JPH03293714A - 露光方法および露光装置 - 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、半導体装置の製造において、フォトリソグ
ラフィ工程等に用いられる露光方法および露光装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の製造方法は、半導体基板に形成する
パターンの微細化が進み、レチクル基板のパターンを半
導体基板に投影するためのレチクル基板の位置と半導体
基板の位置とを正確に重ね合わせる許容範囲が小さくな
り、ますます技術的難度が高まってきている。その中で
、縮小投影ステップアンドリピート露光装置による露光
方法が現在のところでは最も重ね合わせ精度の高い露光
方法の一つである。

第６図ないし第８図により従来の露光方法を説明する。

第６図は、縮小投影露光装置の概略斜視図である。合わ
せマーク５２．５３を設けたレチクル基板５１の側部下
方に位置合わせ装置５４が配置されている。そして、レ
チクル基板５１の下方にはレンズ室圧調整装置６０を取
付けた投影レンズ５５が配置されている。さらに、投影
レンズ５５の下方には半導体基板５７が載置され、レー
ザ干渉計５８によりその位置が決定されるステージ５６
が配置されている。

つぎに、レチクル基板５１の位置と半導体基板５７の位
置とを重ね合わせる手順を第８図のフローチャートによ
り説明する。

手順１：所定の位置にレチクル基板５１をセ・ン卜する
。

手順２ニレチクル基板５１のＸ軸方向、Ｙ軸方向および
回転方向は、レチクル基板５１に設けた合わせマーク５
２．５３の位置を位置合わせ装置５４で読み取ることに
より位置計測を行いレチクル基板５１の位置が決定され
る。

手順３：レーザ干渉計５８を備えたステージ５６の上へ
半導体基板５７をセットする。

手順４：ステージ５６をセ・ントシた半導体基板５７の
合わせマーク６２（第７図）の位置計測を行う。

手順５：半導体基板５７の歪を算出する。この歪の算出
は、第７図に示す半導体基板５７０表面の合わせマーク
６２の数点を選択し半導体基板５７の歪の状態を十分に
知り得る。

手順６：ステップアンドリピート露光によりレチクル基
板５１のレチクル像を一定の縮小率で半導体基板５７に
転写する。

なお、この縮小投影露光装置は、レンズ室圧調整装置６
０により投影レンズ５５の内部の空気の圧力を調整して
縮小率の補正をする機能を備えており、外気圧の変動に
関係なく一定の縮小率を保持することができる。

［発明が解決しようとする諜Ｂ］ しかしながら上記のような方法では、環境温度変化およ
びレチクル基板５１の光エネルギの吸収によるレチクル
基板５１の歪および伸縮による投影像の製造誤差を補正
することは困難であり、重ね合わせにずれが発生する原
因となっている。また、レンズ室圧調整装置６０による
投影レンズ５５の内部の空気圧力を調整する方法だけで
は補正量に限界があるとともに、補正に要する時間も長
くかかった。

この発明の目的は、上記の問題点を解決するもので、レ
チクル基板の歪に対応し、非常に高い重ね合わせ精度が
得られる露光方法および露光装置を従供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の請求項（１）の露光方法は、縮小投影ステッ
プアンドリピート露光装置による半導体基板の露光方法
において、レチクル基板の合わせマークの位置計測を行
い、この位置計測の結果から前記合わせマークの設計値
を基準にして前記レチクル基板の伸縮率（Ｒ）を求め、
この伸縮率（Ｒ）から縮小投影倍率を補正した後、前記
レチクル基板と前記半導体基板との位置合わせを行い露
光することを特徴とするものである。

請求項（２）の露光方法は、請求項（１）記載の露光方
法において、前記半導体基板に投影される前記レチクル
基板の像の合わせマークの位置計測を行い、この計測値
の結果から求めた前記半導体基板の像の伸縮率（Ｗ）と
前記レチクル基板の伸縮率（Ｒ）とから縮小投影倍率を
補正することを特徴とするものである。

