JPH09148229A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクパターンの製造誤差に起因する重ね合
わせ精度の低下を防止する。 【解決手段】 読取手段３０によってレチクルＲ上にバ
ーコードで記録された識別情報が読み取られる。主制御
装置２０では、読み取られた識別情報に該当するレチク
ルＲ上のパターンの位置ずれに関する情報を記憶手段３
４から取り出し、この取り出した情報を用いてレチクル
ＲとウエハＷの相対位置ずれ量を演算し、演算された相
対位置ずれ量が補正されるように駆動系１３を介してレ
チクルステージＲＳを微小駆動してレチクルＲとウエハ
Ｗの位置合わせを行なう。このため、レチクルＲ上のパ
ターンの製造誤差等による重ね合わせ精度の低下が発生
しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に係り、
更に詳しくは半導体集積回路や液晶表示基板の製造のた
めのフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】フォトリソグラフィ工程では、マスク
（又はレチクル）の回路パターンを投影光学系を介して
感光基板上に転写露光する露光装置が用いられている。
従来この種の装置においては、マスク上の各パターンは
設計値通りに描画されているものとして、あらかじめ定
められた位置に作られた位置合わせ用のパターン（位置
合わせ用マーク）を露光装置の定められた位置に位置決
めすることにより、すべてのパターンが位置合せされる
ものとしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に半導体集積回路
等の製造のためには、複数、例えば十数層に及ぶ回路パ
ターンを正確に重ね合わせて形成する必要があるため、
製造工程（フォトリソグラフィ工程）においては、既に
ウエハ等の感光基板上に形成されているパターンに対
し、これから形成しようとするマスク上のパターンの相
対位置を確保した後露光する必要がある。かかる重ね合
わせ露光の際に、上記従来技術にあっては、マスク上の
パターンに製造上の誤差が生じることによってパターン
の重ね合わせ精度が低下するという不都合があった。特
にマスク上の位置合せ用マークに位置ずれ（位置誤差）
があった場合、これを基準としてマスクの位置合わせが
行われるために回路パターン全体が位置ずれを起こすと
いう不都合があった。

【０００４】特に近年回路パターンが微細化し相対的に
マスクパターンの位置ずれが大きくなっている。これに
対しては、露光後のパターンの重ね合わせ状態をチェッ
クして位置ずれをキャンセルする方法もあるが、マスク
毎にオフセットを入力しなおすため手間がかかり誤入力
の可能性もあるなどの不都合があった。

【０００５】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、マスクパターン
の製造誤差に起因する重ね合わせ精度の低下を防止する
ことができる露光装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して
感光基板上に転写露光する露光装置であって、前記マス
ク上の一部領域に設けられ、当該マスクの識別情報が記
録された情報記録部と；前記識別情報を読み取る読取手
段と；予め計測された複数のマスク上のパターンの位置
ずれに関する情報が記憶された記憶手段と；前記マスク
と感光基板との相対位置合わせを行なう位置合わせ機構
と；前記読取手段により読み取られた識別情報に対応す
るマスクの情報を前記記憶手段から取り出し、この取り
出した情報を用いてマスクと感光基板の相対位置ずれ量
を演算する演算処理手段と；前記演算処理手段で演算さ
れた相対位置ずれ量が補正されるように前記位置合わせ
機構を制御する制御手段とを有する。

【０００７】これによれば、読取手段によってマスク上
の情報記録部に記録された識別情報が読み取られる。演
算処理手段では、読取手段により読み取られた識別情報
に対応するマスク上のパターンの位置ずれに関する情報
を記憶手段から取り出し、この取り出した情報を用いて
マスクと感光基板の相対位置ずれ量を演算する。そし
て、制御手段では演算処理手段で演算された相対位置ず
れ量が補正されるように位置合わせ機構を制御する。こ
れによって位置合わせ機構により相対位置ずれ量が補正
された状態でマスクと感光基板の位置合わせが行なわれ
る。

