JPH1064811A - 投影露光装置および位置合せ方法 - Google Patents

投影露光装置および位置合せ方法

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JPH1064811A
JPH1064811A JP8240022A JP24002296A JPH1064811A JP H1064811 A JPH1064811 A JP H1064811A JP 8240022 A JP8240022 A JP 8240022A JP 24002296 A JP24002296 A JP 24002296A JP H1064811 A JPH1064811 A JP H1064811A
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591Testing optical components
    • G03F7/706Aberration measurement

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原板と被露光基板とをより高精度に位置合わ
せする。 【解決手段】 原板6の像を投影光学系3を介して被露
光基板2上に露光する投影露光装置において、原板の伸
び量を計測する手段7L,7Rと、その伸び量に応じて
投影光学系の倍率を制御する手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光装置およ
びその位置合せ方法に関し、例えば半導体製造装置であ
る露光装置であってマスクやレチクル等の原板と半導体
ウエハ等の被露光基板とを精度良く位置合わせ(アライ
メント)する露光装置およびその位置合わせ方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、ICやLSI等の半導体集積回路
の微細化、高集積化に伴い、半導体露光装置も高精度
化、高機能化が図られている。特に位置合わせにおいて
は、原板と基板とを数十ナノメータのオーダーで重ね合
わせる技術が要求されている。
【0003】このような半導体製造に用いられる露光装
置として、ステッパやステップアンドスキャンと呼ばれ
る装置が知られている。これらの装置は、基板(例えば
半導体ウエハ)をステップ移動させながら、原板(例え
ばレチクル)上に形成されているパターンを基板の複数
箇所に順次転写していくものである。この転写を一括で
行う装置がステッパであり、ステージをスキャンさせな
がら転写する装置が、ステップアンドスキャンと呼ばれ
る。両者の相違は露光時の形態であり、ステップを繰り
返して転写を行うという基本的な動作(ステップアンド
リピート)については、両者とも同じ振る舞いをする。
原板と基板の位置合わせの点でも、グローバルと呼ばれ
る基板全域の位置をあらかじめ計測しておく方式では、
両者の本質的な差異はない。
【0004】最近、半導体露光装置における原板と基板
の位置合わせにおいて、原板(レチクル)の熱膨張が無
視できない量となってきている。この対策として、原板
の熱吸収率と露光光量から熱膨張量を計算によって求
め、補正することもできるが、あくまでも計算による補
正であるため、実際の膨張量との間に多くの誤差が発生
する。例えば、原板に吸収された熱は、放射と対流によ
って空気中に拡散していくが、この現象をきちんと数式
で記述することは大変難しい問題である。しかし、原板
に吸収される熱と放出される熱を正確に見積もらなけれ
ば、原板の膨張量を計算することができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、原板
と被露光基板とをより高精度に位置合わせすることであ
り、そのために原板の熱膨張量を計測し、補正する手段
を提供することにある。さらに、この熱膨張量の計測を
露光装置のスループットに影響を及ぼすことなく、実行
することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、原板の像を投影光学系を介して被露光
基板上に露光する投影露光装置において、原板の伸び量
を計測し、その伸び量に応じて投影光学系の倍率を制御