請求項（３）の露光方法は、縮小投影ステップアンドリ
ピート露光装置による半導体基板の露光方法において、
内部の空気の圧力を調整する圧力調整装置を設けた投影
レンズと、均厚な光透過性基板とを、レチクル基板と前
記半導体基板との間に設けて縮小投影倍率を補正した後
、前記レチクル基板と前記半導体基板との位置合わせを
行い露光することを特徴とするものである。

請求項（４）の露光装置は、縮小投影ステップアンドリ
ピート露光装置において、内部の空気の圧力を調整する
圧力調整装置を設けた投影レンズと、相互に厚みが異な
り個別に進退可能な複数枚の均厚な光透過性基板とを、
レチクル基板と前記半導体基板との間に設けたことを特
徴とするものである。

〔作用〕

この発明の請求項（１）の構成によると、レチクル基板
の合わせマークの位置計測を行い、この位置計測の結果
から合わせマークの設計値を基準にしてレチクル基板の
伸縮率（Ｒ）を求め、この伸縮率から縮小投影倍率を補
正した後、レチクル基板と半導体基板との位置合わせを
行い露光するので、投影像の縮小倍率を微妙に調整する
とともにレチクル基板の歪に対応して投影像を半導体基
板に転写することができる。

請求項（２）の構成によると、レチクル基板の合わせマ
ークの位置計測と半導体基板に投影される像の合わせマ
ークの位置計測とを行い、この各計測値の結果から求め
たレチクル基板の収縮率（Ｒ）と半導体基板に投影され
る像の収縮率（Ｗ）とから縮小投影倍率を補正した後、
レチクル基板と半導体基板との位置合わせを行い露光す
るので、投影像の縮小倍率を微妙に調整するとともにレ
チクル基板の歪に対応して投影像を半導体基板に転写す
ることができる。

請求項（３）の露光方法の構成によると、内部の空気の
圧力を調整する圧力調整装置を設けた投影レンズと、均
厚な光透過性基板とを、レチクル基板と半導体基板との
間に設けて縮小投影倍率を補正した後、レチクル基板と
半導体基板との位置合わせを行い露光するので、投影像
の縮小倍率を微妙に調整することができるとともにレチ
クル基板の歪に対応して投影像を半導体基板に転写する
ことができる。

請求項（４）の露光装置の構成によると、内部の空気の
圧力を調整する圧力調整装置を設けた投影レンズと、相
互に厚みが異なり進退可能な複数枚の均厚な光透過性基
板とをレチクル基板と半導体基板との間に設けることに
より、レチクル基板の歪に対応して適正な厚みの光透過
性基板を選択でき、縮小投影倍率を微妙に補正して調整
することかできる。

〔実施例〕

この発明の露光方法の第１の実施例を第１図および第２
図に基づいて説明する。

第１図は縮小投影露光装置の概略斜視図である。

周辺に伸縮率計測用マーク２を設けたレチクル基板１の
側部下方に位置合わせ装置３が配置されている。そして
、レチクル基板１の下方にはレンズ室圧調整装置９を取
付けた縮小投影レンズ４が配置されている。さらに、縮
小投影レンズ４の下方には半導体基板７を載置してレー
ザ干渉計５によりその位置を決定するステージ６が配置
されている。

