JPH1064804A - 露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットを実質的に低下させることな
く、高精度のアライメントを行う。 【解決手段】 露光装置本体（１）に取り付けられ、感
光基板（６）に関する位置情報を検出しマスク（４）と
感光基板との位置合わせを行うためのアライメント装置
（９）と、露光装置本体とは独立して設けられ、感光基
板の所定の露光領域に形成されたマークに基づいて感光
基板の所定の露光領域に関する位置情報を検出するため
のマーク位置検出装置（１０）とを備えている。アライ
メント装置は、感光基板の所定の露光領域に関する位置
情報と感光基板に関する位置情報とに基づいて、マスク
と感光基板との位置合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光装置および露光
方法に関し、特に半導体素子などの製造のための露光装
置におけるマスクと感光基板との位置合わせ（アライメ
ント）に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置では、マスクと感光基板
であるウエハとのアライメントを行った後に、露光光を
マスクに照射し、投影光学系を介してマスクの回路パタ
ーンの像をウエハ上に転写露光する。マスクとウエハと
のアライメント動作では、例えばＥＧＡ（エンハンスト
・グローバル・アライメント）のような多点計測方式に
より、ウエハ上のアライメントマークの位置検出および
検出されたアライメントマークの位置情報に基づくウエ
ハの位置決めを実施する。

【０００３】さらに具体的に説明すると、ＥＧＡ方式で
は、前工程において転写露光が行われたウエハの多数の
露光領域の中で適当な数カ所の露光領域を予め選択し、
ウエハを搭載したステージの位置を干渉計でモニタしつ
つ移動させる。そして、選択された露光領域のアライメ
ントマークをウエハアライメントセンサの検出領域内に
位置決めし、各アライメントマークの位置検出を行う。
こうして得られた複数個のアライメントマークの位置情
報を統計処理することによりウエハ全体やウエハの露光
領域に関する各種の位置情報を求め、得られた位置情報
に基づいてアライメントを行う。なお、ＥＧＡにおける
アライメントマークの位置情報の統計処理については、
特開昭６１−４４４２９号公報、特開昭６２−８４５１
６号公報などに詳細に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、転写すべき回路
パターンの線幅の微細化に伴い、露光装置において要求
されるアライメント精度は益々厳しくなっている。高精
度なアライメントのためには、ウエハ全体やウエハの露
光領域に関する各種の位置情報をより正確に且つより多
く得ることが必要である。そこで、ウエハの水平位置、
回転、直交度、倍率などのウエハ全体に関する位置情報
だけに基づく従来のアライメントに対して、最近のアラ
イメントではウエハの露光領域の回転や倍率などの露光
領域に関する位置情報も利用することが要求されてい
る。上述のＥＧＡ方式において検出するアライメントマ
ークの数を単純に増大させることにより、ウエハ全体に
関する位置情報に加えて露光領域に関する位置情報も得
ることが可能である。しかしながら、この場合、アライ
メントマークの検出数の増大に応じてスループットが著
しく低下してしまうという不都合があった。

【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、スループットを実質的に低下させることな
く、感光基板全体に関する位置情報と感光基板の露光領
域に関する位置情報とに基づいて高精度のアライメント
が可能な露光装置および露光方法を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、マスクに形成されたパターンを
感光基板の各露光領域に転写するための露光装置本体
と、前記露光装置本体に取り付けられ、前記感光基板に
関する位置情報を検出し前記マスクと前記感光基板との
位置合わせを行うためのアライメント装置と、前記露光
装置本体とは独立して設けられ、前記感光基板の所定の
露光領域に形成されたマークに基づいて前記感光基板の
所定の露光領域に関する位置情報を検出するためのマー
ク位置検出装置とを備え、前記アライメント装置は、前
記マーク位置検出装置で検出された前記感光基板の所定
の露光領域に関する位置情報と前記アライメント装置で
検出された前記感光基板に関する位置情報とに基づい
て、前記マスクと前記感光基板との位置合わせを行うこ
とを特徴とする露光装置を提供する。