することを特徴とする。あるいは、原板の伸び量のかわ
りに、原板の変形量を計測し、その変形量に応じて投影
光学系の倍率、原板と被露光基板の相対回転量および相
対位置を制御する。また、ステップアンドスキャン方式
の投影露光装置においては、原板の変形量を計測し、そ
の変形量に応じて投影光学系の倍率ならびに原板と被露
光基板の相対回転量、相対スキャン方向および相対スキ
ャン位置を制御する。上記の計測は例えば前記投影光学
系の原板側に取り付けられた基準マークに対して原板の
伸び量を計測することにより行う。
【0007】
【発明の実施の形態】原板の直下もしくは直上の、熱的
に安定している部分の2カ所以上に基準マークを設置す
る。原板上にも原板マークを配置する。基準マークと原
板マークのずれ量を光学的手段で計測し、2カ所以上の
ずれ量の差分から原板の伸び量を計算する。基準マー
ク、原板マーク、光学的手段のそれぞれは、原板の露光
領域の外側に配置しておくことが可能であり、またその
ような配置することにより、露光動作と時間的に独立に
計測することが可能である。
【0008】
【実施例】以下図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。 (第1の実施例)図1は、本発明の第1の実施例に係る
投影露光装置(ステッパ)の構成を示す。レチクル上の
2個のマークとレンズ鏡筒に固定された2個の基準マー
クを中心に描いている。また温度調節系の一部も図示し
た。
【0009】図1において、1はウエハステージ、2は
ウエハ、3は投影光学系、4L,4Rは基準マーク、5
L,5Rはレチクルマーク、6はレチクル、7L,7R
は計測用スコープ、8L,8Rは温度調節機、9L,9
Rはミラーである。
【0010】投影光学系3の上部に固定された2個の基
準マーク4R,4Lに対して、レチクル上に描画された
レチクルマーク5L,5Rの位置を、計測用光学系7
L,7Rにて計測する。各マークの装置基準座標上の位
置をそれぞれ各マークの名称で表すと、計測される値は
以下のL,Rとなる。ただしL,R,4L,4R,5
L,5Rはそれぞれ2次元ベクトルである。
【0011】
【数1】
【0012】基準マーク(4L,4R)は装置基準であ
る投影光学系3に固定され、また温度調節機8L,8R
によって周囲温度を制御されている。そのため基準マー
ク間隔(4L−4R)は、不変である。したがって、時
刻tにおけるレチクルの伸び量は以下のΔW(t) で記述
される。
【0013】
【数2】
【0014】ウエハ毎程度の頻度でレチクルマークの間
隔を測定し、投影倍率を変更して補正する。各々の測定
の間の時刻では、直線補間を行う。倍率変化がトレラン
スより小さい場合には、補正を行わない。このトレラン
スの大きさは、倍率駆動精度および計測精度の和と、目
標精度との兼ね合いから決定される。
【0015】計測は、投影光学系に固定された基準マー
ク、専用計測光学系および露光範囲外にあるレチクルマ
ークを使用するだけなので、任意の時刻に測定すること
が可能であるが、本体の振動が比較的小さいウエハ交換
時が最も望ましい。
【0016】また、この計測により、レチクル倍率だけ
でなく、基準マークを基準としたレチクル位置、レチク
ル回転も同時に測定することができる。基準マーク位置
をウエハステージ座標系に対して較正しておけば、ウエ
ハ座標系に対するレチクルの位置を任意の時刻にモニタ
できることとなる。レチクル6はレチクルステージに真
空吸着されてはいるが、ウエハステージ1の駆動による
振動や温度変化の影響で、レチクル倍率の変化だけでな
く、平行シフトや回転などの動きをしてしまう場合もあ
る。したがって、位置および回転の値をアライメント補
正量に反映すればさらに正確な位置合わせが可能とな
る。
【0017】なお、上述において、計測間隔はウエハ毎
程度としたが、この間隔は過去の倍率変化量から求めて
も良い。
【0018】(第2の実施例)基準マークを3点以上配
置すれば、さらに高精度の計測が可能である。図2に4
点配置の例を示す。4個のスコープとミラーをレチクル
上部に配置してある。同図において、10U,10D,
10L,10Rはそれぞれ、レチクル6(図1)の上下
(Y方向)および左右(X方向)に配置された計測用ス
コープ、11U,11D,11L,11Rは投影光学系