つぎに、レチクル基板１の位置と半導体基板７の位置と
を重ね合わせ露光する手順を第２図のフローチャートに
より説明する。

手順１：所定の位置にレチクル基板１をセットする。

手順２ニレチクル基板１のＸ軸およびＹ軸と回転方向と
をレチクル基板１に設けた合わせマーク８ａ、８ｂの位
置を位置合わせ装置３で読み取る。

手順３：ダミー露光を行いレチクル基板１に一定の光量
を吸収させる。

手順４ニレチクル基板１の周辺に設けた伸縮率計測用マ
ーク２の位置を計測する。

手順５：手順４で計測した伸縮率計測用マーク２の位置
と手順２で読み取った合わせマーク８ａ。

８ｂの位置とを比較することによりレチクル基板１の伸
縮率Ｒを算出する。

手順６；上記のダミー露光から伸縮率Ｒの算出までの手
順３〜５を繰り返し行う。

手順７：繰り返し算出して安定状態に至る伸縮率Ｒの値
をもとめる。

手順８ニスチーシロの上へ半導体基板７をセ・ン卜する
。

手順９ニスチーシロにセットした半導体基板７の合わせ
マーク（第７図の符号６２に対応する合わせマーク）の
位置を計測する。

手順１０：半導体基板７の歪を算出する。

手順１１ニレチクル基板１の収縮率Ｒに基づいて縮小投
影レンズ４の縮小倍率を補正する。

手順１２ニステンプアンドリピート露光を行いレチクル
基板１のレチクル像を半導体基板７の表面に転写する。

このように、レチクル基板１の伸縮率Ｒに基づき縮小倍
率を補正した後、レチクル基板１のレチクル像を半導体
基板７に転写することができるので、レチクル基板１の
伸縮による歪に対応し、高い重ね合わせ精度でレチクル
基板１のレチクル像を転写することができる。

つぎに、前述の実施例１と同じ縮小投影露光装置（第１
図）でレチクル基板１の位置と半導体基板７の位置とを
重ね合わせ露光する第２の実施例の手順を第３図のフロ
ーチャートにより説明する。

手順１から手順１０までは前述の実施例１と同様の手順
を行う。

手順１１：半導体基板７に投影された１シヨツト領域中
に表れる伸縮率計測用マーク２の複数個の投影像１０（
第１図）の位置を計測する。

手順１２：複数の投影像１０の位置計測から半導体基板
７に投影されるレチクル基板１の像の収縮率Ｗを算出す
る。

手順１３ニレチクル基板１の収縮率Ｒと半導体基板７に
投影される像の収縮率Ｗとに基づいて縮小投影レンズ４
の縮小倍率を補正する。

手順１４ニステップアンドリピート露光を行いレチクル
基板１のレチクル像を半導体基板７の表面に転写する。

このように、レチクル基板１の伸縮率Ｒおよび投影され
る像の収縮率Ｗに基づき縮小倍率を補正した後、レチク
ル基板１のレチクル像を半導体基板７に転写することが
できるので、半導体基板７の歪やレチクル基板１の伸縮
はもとより半導体基板７の伸縮の誤差や工程途中でレチ
クル基板１をセットするときに発生する誤差にも対応し
、非常に高い重ね合わせ精度でレチクル基板１のレチク
ル像を転写することができる。

第３の実施例を第４および第５図に基づいて説明する。

第４図は縮小投影露光装置の概略側面図である。

水銀ランプ１１の下方にコンデンサレンズ１２が配置さ
れている。そして、その下方には裏面にレチクルパター
ン１３を形成したレチクル基板１が配置されている。さ
らにその下方には光透過性基板１４が配置され、光透過
性基板１４の下方には実施例１．２と同しレンズ室圧調
整装置９を取付けた縮小投影レンズ４ならびに半導体基
板７を載置したステージ６が配置されている。

なお、光透過性基板１４は、第５図（ａ）、　（ｂ）に
示すようにフレーム１６で周辺を固定された均厚性が良
い無欠陥の極薄の硝子またはニトロセルロースからなる
複数枚の薄膜であり、相互に厚みが異なり各光透過性基
板１４の一角部が回動軸１５で回動により進退自在に支
持されている。そして、必要に応じて所定の厚さの光透
過性基板１４を第４図に示すようにレチクル基ＦｉＩと
縮小投影レンズ４との間に回動により進退移動して配置
することができる。

このような構成において、レチクル基Ｆｉ１を透過した
像の光は、光透過性基板１４の厚さに対応して拡大補正
されて縮小投影レンズ４に導かれた後、ステージ６の上
に載置した半導体基板７の上に転写される。

このように、レチクル基Ｆｉ、１と縮小投影レンズ４と
の間に必要応して厚さの異なる光透過性基板１４を回動
して配置することにより、レチクル基板ｌを透過した投
影像の光を光透過性基板１４の厚さに対応して拡大補正
することができるので、より広範囲の縮小投影露光の倍
率の補正が可能となるとともに、補正に要する時間を短
縮することができる。