【０００７】本発明の好ましい態様によれば、前記マー
ク位置検出装置は、前記感光基板の所定の露光領域に形
成されたマークに照明光を照射するための照射部と、前
記感光基板からの反射光に基づいて前記感光基板の所定
の露光領域に形成されたマークの位置を検出するための
検出部とを有し、前記検出部で検出された前記感光基板
の所定の露光領域に形成されたマークの位置に基づい
て、前記前記感光基板の所定の露光領域に関する位置情
報を検出する。この場合、前記マーク位置検出装置は、
前記感光基板を支持し、前記感光基板の露光領域にほぼ
平行な面内において移動可能なステージと、前記ステー
ジの移動量を計測するための計測部とを有することが好
ましい。

【０００８】また、本発明の別の局面によれば、マスク
に形成されたパターンを感光基板の各露光領域に転写す
るための露光装置本体とは独立して設けられたマーク位
置検出装置により、前記感光基板の所定の露光領域に形
成されたマークに基づいて前記感光基板の所定の露光領
域に関する位置情報を予め検出し、前記露光装置本体に
取り付けられたアライメント装置により、前記感光基板
に関する位置情報を検出し、前記アライメント装置によ
り、前記感光基板の所定の露光領域に関する位置情報と
前記感光基板に関する位置情報とに基づいて、前記マス
クと前記感光基板との位置合わせを行うことを特徴とす
る露光方法を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】一般に、露光装置のスループット
を規定するのは、ウエハの搬送（搬入および搬出）工
程、アライメント工程、および露光工程である。アライ
メント工程において、ＥＧＡ方式によるアライメントマ
ークの検出数を増大させることにより、感光基板の露光
領域に関する位置情報を得ようとすれば、アライメント
マークの検出に要する時間が増大する。その結果、アラ
イメント工程に要する時間が増大し、露光装置のスルー
プットが低下してしまう。

【００１０】そこで、本発明では、感光基板の所定の露
光領域に形成されたマークに基づいて所定の露光領域に
関する位置情報を検出するためのマーク位置検出装置
を、露光装置本体とは独立して設けている。そして、マ
ーク位置検出装置で検出された感光基板の所定の露光領
域に関する位置情報と、露光装置本体に取り付けられた
アライメント装置で検出された感光基板の全体に関する
位置情報とに基づいて、マスクと感光基板との位置合わ
せを行う。

【００１１】このように、本発明では、露光装置本体に
取り付けられたアライメント装置によるアライメント動
作に先立って、露光装置本体とは独立したマーク位置検
出装置により、露光装置本体における露光動作とは関わ
りなく、感光基板の選択された所定の露光領域に関する
位置情報を予め検出する。アライメント装置では、予め
検出された感光基板の所定の露光領域に関する位置情報
を利用することができるので、感光基板上の２つまたは
３つのアライメントマークを検出し、感光基板の全体に
関する位置情報を得るだけで十分である。こうして、ア
ライメント装置は、感光基板の所定の露光領域に関する
位置情報と感光基板全体に関する位置情報とに基づい
て、露光装置のスループットを実質的に低下させること
なく、マスクと感光基板とを高精度にアライメントする
ことができる。

【００１２】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の実施例にかかる露光装置の構
成を概略的に示す図である。なお、図１の矢印は、感光
基板であるウエハの搬送経路を示している。本実施例の
露光装置は、マスクパターンをウエハの各露光領域に転
写するための露光装置本体１を備えている。露光装置本
体１は、露光光を供給するための光源２を備えている。
光源２として、たとえば波長が２４８ｎｍまたは１９３
ｎｍの光を射出するエキシマレーザや、波長が３６５ｎ
ｍのｉ線の光を射出する超高圧水銀ランプなどを用いる
ことができる。

【００１３】光源２から射出された露光光は、照明光学
系３を介して、転写すべきパターンが形成されたマスク
４をほぼ均一に照明する。マスク４のパターンを透過し
た光は、投影光学系５を介して、感光基板であるウエハ
６上にマスクパターン像を形成する。なお、ウエハ６
は、投影光学系５の光軸ＡＸに垂直な平面内において二
次元的に移動可能なステージ７上に載置されている。そ
して、ステージ７の位置は、レーザ干渉計８によって常
時計測されている。こうして、レーザ干渉計８の計測結
果に基づいてステージ７をひいてはウエハ６を二次元的
に移動させながら、ウエハ６の各露光領域にマスク４の
パターンを逐次投影露光することができる。