3(図1)に固定された基準マークとレチクル6上に形
成されたレチクルマークを示す。この場合、以下の関係
式を最小2乗近似式から解いて、シフトSx,Sy、倍
率B=(Bx+By)/2、回転θ=(θx+θy)/
2を求める。求まったシフトSx,Syと回転θはアラ
イメント時の補正量とし、レチクルステージを駆動する
か、もしくは露光時にウエハステージを駆動しても良
い。また倍率Bは投影光学系の倍率を変化させて補正す
る。
【0019】設計上のレチクルマーク位置をDi とし、
基準マークとレチクルマークの位置ずれ計測値をLi
する。Di をDi'に補正変換したとき、補正後の位置ず
れ誤差Ri は、
【0020】
【数3】 となる。各々の補正はこの誤差Ri の2乗和平均を最小
とするように行う。すなわち、
【0021】
【数4】 を最小とすることになる。各々の補正量を上記のように
記述すると、
【0022】
【数5】 となる。よって(5)式は、
【0023】
【数6】 となり、これを最小とするSx,Sy,θx,θy,B
x,Byを求める。Sx,Syは並進成分を表し、この
値に従ってレチクルステージもしくはウエハステージを
補正駆動する。θ=θx+θyは回転成分を表し、この
値に従って同じくレチクルステージもしくはウエハステ
ージを補正駆動する。B=Bx+Byは倍率成分を表
し、この値に従って、投影倍率を変更する。投影倍率の
変更は、投影光学系の一部もしくは全部を駆動すること
によって行ってもよいし、投影光学系間の気体圧を増減
させて行ってもよいし、また露光波長を変化させること
によって行ってもよい。
【0024】上式では、回転と倍率のx,y成分を独立
して求め、補正駆動値を算出する際にxとyの平均をと
ったが、最初からθ=θx=θy、B=Bx=Byとし
て計算してもよい。補正駆動の間隔については、第1の
実施例で示した考えをそのまま適用することができる。
【0025】(第3の実施例)図3は、本発明の第3の
実施例に係るステップアンドスキャン方式の露光装置の
説明図である。レチクルステージ上部に計測用スコープ
を2個配置し、投影光学系の鏡筒に固定された2個の基
準マークとのずれを計測している。レチクルステージを
駆動すれば、2個のスコープにもかかわらず、4点以上
の計測が可能となる。
【0026】すなわち、ステップアンドスキャン機の場
合には、図3に示すように、基準マーク4L,4R,5
L,5Rと専用スコープ7L,7Rを配置すれば、第1
の実施例と同様に、静止位置でレチクル6の伸び量を計
測することができる。またレチクルスキャン機の特徴を
生かして、レチクルステージ12を駆動することで、一
点の基準マーク4L,4Rに対する複数点のレチクルマ
ーク5L,5R,17L,17Rのずれを計測すること
ができる。この場合レチクルステージの干渉計13基準
でレチクル6の伸び量が計測されることとなる。図3に
おいて、15はマーク検出系、16はステージ駆動系で
あり、図1と同一の番号は図1と共通または対応する部
材を示す。
【0027】図3に示す例では、スキャン直交方向に
は、2個の専用スコープ7L,7Rを設置し、投影レン
ズの鏡筒に固定された基準マーク4R,4Lとレチクル
マーク5R,5Lのずれ量から、レチクルの倍率を求め
ている。またスキャン方向では、前記スコープ7L,7
Rを使用し、レチクルステージ12を駆動することによ
り、前記基準マーク4R,4Lとレチクルマーク17
L,17Rのずれ量を計測する。ここでレチクルマーク
5Lと17L、レチクルマーク5Rと17Rはそれぞれ
レチクルステージ駆動方向に配置されている。レチクル
ステージ12の駆動量(干渉計13の読み値)と、レチ
クルマーク17Lと5Lの計測値の差分から、駆動方向
におけるレチクル倍率が求められる。このときレチクル
マーク17Rと5Rの計測値の差分も求め、両者の平均
値を使うことにより精度向上を計っている。
【0028】スキャン方向の倍率とスキャン直交方向の
倍率の2つの倍率が求められると、スキャンシステムの
場合、この2つの倍率はそれぞれ補正することができ
る。すなわち、スキャン直交方向の倍率は投影光学系の
倍率を変化させて補正する。スキャン方向の補正は、レ
チクルスキャン速度とウエハスキャン速度の比率を変化
させて倍率補正を行う。レチクルが等方向に伸びている
