、ステップ５１１でウェハ上のアラ
イメントマーク４２２　（ＹＲ，ＹＬ、Ｘｌ、ＸＤ）と
マスク上のアライメントマーク４２１　　（ＹＲ，ＹＬ
、ＸＵ。

ＸＤ）を使用してマスクウェハアライメントを行なう。

第８図は、マスクウェハアライメント処理の詳細を示す
。

第８図において、ステップ８０１ではウェハ上アライメ
ントマークのうちのＹＲマーク４２２とマスク上アライ
メントマークのうちのＹＲマーク４２１との位置ずれ量
ΔＹｙｒを計測するマスクウェハアライメントマーク計
測処理を行なう、また、ステップ８０２〜８０４ではそ
れぞれウェハ上およびマスク上アライメントマークのう
ちＹＬマーク、ｘＵマークおよびＸＤマークについてそ
れらの各ずれ量ΔＹｙΩ、ΔＸｘｕおよびΔＸｘｄを計
測する。

ステップ８０５では上記位置ずれ量ΔＹｙｒ、Δｙ　ｙ
ｕ、ΔＸｘｕおよびΔＸｘｄがそれぞれマスクウェハア
ライメントの許容値内か否かを判定する。

許容値を外れていれば、ステップ８０６へ進み、マスク
ウェハアライメントの回数が予め設定されているりトラ
イ回数を超えたか否かを判定する。

超えていれば、所定回数リトライしたにもかかわらずマ
スクウェハアライメントができなかったのであるから、
そのショットの露光処理を終了して第５図のステップ５
１３の処理へ進んだり、警報またはエラー表示を行なう
等のエラー処理を行なう。リトライ回数を超えていなけ
れば、ステップ８０７へ進み、各マークの位置ずれ量Δ
Ｙｙｒ、ΔＹｙρ、ΔＸｘｕおよびΔＸｘｄに基づいて
マスク２とウェハ３との位置ずれ量ΔＸ、ΔＹ、Δθを
求める。続くステップ８０８ではマスク２の中心とマス
クθステージ４の中心とのずれ量ΔＣＸΔＣＹによるマ
スク中心Ｘ、Ｙずれ量ΔＸｅ。

ΔＹｅを求めてΔＣＸ、ΔＣＹに加える。このマスク中
心Ｘ、Ｙずれ量ΔＸ１ｆｌ＋　Δｙｅは、下式により求
めることができる。ここで（ＭＸ、ＭＹ）および（ＭＸ
’　、ＭＹ’　）は、第９図を参照して、マスクθステ
ージ４の中心を原点とする任意の直交座標系におけるマ
スク２の中心のΔθ補正前および補正後の位置座標であ
る。

ＭＸ’　＝ＭＸ　ｃｏｓθ−ＭＹｓｉｎθＭＹ’　＝Ｍ
Ｘ　ｓｉｎθ＋ＭＹｃｏｓθΔｘｅ＝ＭＸ’　−ＭＸ ΔＹｅ＝ＭＹ’　−ＭＹ ステップ８０８の処理を終了すると、ステップ８０９へ
進む。ステップ８０９ではマスクθステージ４を位置ず
れ量６０分だけ駆動するとともに、位置ずれ量ΔＸとΔ
ＸθおよびΔＹとΔＹｅに対しウェハステージ２４で補
正駆動する。そして、ステップ８１０でマスクウェハア
ライメント補正量ΔＷＸ、ΔＷＹに位置ずれ量ΔＸとΔ
ｘｅおよびΔＹとΔＹｅを加えた後、ステップ８０１に
戻り、上述したステップ８０１以下の処理を繰返す。

一方、ステップ８０５の判定においてウェハ３とマスク
２におけるＹＲ，ＹＬ、ＸＵおよびＸＤ各アライメント
マーク対の位置ずれ量ΔＹｙｒ、ΔＹｙｕ、ΔＸｘｕお
よびΔＸｘｄΔθがマスクウェハアライメントの許容値
内であればこのマスクウェハアライメント処理を終了し
て第５図のステップ５１２に進む。

第５図のステップ５１２ではショット露光を行ない、続
くステップ５１３では同一ウェハ上に次に露光すべきシ
ョットがあるか否かを判定する。

露光すべきショットがあればステップ５０３に戻って上
述したステップ５０３以下の処理を繰り返し、次のショ
ットが無ければステップ５１４にてウェハステージ２４
上のウェハを回収した後、ステップ５０１に戻り、次の
ウェハについて上述したステップ５０１以下の処理を繰
り返す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係るステップアンドリ
ピート露光装置の要部構成図、第２Ａ図および第２Ｂ図
は、ウェハ上アライメントマークおよびマスク上アライ
メントマークの説明図、 第３図は、第１図の露光装置の制御系のハードウェア構
成図、 第４図は、ステップアンドリピート露光方式の説明図、 第５図は、ステップアンドリピート露光シーケンスの１
バッチ分のフローチャート、 第６図は、第５図ステップ５０６のマスク粗アライメン
ト処理の内容を記したフローチャート、第７図は、第５
図ステップ５０７のマスク微アライメント処理の内容を
記したフローチャート、第８図は、第５図ステップ５１
１のマスクウェハアライメント処理の内容を記したフロ
ーチャート、 第９図は、マスクウニへ〇位置ずれ補正時のマスク中心
ずれの様子を示す説明図、そして、第１０図は、ＸＹス
テージのヨーイングによるマスクウェハ位置ずれの説明
図である。 １：Ｘ線（露光光） ２：マスク（原版） ３：ウェハ（被露光基板） ４：マスクθステージ ８：ｘ微動ステージ ９：Ｙ微動ステージ １０；ｘ粗動ステージ １１：Ｙ粗動ステージ １２　（１２ａ　〜１２ｄ）　：ピックアップ１３：ピ
ックアップステージ ２４：ウェハステージ ３０４：本体コントロールユニット ３０５：ビックアップステージ制御部 ４２０ニマスク上マスクアライメントマーク４２１　　
（ＸＵ、ＸＤ、ＹＲ，ＹＬ）：ウェハ上アライメントマ
ーク ４２２　（ＸＵ、ＸＤ、ＹＲ，ＹＬ）：マスク上アライ
メントマーク ４２３：投光ビーム １００１：ステージ座標系。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原版と被露光基板とを対向させて焼付を行なう露
   光装置において、 被露光基板駆動用の基板側ＸＹステージと、該ＸＹステ
   ージのθ姿勢を計測するθ姿勢計測手段と、 該θ姿勢計測手段の出力に基づいて前記ＸＹステージの
   θ姿勢が常に一定の状態を保つように制御するθ姿勢制
   御手段と を具備することを特徴とする露光装置。
2. （２）さらに、前記原版をθ駆動するための原版側θス
   テージと、 原版と露光装置本体および原版と被露光基板とを位置合
   わせするために該原版をθ駆動する際、原版の中心と原
   版側θ駆動中心とのずれにより生じる原版と被露光基板
   とのＸＹ方向の誤差を前記基板側ＸＹステージを駆動し
   て補正する補正手段と を具備する前記請求項１記載の露光装置。