【００１４】露光装置本体１には、ウエハ６の位置を検
出し、マスク４とウエハ６との位置合わせを行うための
アライメント装置９が取り付けられている。なお、アラ
イメント装置９は、投影光学系５を介してウエハ６のア
ライメントマークを検出するＴＴＬ（スルー・ザ・レン
ズ）方式であってもよいし、あるいは投影光学系５を介
することなくアライメントセンサを介してウエハ６のア
ライメントマークを検出するオフアクシス方式であって
もよい。アライメント装置９では、たとえばＧＡ（グロ
ーバル・アライメント）方式にしたがってウエハ６上の
２つまたは３つのアライメントマークを検出し、検出し
たアライメントマークの位置情報に基づいて、ウエハ６
の水平位置および回転などのウエハ全体に関する位置情
報を得る。

【００１５】図１の露光装置は、ウエハ６の所定の露光
領域に形成されたマーク、たとえばアライメントマーク
の位置を検出するために、露光装置本体１とは独立して
設けられたマーク位置検出装置１０を備えている。マー
ク位置検出装置１０は、ウエハ６に塗布されたレジスト
を感光しない光すなわち非露光光を照明光として供給す
るための光源１１を備えている。光源１１からの照明光
は、ハーフミラー１２で反射された後、対物レンズ１３
を介してウエハ６のアライメントマークを照明する。こ
のように、光源１１、ハーフミラー１２および対物レン
ズ１３は、ウエハ６のアライメントマークに照明光を照
射するための照射部を構成している。

【００１６】ウエハ６のアライメントマークからの反射
光は、対物レンズ１３を介して集光され、ハーフミラー
１２に入射する。ハーフミラー１２を透過した反射光
は、光電変換素子のような検出センサ１４に達する。こ
のように、対物レンズ１３、ハーフミラー１２および検
出センサ１４は、ウエハ６のアライメントマークからの
光に基づいてアライメントマークの位置を検出するため
の検出部を構成している。

【００１７】なお、ウエハ６は、対物レンズ１３の光軸
ＡＸ１に垂直な平面内において二次元的に移動可能なス
テージ１５上に載置されている。そして、ステージ１５
の位置は、レーザ干渉計１６によって常時計測されてい
る。こうして、レーザ干渉計１６の計測結果に基づいて
ステージ１５をひいてはウエハ６を二次元的に移動させ
ながら、ウエハ６の選択された所定の露光領域に形成さ
れたアライメントマークを逐次検出することができる。

【００１８】実際の半導体製造工程では、ウエハ６が感
光剤塗布・現像装置２０に搬送される。感光剤塗布・現
像装置２０においてレジスト（感光剤）が塗布されたウ
エハ６は、マーク位置検出装置１０に搬送され、ステー
ジ１５上に位置決めされる。マーク位置検出装置１０で
は、ステージ１５を二次元駆動しながら、ウエハ６の所
定の露光領域に形成されたアライメントマークの位置を
逐次検出する。こうして、マーク位置検出装置１０は、
ウエハ６の所定の露光領域の回転や倍率などに関する詳
細な位置情報を得ることができる。マーク位置検出装置
１０で得られたウエハ６の所定の露光領域に関する位置
情報は、制御系３０に供給される。また、マーク位置検
出装置１０で検出されたウエハ６は、露光装置本体１に
搬送され、ステージ７上に位置決めされる。

【００１９】露光装置本体１では、アライメント装置９
により、たとえばＧＡ方式にしたがって、ステージ７上
に位置決めされたウエハ６上の２つまたは３つのアライ
メントマークの位置を検出する。こうして、アライメン
ト装置９は、検出したアライメントマークの位置情報に
基づいて、ウエハ６の全体に関する位置情報を得る。一
方、アライメント装置９には、マーク位置検出装置１０
で予め検出されたウエハ６の所定の露光領域に関する位
置情報が制御系３０から入力されている。したがって、
アライメント装置９は、ウエハ６の全体に関する位置情
報とウエハ６の所定の露光領域に関する位置情報とに基
づいて、マスク４とウエハ６とのアライメントを高精度
に行うことができる。

