JPH1167652A - Ｘ線露光方法及びｘ線露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線露光方法及びＸ線露光装置に関し、局所
性の強い非一様なパターンの重ね合わせずれを補正する
ことを目的とする。 【解決手段】 露光領域に比べて充分小さな領域を照射
するＸ線束でマスク３上を二次元走査することにより上
記マスク３上のパターンをウェーハ５上のパターンに重
ね合わせて露光するＸ線露光方法であって、上記Ｘ線束
の走査位置に応じて上記マスク３とウェーハ５の相対位
置を予め定めた変位量だけ変位させながら上記Ｘ線束を
走査するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ＩＣ製造工程
等で微細パターンの形成に用いられるＸ線露光方法及び
Ｘ線露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線露光方法では、マスクとウェーハを
対向して配置した状態でマスク上のパターンをウェーハ
上に露光するいわゆる近接露光方式が一般に用いられ、
半導体ＩＣの製造に際してはこの方式によってマスク上
のパターンをウェーハ上のパターンに重ね合わせて露光
する工程が繰り返し行われる。

【０００３】可視光や紫外線による通常の重ね合わせ露
光は、ウェーハに形成されている位置合わせ用マークと
マスク上の対応する位置に形成されている位置合わせ用
マークが一致するようにマスクとウェーハの相対位置を
定めることによって行われ、Ｘ線を利用した重ね合わせ
露光においても位置合わせ用マークの検出精度やマスク
とウェーハの相対位置の移動機構等に高い精度が要求さ
れる以外はほぼ同じ方法が用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パター
ンの微細化が進むと上述のような従来の重ね合わせ露光
方法を単に高精度化するだけでは対応できない問題が生
じる。即ち、マスクへのパターンの描画工程でマスクに
加わる局所的な歪、あるいはマスクをステージに固定す
る際に加わる局所的な歪等によってマスク上のパターン
には非一様な変形が生じ、また、ウェーハについても熱
処理等のプロセスあるいはステージに固定する際に加わ
る局所的な歪によってパターンに非一様な変形が生じる
が、パターンが微細化するとこのような非一様な歪に起
因するパターンの重ね合わせずれがパターン自体の寸法
に比べて無視できなくなる。このようなパターンの重ね
合わせずれは前述の位置合わせ用マークを用いてマスク
とウェーハの相対位置を固定する方法では解消すること
が困難である。

【０００５】そこで、非一様に変形したパターンの重ね
合わせずれを補正するため、例えば、線状あるいは円弧
状の露光線を走査する際に、走査方向に対しては走査位
置に応じてマスクとウェーハの相対位置を変化させると
ともに、走査方向と直交する方向についてはマスクの温
度を変化させその熱変形を利用してマスクとウェーハの
相対位置を変化させる方法が提案されている。しかし、
熱変形を利用する方法では不均一な重ね合わせずれに対
処することが困難である。

【０００６】また、特開昭６３−１２８７１３号公報に
は、マスクとウェーハの初期位置合わせ後に微小送り機
構によりマスクとウェーハの相対位置をずらせながら露
光走査を行う方法が示されている。この方法では重ね合
わせずれの程度に応じてマスクとウェーハの相対位置を
任意に変化させることができるため不均一な重ね合わせ
ずれが存在するにも対応可能である。上記公知資料に
は、露光線が一度に照射する領域の大きさについては特
に制限を設けず、露光領域に比べて無視できない長さの
円弧状の照射領域を持つ露光線で露光走査を行う例が記
載されている。しかし、露光線が一度に照射する照射領
域内ではマスクとウェーハが一括露光されるため、この
照射領域内で重ね合わせずれの大きさと方向が大きく変
化するような局所性の強い重ね合わせずれがあった場合
にはその補正が難しいという問題がある。

