JPH03185808A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、マスク等の原版の像を半導体ウニ八等の被
露光基板上に高精度に焼付転写する露光装置に関する。

［従来の技術］ 半導体集積回路は、近年、ますます高集積化が進められ
ており、それを製造するための露光装置（アライナ）も
転写精度のより高いものが要求されている。例えば、２
５６メガビツトＤＲＡＭクラスの集積回路では、線幅０
，２５ミクロン程度のパターンの焼付を可能にする露光
装置が必要となる。

このような超微細パターン焼付用の露光装置として軌道
放射光（ＳＯＲ−Ｘ線）を利用していわゆるプロキシミ
ティ露光を行なうものが提案されている。

この軌道放射光は、水平方向に均一なシートビーム状で
あるため、面を露光するために、■マスクとクエへとを
鉛直方向に移動して水平方向のシートビーム状Ｘ線で面
走査するスキャン露光方式、 ■シートビーム状Ｘ線を揺動ミラーで反射してマスクと
ウェハ上を鉛直方向に走査するスキャンミラー露先方式
、および ■反射面が凸状に加工されたＸ線ミラーによって水平方
向のシートビーム状Ｘ線を鉛直方向に完敗させて露光領
域全体に同時に照射する一括露光方式 等が提案されている。

本発明者等は、この−括露光方式に係るＸ線露光装置を
発案し、先に特願昭６３−７１０４０号として出願した
。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、このようなプロキシミテイ露光装置において
は必ずしも所期の露光精度が得られないという不都合が
あった。これは以下の理由による。すなわち、この種の
露光装置において、各ショットの面の光軸方向の位置情
報（ＡＦ情報）は４辺上のものしか得られない。また、
ウェハはどれも完全な平面ではなく、多少のうねりをも
っている。しかし、従来の露光装置においては、ショッ
ト内部の面形状が分からないため、必ずしもショット全
面に対して最適な露光面（またはピント位置）に合わせ
られず、これが露光精度劣化の要因となっていた。

この発明は、上述の従来形における問題点に鑑みてなさ
れたもので、露光精度のより高い露光装置を提供するこ
とを目的とする。

［課題点を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため、この発明では、被露光基板
の表面の複数のショットに原版の像を順次露光するステ
ップアシドリピート方式の露光装置において、露光に先
立って複数のショットにおける被露光基板表面の光軸方
向の位置を検出するＡＦ検出手段と、このＡＰ検出手段
の検出値に基づいて前記被露光基板表面全体の面形状を
算出する演算手段と、この算出された面形状に基づいて
各ショットの最適露光平面を決定する手段と、各ショッ
トごとにそのショットの露光前にそのショットの最適露
光平面を所定の露光基準面に一致させるべく前記被露光
基板を駆動するＡＦ駆動手段とを具備することを特徴と
している。

この発明の一態様においては、さらに、前記算出された
面形状に基づいて各ショット内の曲率をチェックする手
段と、この曲率が所定値を超えるショットは露光を禁止
する手段とを具備する。

［作用］ 上記構成によれば、露光前に被露光基板表面全体の面形
状が算出され、この面形状に基づいて各ショットの最適
露光平面が決定され、この決定値ショットの最適露光平
面が決定され、この決定値に従って各ショットの最適露
光平面を理想露光平面（結像面）に一致させて露光が行
なわれる。これにより、ショットごとにショット全面と
して最適な露光が行なわれ、露光精度が向上する。

また、前記算出された面形状に基づいて各ショット内の
曲率をチェックし、この曲率が所定値を超えるショット
は露光しないようにすることによって、無駄な処理が省
かれてスルーブツトの向上に役立つ。

［効果］ 以上のように、この発明によれば、露光精度が向上する
。また、算出された面形状に基づいて各ショット内のう
ねりをチェックし、所定の露光精度が期待できない程の
うねりがある場合にはそのショットの焼き付けを行なわ
ないようにすることによってスルーブツトの向上を図る
ことができる。

［実施例］ 第１図ＡおよびＢは、この発明の一実施例に係るステッ
プアシ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分の構成を示す断面
図および平面図である。同図において、８はパターン４
１８を有する′マスクであり、１６は露光光、例えばＳ
ＯＲから放射されるＸ線である。また、１はマスク８の
パターン４１８を転写されるウェハ、２はウェハ１をマ
スク８と所定のプロキシミティギャップを介して対向さ
せる際ウェハ１を２（露光光１６の光軸方向へ移動）、
ωｘ　　（Ｘ軸回りに回転）、ωｖ　　（Ｙ軸回りに回
転）駆動するためのＺチルトステージ、３はＺチルトス
テージ２の駆動源であるピエゾ素子、１７はＺチルトス
テージ２の変位（Ｚ。