【００２０】マスク４とウエハ６とのアライメントが終
了すると、ステージ７を二次元駆動しながら、マスク４
のパターンをウエハ６の各露光領域に逐次転写する。ウ
エハ６の各露光領域への転写露光が終了すると、ウエハ
６はマーク位置検出装置１０を介して、あるいはマーク
位置検出装置１０を介することなく、感光剤塗布・現像
装置２０に搬送される。感光剤塗布・現像装置２０でレ
ジスト現像処理を受けたウエハ６は、次の製造工程に向
かって搬出される。なお、感光剤塗布・現像装置２０、
マーク位置検出装置１０および露光装置本体１の間のウ
エハ６の搬送は、制御系３０によって制御されている。

【００２１】このように、本実施例では、露光装置本体
１に取り付けられたアライメント装置９によるマスク４
とウエハ６とのアライメント動作に先立って、露光装置
本体１とは独立したマーク位置検出装置１０によりウエ
ハ６の選択された所定の露光領域に形成されたマークに
基づいてウエハ６の所定の露光領域に関する位置情報を
予め検出する。すなわち、マーク位置検出装置１０で
は、露光装置本体１における露光動作と関わりなく、ウ
エハ６の所定の露光領域に関する位置情報を得ることが
できる。アライメント装置９では、マーク位置検出装置
１０で得られたウエハ６の所定の露光領域に関する位置
情報を利用することができる。したがって、アライメン
ト装置９では、たとえばＧＡ方式によりウエハ６上の２
つまたは３つのアライメントマークを検出し、ウエハ６
の全体に関する位置情報を得るだけで十分である。こう
して、アライメント装置９は、ウエハ６の所定の露光領
域に関する位置情報とウエハ６の全体に関する位置情報
とに基づいて、露光装置のスループットを実質的に低下
させることなく、マスク４とウエハ６とを高精度にアラ
イメントすることができる。

【００２２】なお、マーク位置検出装置の検出光学系に
は、アライメント装置のアライメント光学系に課される
ような各種の制約がないので、アライメントマークの高
精度な検出が可能である。例えば、アライメント装置で
は、投影光学系を介したマスク像とアライメント光学系
との間のベースラインの安定性の確保が重要である。そ
のため、ＴＴＬ方式を採用したアライメント装置では、
アライメントマークの正確な位置検出のために、非露光
光であるアライメント光に対する投影光学系の色収差を
良好に補正する必要がある。一方、オフアクシス方式を
採用したアライメント装置では、投影光学系の光軸とア
ライメント光学系の検出領域とをできるだけ接近させる
ことが必要になる。また、アライメント光学系の対物レ
ンズの開口数ＮＡを制限して、投影光学系とステージと
の間に対物レンズを位置決めしなければならない。いず
れの方式を採用したアライメント装置においても、露光
装置本体内での空間的な制約があり、光学系において光
の引き回しが過剰に強いられる場合が多い。

【００２３】このように、アライメント装置のアライメ
ント光学系では、収差や開口数ＮＡなどの光学性能に関
して元々大きな制約があり、光学系本来の性能を完全に
発揮させるには非常な困難が伴う。一方、マーク位置検
出装置の検出光学系には、上述のような制約が一切無い
ので、十分な開口数ＮＡを確保することができ、光学系
の収差を極限まで補正することが可能である。したがっ
て、アライメント装置では正確な位置検出が難しい場合
もあるウエハ周辺の非対称アライメントマークに対して
も、マーク位置検出装置では正確な位置検出が可能であ
る。その結果、マーク位置検出装置で予め得られたウエ
ハの所定の露光領域に関する詳細な位置情報を利用し
て、アライメント装置だけを用いたＥＧＡ方式による多
点計測のアライメントよりも正確なアライメントが可能
となる。加えて、マーク位置検出装置で予め得られたウ
エハの所定の露光領域に関する詳細な位置情報により、
アライメント装置の誤検出を補正することも可能であ
る。