【０００７】そこで本発明は、局所性の強い非一様なパ
ターンの重ね合わせずれを補正することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、露光
領域に比べて充分小さな領域を照射するＸ線束でマスク
上を二次元走査することにより上記マスク上のパターン
をウェーハ上のパターンに重ね合わせて露光するＸ線露
光方法であって、上記Ｘ線束の走査位置に応じて上記マ
スクとウェーハの相対位置を予め定めた変位量だけ変位
させながら上記Ｘ線束を走査することを特徴とするＸ線
露光方法、あるいは、上記マスクとウェーハに形成され
ている位置合わせ用マークを検出しその結果に基づいて
上記マスクとウェーハの相対位置を定め、しかる後上記
相対位置でのマスクとウェーハのパターンのずれを検出
しその結果に基づいて露光領域内の各位置で上記ずれを
補正するための上記相対位置の補正量を算出し、上記Ｘ
線束の走査位置に応じて上記相対位置を上記補正量だけ
変位させながら上記Ｘ線束を走査することを特徴とする
上記Ｘ線露光方法、あるいは、マスク上のパターンをウ
ェーハ上のパターンに重ね合わせて露光するＸ線露光装
置であって、Ｘ線源から出射されたＸ線を露光領域に比
べて充分小さな照射領域を有するＸ線束に収束させマス
ク上で二次元走査させるＸ線束走査部と、露光領域内の
各位置で上記マスクとウェーハのパターンの位置ずれを
検出する位置ずれ検出部と、上記位置ずれ検出部の結果
に基づいて露光領域の各位置で上記位置ずれを補正する
ための変位量を算出する位置ずれ算出部を備え、上記Ｘ
線束の走査位置に応じて上記マスクとウェーハの相対位
置を上記位置ずれ算出部で算出した変位量だけ変位させ
ながら上記Ｘ線束を走査することを特徴とするＸ線露光
装置によって達成される。

【０００９】マスクあるいはウェーハに生じた非一様な
歪によってパターンの重ね合わせずれが生じた場合、本
発明では予め定めた変位量だけマスクとウェーハの相対
位置を変位させながら露光領域に比べて充分小さな照射
領域を有するＸ線束で露光領域全面を二次元走査するよ
うにしているため、局所性の強いパターン変形があった
場合にも高い重ね合わせ精度を得ることができる。

【００１０】また、位置合わせ用マークを検出して定め
たマスクとウェーハの相対位置でのパターンの重ね合わ
せずれを補正する補正量を露光領域内の各位置で予め算
出し、上記相対位置を上記補正量だけ変位させながらＸ
線束を走査するようにしているので、歪の不均一性の度
合いにかかわらず正確なパターンの重ね合わせが可能と
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例に係るＸ線
露光装置の構成を示すブロック図である。同図におい
て、１は電子蓄積リングを用いたＸ線源、２はＸ線源１
から出射したＸ線をスポット状に収束して露光領域を二
次元走査するＸ線束走査部、３はマスク、４はマスク３
を保持するマスクステージ、５はウェーハ、６はウェー
ハ５を保持するウェーハステージ、７はマスクステージ
４及びウェーハステージ６を駆動するステージ駆動部、
８はマスク３とウェーハ５上に形成されている位置合わ
せ用マーク及び後述する重ね合わせ用マークを検出する
マーク検出部、９はマーク検出部８からの信号に基づい
てマスク３とウェーハ５の相対位置のずれを算出する位
置ずれ算出部、10は位置ずれ算出部９からの信号に基づ
いてステージ駆動部７及びＸ線束走査部２を制御する制
御部である。

【００１２】図２(1) 、(2) はＸ線束走査部の構成を示
す図であり、Ｘ線源１は電子蓄積リングからのシンクロ
トロン放射光を利用して水平方向への広がりをもったＸ
線を出射させる。同図(1) は上記Ｘ線を水平方向から見
た側面図、同図(2) は上記Ｘ線を鉛直方向から見た平面
図を示しており、Ｘ線源１から出射したＸ線は曲面鏡Ｍ
１で一定角度以内の成分が集められ、続いて曲面鏡Ｍ２
で平行化された後曲面鏡Ｍ３で反射され、さらに曲面鏡
Ｍ４で収束されてＸ線束が形成された後マスク３上を照
射する。

【００１３】上記構成において、曲面鏡Ｍ３を水平方向
に揺動させると、同図(2) に点線で示したようにＸ線束
を水平方向に走査することができ、また、曲面鏡Ｍ４を
鉛直方向に揺動させると、同図(1) に点線で示したよう
にＸ線束を鉛直方向に走査することができる。同図(1)
中には、スポット状のＸ線束11が露光領域を走査する様
子を正面から見た図が合わせて示されている。同図にお
いて、矢印12、13はそれぞれ曲面鏡Ｍ３、Ｍ４の揺動に
よるＸ線束11の走査軌跡を表したものであり、これによ
り露光領域の全面をＸ線束11で二次元走査することがで
きる。