ωＸ、ωＹ）を計測するための変位センサである静電セ
ンサ、４はウェハ１をその面内で回転させるためのウェ
ハθステージ、５はウェハ１をＸ方向に駆動するための
ウェハＸステージ、６はウェハ１をＹ方向に駆動するた
めのウェハＸステージ、７はこれらのＺチルトステージ
２、ウェハθステージ４、ウェハＸステージ５およびウ
ェハＸステージ６等で構成されるウェハステージ２４が
組み付けられるウェハステージベースである。

また、９はマスク８を着脱自在に保持するマスクチャッ
ク、１０はマスク８をその面内で回転させるためのマス
クθステージ、１１はこれらのマスクチャック９および
マスクθステージ１０等で構成されるマスクステージが
組み付けられるマスクステージベースである。

１２はマスク８上およびウェハ１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１上の各ショットのスクライプライン上にそのシ
ョッ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せ誤差を検出す
るためのＡＡマーク２０１となる回折格子およびマスク
８とウェハ１の間隔を検出するためのＡＦマーク２０２
となる無地領域が、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８土にもこれら
のウェハ１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、２０Ｂ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等のラインセンナである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ＣＣ’Ｄ等のラインセンサであるＡＦセン
サである。

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
するよラーユニット、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線を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／ＡＦ制御部３０
９ａ、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、ステップアシ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８の駆動手段であるマスクθステージ１０．ウェハ
１の駆動手段であるウェハステージ２４等は省略してい
る。

同図において、１２　（１２ａ〜１２ｄ）はマスク８と
ウェハ１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
合せ用基準マーク（不図示）に対して合せるためのマス
ク位置合せ用マーク、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は同目的のウェハ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ウェハ上アライメント
マーク４２２が描かれている。また、マスク上位置合せ
用マーク４２０はウェハ上９４９１間スクライプライン
４０１に対応するマスク８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
。

第１図の装置においては、マスクとウニへ間のギャップ
を所定の露光ギャップに設定するＺ軸方向および軸回転
（ω×、ωＹ）の位置合わせであるＡＦと、マスクとウ
ェハの面方向（ｘ、ｙ。

θ）の位置合わせであるＡＡとの２種類の位置合わせを
行なう。ここでは、ＡＦとして、ウェハ全体について予
めマスクとの間隔を計測し、その計測情報に基づいて各
ショットのギャップ合わせを行なう、いわゆるグローバ
ルアライメントを採用しており、また、ＡＡとしては、
各ショットごとに位置ずれ計測および位置合わせを行な
う、いわゆるダイバイダイアライメントを採用している
。

この実施例のグローバルＡＦアライメントは、−船釣な
ウェハのうねりを多項式で近似表現する。多項式として
は、例えば双３次式 （但し、Ａは４行４列の行列式） ％式％ 先ず、露光前に数ショット（パラメータＡを決定するに
足りる数〉でＡＦ計測を行ない、上記の式に代入して未
知パラメータＡ１つまりウェハ全面の近似曲面を決定す
る。次に、この近似曲面より各ショットでショット全面
におけるピントずれが最小になるように各ショットの最
適露光平面を決定し、ステップアシドリピート時、各シ
ョットごとの露光前そのショットの最適露光平面が露光
基準面（または結像面）と一致するようにクエへを補正
駆動する。なお、上記各ショットの最適露光平面決定の
際、ピントずれが所定のトレランス値よりも大きくなっ
てしまったショットに対しては、露光精度が保証できな
いとして、露光をしない。

第５図のフローチャートを参照しながら第１図の装置の
動作を説明する。

この装置は、ウェハステージ２４にウェハが供給されて
チャッキングされ、ウェハ全体としてのプリアライメン
トを終了すると、第５図ステップ５０１以下の処理を開
始する。まず、ステップ５０１ではウェハステージ２４
を移動してウェハｌ上のグローバルＡＦ計測ショットを
ＡＦ計測位置に移動する。このグローバルＡＦ計測ショ
ットとしては、第６図に斜線を付して示すようにウェハ
１上の露光ショットのうちからウェハ全体で均一となる
ように抽出された前記パラメータＡを決定するに充分な
数のショット６１が予めキー人力等の手段で指定されて
いるものとする。

ステップ５０２では、そのショットのＡＦ計測を行なう
。すなわち、第４図に示されるように、マスク８とウェ
ハ１が対向して支持された状態で、ピックアップ１２ａ
〜１２ｄから投光ビーム４２３を投射して各々対応する
マスク上アライメントマーク４２１とウェハ上アライメ
ントマーク４２２を通してマスクとウェハ間のギャップ
を測定する。そして、４つのピックアップから得られた
各計測値のデータを記憶する。

ステップ５０３では、設定された計測ショット全数につ
いてＡＦ計測を終了したか否かを判定する。終了してい
なければステップ５０１に戻り、次の計測ショットにつ
いてＡＦ計測を行なう。

方、終了していればステップ５０４へ進み、記憶してい
る全ＡＦ計測データに基づいてウェハ全面の面形状を把
握する。この面形状把握とは、上述のようにウェハ全面
の近似曲面を求めることである。第７図Ａは理想的なり
工への表面形状を、第７図Ｂは一般のウェハの表面形状
を示す。