【００２４】なお、上述の実施例では、マーク位置検出
装置の検出対象は、アライメント装置が本来検出対象と
しているアライメントマークである。しかしながら、マ
ーク位置検出装置の検出対象は、ウエハの各露光領域内
に形成された別のマーク、例えばコンタクトホールや最
小線幅のアルミ配線などであっても良い。さらに、アラ
イメントマークと上述の別マークとの双方を検出して、
アライメント時に適当な補正を実施することも可能であ
る。また、双方のマークの露光領域内での位置情報を得
ることにより、マスクの製造誤差や投影光学系の収差や
投影光学系の工程ひずみなどによる露光領域内のマーク
位置のバラツキを補正した最適なアライメントが可能に
なる。

【００２５】また、マーク位置検出装置は、ウエハの露
光後であって感光剤塗布・現像装置でのレジスト現像処
理の前に、あるいは感光剤塗布・現像装置でのレジスト
現像処理の後に、マーク位置検出を行うことも可能であ
る。この場合、ＢＯＸマークなどによる重ね合わせ測
定、マスクの製造誤差や投影光学系の収差などによる各
露光領域内の各パターン像の形成位置のバラツキや線幅
のバラツキなどを高精度に検査することもできる。

【００２６】

【効果】以上説明したように、本発明では、露光動作と
は関わりなく予め検出された感光基板の所定の露光領域
に関する位置情報をアライメントに利用することができ
るので、アライメントに際して感光基板上の２つまたは
３つのアライメントマークを検出するだけで十分であ
る。その結果、露光装置のスループットを実質的に低下
させることなく、マスクと感光基板とを高精度にアライ
メントすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略
的に示す図である。

【符号の説明】

１ 露光装置本体 ２ 光源 ３ 照明光学系 ４ マスク ５ 投影光学系 ６ ウエハ ７ ステージ ８ レーザ干渉計 ９ アライメント装置 １０ マーク位置検出装置 １１ 光源 １２ ハーフミラー １３ 対物レンズ １４ 検出センサ １５ ステージ １６ レーザ干渉計 ２０ 感光剤塗布・現像装置 ３０ 制御系

Claims (4)

【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感光基板
   の各露光領域に転写するための露光装置本体と、 前記露光装置本体に取り付けられ、前記感光基板に関す
   る位置情報を検出し前記マスクと前記感光基板との位置
   合わせを行うためのアライメント装置と、 前記露光装置本体とは独立して設けられ、前記感光基板
   の所定の露光領域に形成されたマークに基づいて前記感
   光基板の所定の露光領域に関する位置情報を検出するた
   めのマーク位置検出装置とを備え、 前記アライメント装置は、前記マーク位置検出装置で検
   出された前記感光基板の所定の露光領域に関する位置情
   報と前記アライメント装置で検出された前記感光基板に
   関する位置情報とに基づいて、前記マスクと前記感光基
   板との位置合わせを行うことを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記マーク位置検出装置は、 前記感光基板の所定の露光領域に形成されたマークに照
   明光を照射するための照射部と、 前記感光基板からの反射光に基づいて前記感光基板の所
   定の露光領域に形成されたマークの位置を検出するため
   の検出部とを有し、 前記検出部で検出された前記感光基板の所定の露光領域
   に形成されたマークの位置に基づいて、前記前記感光基
   板の所定の露光領域に関する位置情報を検出することを
   特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記マーク位置検出装置は、 前記感光基板を支持し、前記感光基板の露光領域にほぼ
   平行な面内において移動可能なステージと、 前記ステージの移動量を計測するための計測部とを有す
   ることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 【請求項４】 マスクに形成されたパターンを感光基板
   の各露光領域に転写するための露光装置本体とは独立し
   て設けられたマーク位置検出装置により、前記感光基板
   の所定の露光領域に形成されたマークに基づいて前記感
   光基板の所定の露光領域に関する位置情報を予め検出
   し、 前記露光装置本体に取り付けられたアライメント装置に
   より、前記感光基板に関する位置情報を検出し、 前記アライメント装置により、前記感光基板の所定の露
   光領域に関する位置情報と前記感光基板に関する位置情
   報とに基づいて、前記マスクと前記感光基板との位置合
   わせを行うことを特徴とする露光方法。