【０００８】このように本発明では、マスクパターンの
製造誤差等をあらかじめ計測して記憶しておき、露光時
に露光に使用するマスクの情報記録部に記録された識別
情報を読み取って、記憶手段に記憶してある情報の中か
らそれに対応する情報を取り出して補正量を算出するよ
うにしたので、マスクの製造誤差等による重ね合わせ精
度の低下が発生しない。またマスクを交換する度毎に補
正量を入力する必要がなく、誤入力による重ね合わせの
異常も生じない。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の露光装置において、前記投影光学系の倍率を調整する
倍率調整手段を更に有し、前記演算処理手段が、前記読
取手段により読み取られた識別情報に対応するマスクの
情報を前記記憶手段から取り出し、この取り出した情報
を用いてマスクと感光基板の相対位置ずれ量及びマスク
の伸縮量を演算し、前記制御手段が、前記演算処理手段
で演算された相対位置ずれ量が補正されるように前記位
置合わせ機構を制御するとともに前記マスクの伸縮量に
応じて前記倍率調整手段を制御することを特徴とする。

【００１０】これによれば、演算処理手段がマスクと感
光基板の相対位置ずれ量のみでなくマスクの伸縮量をも
演算し、制御手段が、演算処理手段で演算された相対位
置ずれ量が補正されるように位置合わせ機構を制御する
とともにマスクの伸縮量に応じて倍率調整手段を制御す
ることから、マスクの製造誤差等による重ね合わせ精度
の低下が発生しないのみでなく、マスクの伸縮による倍
率誤差、ひいては重ね合わせ誤差も生じない。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。

【００１２】図１には、一実施例に係るステップアンド
リピート方式の露光装置１０の構成が概略的に示されて
いる。この露光装置１０は、光源１２を含む照明系と、
マスクとしてのレチクルＲが載置されるレチクルステー
ジＲＳと、レチクルステージ駆動系１３と、レチクルＲ
のパターン面ＰＡの回路パターンを感光基板としてのウ
エハＷ上に所定の縮小倍率で投影露光する投影光学系Ｐ
Ｌと、ウエハＷが搭載されたウエハステージ１４と、ウ
エハステージ駆動系１６と、投影光学系ＰＬの倍率を調
整する倍率調整手段としての倍率調整機構１８と、レチ
クルステージ駆動系１３、ウエハステージ駆動系１６、
倍率調整機構１８等を始めとして装置全体を統括的に制
御する主制御装置２０とを備えている。

【００１３】前記照明系は、水銀ランプから成る光源１
２と、楕円鏡２２、照明光学系２４とを備えている。照
明光学系２４は、図では単一のレンズ２６のみを含んで
構成されているが、実際には、フライアイレンズ、リレ
ーレンズ、コンデンサレンズ等の各種レンズを含み、図
ではこれらのレンズがレンズ２６で代表的に示されてい
る。この他、不図示のシャッタ、視野絞り、ブラインド
等をも備えている。従って、光源１２から発せられた露
光光は楕円鏡２２で第二焦点に集光された後、照明光学
系２４を通る間に光束の一様化、スペックルの低減化等
が行なわれ、照明光としてレチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａを照明する。

【００１４】レチクルステージＲＳは、レチクルステー
ジ駆動系１３によって、水平面内で紙面に平行なＸ軸方
向、紙面に垂直なＹ軸方向及びＸ軸、Ｙ軸に直交するＺ
軸回りの回転方向（θ方向）に微小駆動されるようにな
っている。レチクルステージ駆動系１３は主制御装置２
０によって制御される。

【００１５】レチクルステージＲＳ上に、レチクルＲが
保持されている。レチクルＲのパターン面ＰＡには、回
路パターン及び複数個（ここでは、少なくとも３つ以上
とする）の位置合わせ用マーク（アライメントマーク）
が描画されており、また、このレチクルＲのパターン面
ＰＡと反対側の面のパターン領域外には、図示しない当
該レチクルＲの識別情報が記録された情報記録部、例え
ばバーコードが設けられている。

【００１６】これに対応してレチクルＲの搬送路上に
は、前記識別情報を読み取る読取手段としてのバーコー
ドリーダ３０が配置されており、レチクルＲが不図示の
レチクルカセットから矢印Ａで示されるようにレチクル
ステージＲＳ上に搬送される間に、バーコードリーダ３
０によってレチクルＲ上に設けられたバーコードの情報
が読み取られるようになっている。そして、この読み取
られたレチクルＲの識別情報が主制御装置２０に入力さ
れるようになっている。