ステップ５０５では把握した面形状に基づいて各露光シ
ョットの最適露光平面を算出する。

この最適露光平面は各ショットでショット全面における
ピントずれが最小になるような平面８１（第８図Ｂ）で
ある。また、上記最適露光平面算出の際、曲率が所定値
を超えるショットは露光不可能として露光シーケンスか
ら除外しておく。このように露光精度が保証されず不良
となる可能性が極めて高いショットの露光を省くことに
よって、スルーブツトを向上させることができる。

次に、ステップ５０６〜５１０の露光シーケンスを実行
する。すなわち、ステップ５０６ではウェハステージ２
４を移動してウェハ１上の露光シーケンス対象ショット
の１つ（以下、現ショットという）を露光位置に移動す
る。ステップ５０７では現ショットの最適露光平面がマ
スクからＡＡギャップだけ離れた位置、つまり露光基準
面の位置に来るようにウェハをＺおよびチルト駆動する
。さらに、ステップ５０８でＡＡ計測およびこのＡＡ計
測結果に基づ＜Ｘ、Ｙ、θの補正駆動を行なってマスク
とクエへとの平面方向の位置合わせ（ＡＡ）を行なった
後、ステップ５０９で現ショットの露光を行なう。

これにより、現ショットにおけるショット内の露光面８
２の露光基準面８１からの最大ずれ量Δｇ□１を、第８
図ＡＮＤに示されるように、ショット周辺のＡＰ計測値
のみから求めたウニへ面を理想露光平面８１に一致させ
る従来例におけるずれ量Δｇ　ｍａｘ２より格段に小さ
くすることができる。すなわち、露光精度の向上を図る
ことができる。

続くステップ５１０では露光シーケンス対象ショット全
数のショット露光を終了したか否かを判定する。終了し
ていなければステップ５０６に戻り、次の露光シーケン
ス対象ショットについてステップ５０６〜５１０の露光
シーケンス処理を繰り返す。

［発明の適用範囲］ なお、上述においては、主に、この発明を一括露光方式
の５ＯＲ−Ｘ線プロキシミティステッパに適用する例に
ついて説明したが、この発明のいわばグローバルＡＦ方
式は、上述の例に限らず通用できることは明らかである
。

例えば、露光方式は、−括露光方式の以外のスキャン露
光方式またはスキャンミラー露先方式であってもよい、
また、露光光源は、５ＯＲ−Ｘ線以外のＸ線、さらには
エキシマレーザ光なとの遠紫外線や水銀等のｇ線のよう
な近紫外線であってもよい。さらに、この発明は、マス
ク（レチクル）とウェハを光学系を介して対向させる投
影露光装置にも適用可能である。

【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シドリ
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図のアライメント装置の制御系のハード
ウェア構成図、 第４図は、ステップアシドリピート露光方式の説明図、 第５図は、ステップアシドリピート処理を表わすフロー
チャート、 第６図は、第５図のフローチャートにおけるＡＦ計測シ
ョットの説明図 第７図ＡおよびＢは、それぞれ理想クエへの面形状およ
び一般的なウェハの面形状の一例を示す説明図、そして 第８図Ａ−Ｄは、従来のＡＰとこの発明のＡＦとを比較
するための説明図である。 １：ウェハ（被露光基板） ２：ｚチルトステージ ８：マスク（原版） １２　（１２ａ〜１２ｄ）　：ピックアップ１６：Ｘ線
（露光光） ２４：ウェハステージ ６１　：ＡＦ計測ショット ８１：理想露光平面（および最適露光平面）８２：ウェ
ハ表面（露光表面） ３０４：本体コントロールユニット ４２２　（ＸＵ、ＸＤ、ＹＲ，ＹＬ）：ウェハ上アライ
メントマーク ４２１　　（ＸＵ、　　ＸＤ、　　ＹＲ。 ＹＬ） ：マスク上 アライメントマーク ４２３：投光ビーム 特許出願 代　　理 代理 キャノン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステップアシドリピート方式の露光装置において
   、 露光に先立って複数のショットにおける被露光基板表面
   の光軸方向への位置を検出するＡＦ検出手段と、 このＡＦ検出手段の検出値に基づいて前記被露光基板表
   面全体の面形状を算出する演算手段と、この算出された
   面形状に基づいて各ショットの最適露光平面を決定する
   手段と、 各ショットごとにそのショットの露光前にそのショット
   の最適露光平面を所定の露光基準面に一致させるべく前
   記被露光基板を駆動するＡＦ駆動手段と を具備することを特徴とする露光装置。
2. （２）さらに、前記算出された面形状に基づいて各ショ
   ット内の曲率をチェックする手段と、この曲率が所定値
   を超えるショットは露光を禁止する手段とを具備する請
   求項１記載の露光装置。