〔発明の効果〕

この発明の請求項（１）の露光方法は、レチクル基板の
伸縮率（Ｒ）に基づき縮小倍率を補正した後、レチクル
基板の像を半導体基板に転写することができるので、レ
チクル基板の伸縮に対応し、高い重ね合わせ精度で像を
転写することができる。

請求項（２）の露光方法は、レチクル基板の伸縮率（Ｒ
）および投影されるレチクル基板の像の収縮率（Ｗ）に
基づき縮小倍率を補正した後、レチクル基板の像を半導
体基板に転写することができるので、レチクル基板の伸
縮はもとより半導体基板の伸縮の誤差や工程途中でレチ
クル基板をセ・ノドする°ときに発生する誤差にも対応
し、非常に高い重ね合わせ精度で像を転写することがで
きる。

請求項（３）の露光方法は、レチクル基板と半導体基板
との間に圧力調整装置を設けた投影レンズと均厚な光透
過性基板とを配置してレチクル基板を透過した像の光を
光透過性基板の厚さに対応して拡大補正することができ
るので、より広範囲の縮小投影露光の倍率の補正が可能
となるとともに、補正に要する時間を短縮することがで
きる。

請求項（４）の露光装置は、内部の空気の圧力を調整す
る圧力調整装置を設けた投影レンズと相互に厚みが異な
り進退可能な複数枚の光透過性基板とをレチクル基板と
半導体基板との間に設けたことにより、レチクル基板の
歪に対応して縮小投影倍率を微妙に補正して調整するこ
とができるので、より広範囲の縮小投影露光の倍率の補
正が可能となるとともに、補正に要する時間を短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の露光方法および露光装置の第１の実
施例の縮小投影露光装置の概略斜視図、第２図はその露
光方法を説明するフローチャート、第３図は第２の実施
例の露光方法を説明するフローチャート、第４図は第３
の実施例の縮小投影露光装置の概略側面図、第５図（ａ
）はその光透適正基板の平面図、第５図（ｂ）はその正
面図、第６図は従来の縮小投影露光装置の概略斜視図、
第７図は半導体基板の平面図、第８図は従来の露光方法
を説明するフローチャートである。 １・・・レチクル基板、２・・・伸縮率計測用マーク、
４・・・縮小投影レンズ、 ７・・・半導体基板、 １４・・・光 透過性基板 第 図 し ＼ Ｏ紋ｆｌりｔ 第 ２ 図 第 図 袷 ！閾 又６ □鵠 １シ （ａ） （ｂ） 第 ６ 図 第 図 第 関

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）縮小投影ステップアンドリピート露光装置による
   半導体基板の露光方法において、レチクル基板の合わせ
   マークの位置計測を行い、この位置計測の結果から前記
   合わせマークの設計値を基準にして前記レチクル基板の
   伸縮率（Ｒ）を求め、この伸縮率（Ｒ）から縮小投影倍
   率を補正した後、前記レチクル基板と前記半導体基板と
   の位置合わせを行い露光することを特徴とする露光方法
   。
2. （２）前記半導体基板に投影される前記レチクル基板の
   像の合わせマークの位置計測を行い、この計測値の結果
   から求めた前記半導体基板の像の伸縮率（Ｗ）と前記レ
   チクル基板の伸縮率（Ｒ）とから縮小投影倍率を補正す
   ることを特徴とする請求項（１）記載の露光方法。
3. （３）縮小投影ステップアンドリピート露光装置による
   半導体基板の露光方法において、内部の空気の圧力を調
   整する圧力調整装置を設けた投影レンズと、均厚な光透
   過性基板とを、レチクル基板と前記半導体基板との間に
   設けて縮小投影倍率を補正した後、前記レチクル基板と
   前記半導体基板との位置合わせを行い露光することを特
   徴とする露光方法。
4. （４）縮小投影ステップアンドリピート露光装置におい
   て、内部の空気の圧力を調整する圧力調整装置を設けた
   投影レンズと、相互に厚みが異なり個別に進退可能な複
   数枚の均厚な光透過性基板とを、レチクル基板と前記半
   導体基板との間に設けたことを特徴とする露光装置。