【００１７】前記投影光学系ＰＬは、光軸ＡＸを共通に
する当該光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に沿って所定間隔で
配置された複数枚のレンズエレメント（いずれも図示せ
ず）とこれらのレンズエレメントを保持する鏡筒とを備
えている。

【００１８】前記倍率調整機構１８は、投影光学系ＰＬ
を構成する所定位置にあるレンズエレメント相互間の気
密室の圧力を変更することにより、気密室内の気体の屈
折率を変更して投影光学系ＰＬの倍率を調整するように
なっている。この倍率調整機構１８により圧力が調整さ
れる気密室は、例えば他のレンズエレメントに比べて倍
率への影響が大きいレチクル寄りのレンズエレメント相
互間に設けられる。

【００１９】ウエハステージ１４は、駆動系１６によっ
て、水平面内で２次元方向に駆動されるようになってい
る。ウエハステージ１４の２次元方向の位置は、レーザ
干渉計２８により常時計測されており、このレーザ干渉
計２８の出力が主制御装置２０によってモニタされてい
る。すなわち、主制御装置２０ではレーザ干渉計２８の
出力をモニタしつつウエハステージ駆動系１６を介して
ウエハステージ１４の位置制御を行なうようになってい
る。

【００２０】主制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ等を含むマイクロコンピュータ（又はミニコンピュー
タ）から成り、この主制御装置２０には記憶手段として
のディスク装置３４が接続されている。このディスク装
置３４内には、予め不図示のレチクル検査装置により計
測された複数のレチクルＲの回路パターンの基準点と複
数（３個以上）の位置合わせマークのそれぞれについて
の設計値との位置ずれ量と、これらに対応するレチクル
識別情報（例えば識別番号）とから成るデータテーブル
が、少なくとも格納されている。

【００２１】さらに、本実施例では、レチクルステージ
ＲＳの上方にレチクルＲに形成された位置合わせ用マー
ク（アライメントマーク）を検出するレチクルアライメ
ント顕微鏡３２が配置され、ウエハステージ１４の上方
にウエハＷに形成された位置合わせ用マーク（アライメ
ントマーク）を検出するウエハアライメント顕微鏡３６
が配置されている。これらのアライメント顕微鏡３２、
３６の検出結果は、主制御装置２０に入力されるように
なっている。

【００２２】次に、上述のようにして構成された本実施
例の露光装置１０による露光に先立つレチクルＲとウエ
ハＷのアライメント動作（位置合わせ動作）について説
明する。

【００２３】前提として、ウエハアライメント顕微鏡３
６によって検出された位置合わせマークの位置情報に基
づいて主制御装置２０によって駆動系１６が制御され、
ウエハステージ１４は、所定のアライメント位置に位置
決めされているものとする。

【００２４】この状態で、不図示の搬送系により、矢印
Ａで示されるようにレチクルＲがレチクルステージＲＳ
上まで搬送されると、このレチクルＲは不図示の吸着手
段を介してレチクルステージＲＳに吸着保持される。こ
こで、上記の搬送の途中でバーコードリーダ３０によっ
てレチクルＲ上のバーコードの情報が読み取られ、この
読み取られた識別情報が主制御装置２０のＲＡＭ内に格
納されている。

【００２５】主制御装置２０内のＣＰＵでは、アライメ
ント開始に先立ち、ディスク装置３４内に格納されてい
るデータテーブルからＲＡＭ内の識別情報に対応するレ
チクルＲの回路パターンの基準点と複数（３個以上）の
位置合わせマークのそれぞれについての設計値との位置
ずれ量を取り出し、回路パターンの２次元方向の位置ず
れ、θ方向の位置ずれ（ローテーション誤差）、及びレ
チクルＲのパターン領域の伸縮量（倍率ずれ）を演算
し、これらの演算結果をＲＡＭ内に格納する。ここで、
これらのずれ量の演算は、多数の位置合わせマークと回
路パターンの基準点との位置ずれに基づいて演算したも
のの平均値を用いるようにしても良い。