という仮定をすれば、スキャン方向とスキャン直交方向
の両者の倍率の平均値を使うこともできる。このように
すれば、2種類の基準からのずれを計測することによ
り、計測精度の平均化による向上が期待できるだけでな
く、一方の基準が機械的にずれてしまった場合などに生
じる異常値の判別もできる。
【0029】(第4の実施例)図4は、本発明の第4の
実施例に係るステップアンドスキャン方式の露光装置の
説明図である。図4の装置においてはレチクルステージ
12上に基準マークを設けている。このため、レンズ鏡
筒に基準マークを固定する必要がないため、レチクルス
テージ近傍の空間配置が楽になる。
【0030】このようにステップアンドスキャン機の場
合、レチクルステージ12上に基準マークを設置して
も、倍率計測が可能である。この様子を図4に示す。図
4では、レチクル6上の4カ所にマーク5L,5R,1
7L,17Rを置き、それぞれの対応するレチクルステ
ージ12上の位置に基準マーク4L,4R,14L,1
4Rを設けている。計測用のスコープは2カ所に置いて
ある。この場合、レチクルステージ12をスコープ7
L,7Rの直下に移動させて、計測することになる。こ
の場合の計測値はレチクル倍率だけでなく、レチクルス
テージ干渉計13による計測もも同時に行うことによっ
て、レチクル位置の計測にも使用できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
露光装置のスループットに影響を及ぼすことなく、原板
の熱膨張量を計測し、補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例に係るステッパの説明
図であり、(a)は上面図、(b)は側面図である。
【図2】 本発明の第2の実施例に係るステッパの説明
図である。
【図3】 本発明の第3の実施例に係るステップアンド
スキャン方式の露光装置の説明図である。
【図4】 本発明の第4の実施例に係るステップアンド
スキャン方式の露光装置の説明図である。
【符号の説明】
4L,4R,14R:レチクル基準マーク、5L,5
R,17L,17R:レチクルマーク、7L,7R,1
0L,10R,10U,10D:計測用スコープ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成8年10月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原板の像を投影光学系を介して被露光基
    板上に露光する投影露光装置において、原板の伸び量を
    計測する手段と、その伸び量に応じて投影光学系の倍率
    を制御する手段とを具備することを特徴とする投影露光
    装置。
  2. 【請求項2】 原板の像を投影光学系を介して被露光基
    板上に露光する投影露光装置において、原板の変形量を
    計測する手段と、その変形量に応じて投影光学系の倍
    率、原板と被露光基板の相対回転量および相対位置を制
    御する手段とを具備することを特徴とする投影露光装
    置。
  3. 【請求項3】 原板の像を被露光基板上に投影する投影
    光学系と原板および被露光基板とを相対的にスキャンし
    て原板の像を被露光基板上に露光する投影露光装置にお
    いて、原板の変形量を計測する手段と、その変形量に応
    じて投影光学系の倍率ならびに原板と被露光基板の相対
    回転量、相対スキャン方向および相対スキャン位置を制
    御する手段とを具備することを特徴とする投影露光装
    置。
  4. 【請求項4】 前記計測手段は前記投影光学系の原板側
    に取り付けられた基準マークに対して原板の伸び量を計
    測する請求項1〜3のいずれかに記載の投影露光装置。
  5. 【請求項5】 原板の像を投影光学系を介して被露光基
    板上に露光する投影露光装置において原板と被露光基板
    とを相対的に位置合わせする方法であって、原板の伸び
    量を計測し、その伸び量に応じて投影光学系の倍率を制
    御する投影露光装置の位置合せ方法。
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