【００２６】次に、レチクルアライメント顕微鏡３２に
よりレチクルＲ上の位置合わせマークが検出され、この
検出結果が主制御装置２０に入力される。主制御装置２
０内ＣＰＵでは、この検出結果に基づいてレチクルＲと
ウエハＷの位置合わせ（アライメント）を行なうのであ
るが、この際に、先に計算しておいたレチクルＲ上の回
路パターンの２次元方向の位置ずれと回転ずれを設計値
に基づく合わせ位置に対してオフセットとして加算した
指令値をレチクルステージ駆動系１３に与える。これに
より、レチクルステージ駆動系１３によってレチクルス
テージがＸ、Ｙ、θ方向に駆動されて所望の位置にレチ
クルＲが位置決めされる。また、主制御装置２０内ＣＰ
Ｕでは、先に計算しておいた回路パターンの倍率ずれを
補正するための補正値を倍率調整機構１８に指令値とし
て与える。これにより、倍率調整機構１８によって投影
光学系ＰＬの倍率が調整される。以上により、レチクル
ＲとウエハＷとの相対位置合わせが完了し、ある製造誤
差をもってレチクルＲ上に描画された回路パターンは、
本来の設計値通りに描画された場合と同じ位置に位置決
めされ、投影光学系ＰＬによってウエハＷ上に全体とし
て設計値通りの位置に縮小して投影できるようになる。

【００２７】この状態で、主制御装置２０が所定の手順
に従って干渉計２８の出力をモニタしつつウエハステー
ジ駆動系１６を介してウエハＷを保持したウエハステー
ジ１４を順次ステッピングさせつつ、光源１２から照射
される露光光によりレチクルＲを照明すると、投影光学
系ＰＬを介してウエハ上の複数のショット領域に順次正
確にパターンの転写が行なわれる。

【００２８】これまでの説明から明らかなように、本実
施例では、主制御装置２０の機能によって演算処理手段
と制御手段とが実現されている。また、レチクルアライ
メント顕微鏡３２とレチクルステージ駆動系１３とレチ
クルステージＲＳとによって位置合わせ機構が構成され
ている。

【００２９】以上説明したように、本実施例によると、
レチクルＲ上のパターンの製造誤差等をあらかじめ計測
して記憶しておき、露光時に露光に使用するレチクルＲ
上にバーコードにより記録された識別情報を読み取っ
て、ディスク装置３４に記憶してある情報の中から識別
情報に対応するレチクルの情報を取り出して補正量を算
出するようにしたので、マスクの製造誤差等による重ね
合わせ精度の低下が発生しない。またレチクルを交換す
る度毎に補正量を入力する必要がなく、誤入力による重
ね合わせの異常も生じない。更に、レチクルＲ上の３つ
以上の位置合わせマークについてパターンの基準点との
位置ずれが予め計測されているので、回路パターンの２
次元平面内の位置ずれのみでなく、レチクルＲの伸縮量
をも算出することができ、この算出結果に基づいて投影
光学系ＰＬの倍率が補正されるので、レチクルＲに熱変
形等が生じている場合であっても、高精度な重ね合わせ
露光が可能となる。

【００３０】なお、上記実施例では、レチクルステージ
ＲＳを２次元平面内で駆動しウエハＷに対し位置合わせ
する場合を例示したが、本発明がこれに限定されるもの
ではない。回路パターンの重ね合わせの精度はウエハＷ
上に既に形成されている前工程までのパターンと露光し
ようとするレチクルＲ上のパターンの相対位置の精度に
よって決まるから、レチクルＲをレチクルＲ上の位置合
わせマークに従って位置決めを行い、レチクルＲの位置
合わせマークと回路パターンのずれを上記と同様にして
求め、この結果に投影光学系ＰＬの縮小倍率をかけたも
のをウエハステージ１４の位置決めの際にオフセットと
して与えることにより、ウエハステージ１４側の位置を
調整してレチクルＲとウエハＷとの位置合わせを行なう
構成であっても良い。かかる場合にも、ウエハステージ
１４を順次移動させて、ウエハ上の複数のショット領域
にレチクルＲ上のパターンを転写すると、前記と同様に
ウエハＷ上の希望する位置に正確にパターンの転写を行
うことができる。あるいは、レチクルステージＲＳとウ
エハステージ１４とを同時に駆動しながらレチクルＲと
ウエハＷとの位置合わせを行なう構成であっても良い。
要は、予め測定したレチクルＲの回路パターンの基準点
と少なくとも１つの位置合わせマークのそれぞれについ
ての設計値との位置ずれ量に基づいて算出したレチクル
Ｒの位置合わせマークと回路パターンのずれを考慮して
レチクルＲとウエハＷとの相対位置合わせを行なえば足
りる。

【００３１】また、上記実施例では、予め測定したレチ
クルＲの回路パターンの基準点と複数（３個以上）の位
置合わせマークのそれぞれについての設計値との位置ず
れ量に基づいて算出したレチクルＲの位置合わせマーク
と回路パターンのずれを考慮してレチクルＲとウエハＷ
との２次元平面内の相対位置合わせを行なうことに加
え、算出した倍率ずれに基づいて投影光学系ＰＬの倍率
調整をも行なう場合を例示したが、投影光学系ＰＬの倍
率調整は必ずしも行なう必要はない。かかる場合であっ
ても、レチクル上の回路パターンの位置に設計値との位
置ずれがある場合の重ね合わせ精度の低下は防止するこ
とができる。

【００３２】なお、上記実施例では、レチクルＲ上にレ
チクルの識別情報が記録された情報記録部としてのバー
コードを設け、このバーコードを読み取ることによりレ
チクルの識別情報を読み取り、この識別情報に対応する
レチクルＲの回路パターンの基準点と複数（３個以上）
の位置合わせマークのそれぞれについての設計値との位
置ずれ量の情報をディスク装置３４内から取り出して、
所定の演算・処理を行なう場合を例示したが、レチクル
Ｒ上の情報記録部を、例えば磁気記録媒体にて形成すれ
ば、この情報記録部にレチクルの識別情報とともにある
いはこれに代えてレチクルＲの回路パターンの基準点と
複数（３個以上）の位置合わせマークのそれぞれについ
ての設計値との位置ずれ量の情報を直接的に記録するこ
とが可能となり、この情報を読み取り手段としての磁気
ヘッドで読み取るようにすれば、ディスク装置３４等の
記憶手段が不要になる。

【００３３】また、上記実施例では１台の露光装置が記
憶手段としてのディスク装置を１台保有する場合を例示
したが、複数台の露光装置が１台のディスク装置等の記
憶手段を共有するようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マスクパターンの製造誤差に起因する重ね合わせ精度の
低下を防止することができるという従来にない優れた効
果がある。

【００３５】特に、請求項２に記載の発明によれば、マ
スクの伸縮に起因する倍率のずれをも補正することがで
きるので、より一層高精度な重ね合わせ露光を実現する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例に係る露光装置の概略構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ 露光装置 １３ レチクルステージ駆動系（位置合わせ機構の一
部） １８ 倍率調整機構（倍率調整手段） ２０ 主制御装置（演算処理手段、制御手段） ３０ バーコードリーダ（読取手段） ３２ レチクルアライメント顕微鏡（位置合わせ機構の
一部） ３４ ディスク装置（記憶手段） Ｒ レチクル（マスク） ＰＬ 投影光学系 Ｗ 感光基板 ＲＳ レチクルステージ（位置合わせ機構の一部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスクに形成されたパターンを投影光学
   系を介して感光基板上に転写露光する露光装置であっ
   て、 前記マスク上の一部領域に設けられ、当該マスクの識別
   情報が記録された情報記録部と；前記識別情報を読み取
   る読取手段と；予め計測された複数のマスク上のパター
   ンの位置ずれに関する情報が記憶された記憶手段と；前
   記マスクと感光基板との相対位置合わせを行なう位置合
   わせ機構と；前記読取手段により読み取られた識別情報
   に対応するマスクの情報を前記記憶手段から取り出し、
   この取り出した情報を用いてマスクと感光基板の相対位
   置ずれ量を演算する演算処理手段と；前記演算処理手段
   で演算された相対位置ずれ量が補正されるように前記位
   置合わせ機構を制御する制御手段とを有する露光装置。
2. 【請求項２】 前記投影光学系の倍率を調整する倍率調
   整手段を更に有し、 前記演算処理手段が、前記読取手段により読み取られた
   識別情報に対応するマスクの情報を前記記憶手段から取
   り出し、この取り出した情報を用いてマスクと感光基板
   の相対位置ずれ量及びマスクの伸縮量を演算し、 前記制御手段が、前記演算処理手段で演算された相対位
   置ずれ量が補正されるように前記位置合わせ機構を制御
   するとともに前記マスクの伸縮量に応じて前記倍率調整
   手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光
   装置。