【００１４】次に、図１を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。まず、前工程で既にパターン及び位置合
わせ用マークが形成されているウェーハの中からパイロ
ットウェーハとして用いるウェーハを選んでウェーハス
テージ６に固定する。そして、マスクステージ４には、
このウェーハ５上のパターンに重ね合わせるべきパター
ンが形成されているマスク３を固定する。マスク３には
ウェーハ５の位置合わせ用マークと対応する位置に位置
合わせ用マークが形成されている。

【００１５】以上のようにウェーハ５とマスク３が対向
して配置された状態でマーク検出部８によってウェーハ
５とマスク３の位置合わせ用マークを検出する。マーク
検出部８は、例えば高倍率の光学顕微鏡等から成ってお
り、露光領域内の複数箇所に配置されているウェーハ５
とマスク３の位置合わせ用マークの像を全て検出して位
置ずれ算出部９に送る。位置ずれ算出部９は各位置合わ
せ用マークの像を比較して位置ずれの大きさと方向を検
出し制御部10に送る。

【００１６】制御部10は各位置合わせ用マークの位置ず
れを最小にするようにウェーハステージ６の変位量を定
める。マスク３あるいはウェーハ５に非一様な歪みがあ
った場合、一般には露光領域上で離れた位置に形成され
ている全ての位置合わせ用マークを一致させることはで
きない。そのため、制御部10は最小自乗法等を用いて全
ての位置合わせ用マークの位置ずれを平均したものが最
小となるようにウェーハステージ６の変位量を決め図示
しない内部メモリに記憶させる。

【００１７】ついで、ステージ駆動部７は制御部10によ
って内部メモリから読み出されて送られてきた変位量で
ウェーハステージ６を移動させる。これによってウェー
ハ５とマスク３の相対位置が定められ、この状態で通常
のＸ線一括露光を行う。

【００１８】以上述べた工程においてウェーハ５上に位
置合わせ用マーク以外に複数個の重ね合わせ用マークを
形成しておき、また、マスク３上にも上記重ね合わせ用
マークに対応する重ね合わせ用マークを形成しておく。
これによってウェーハ５上には重ね合わせ用マークが転
写されることになるが、非一様な歪みがあった場合には
ウェーハ上に前工程で形成されている重ね合わせ用マー
クと新たに転写された重ね合わせ用マークは一般には一
致しない。

【００１９】図３は露光領域の形状を模式的に示した図
であり、同図(1) はウェーハ５あるいはマスク３の非一
様な歪によって変形した補正前の露光領域の例を示して
いる。同図(1) 中に示した矢印は、拡大図で示した重ね
合わせ用マークのずれの大きさと方向を表しており、露
光領域内で一定間隔をもって配置された重ね合わせ用マ
ークのずれの大きさと方向が局所的に異なっている様子
を示している。

【００２０】マーク検出部８は前述した位置合わせ用マ
ークと同様に露光領域内の各位置における重ね合わせ用
マークの像を検出して位置ずれ算出部９に送る。位置ず
れ算出部９は各重ね合わせ用マークの像を比較してずれ
の大きさと方向を検出し制御部10に送る。制御部10は各
重ね合わせ用マークについてずれの方向が反対で大きさ
が同一の補正値を算出する。また、隣接する重ね合わせ
用マーク間では比例配分等の方法によって補正値を算出
し、これらの補正値を内部メモリに記憶させる。

【００２１】以上のようにパイロットウェーハを用いて
露光領域の各位置におけるずれ補正値を取得した後、前
工程でパターンの形成されているウェーハについて以下
のような重ね合わせ工程を行う。即ち、ウェーハ５をウ
ェーハステージ６に固定しマスクステージ４に固定され
ているマスク３と対向して配置する。ついで、制御部10
は前述の位置合わせ用マークの検出結果から得られた変
位量を内部メモリから読みだしてステージ駆動部７に送
り、ステージ駆動部７はウェーハステージ６を駆動して
ウェーハとマスクの相対位置を定める。

【００２２】ついで、制御部10はＸ線束走査部２を駆動
してＸ線束を走査するとともに、Ｘ線束の走査位置に同
期させて内部メモリから読みだした補正値をステージ駆
動部７に送り、ウェーハステージ６を上記相対位置から
上記補正値だけ変位させながら露光領域を二次元走査す
る。

【００２３】図３(2) は上記工程によって露光領域の歪
が補正された状態を示しており、同図中に示した矢印は
補正値を示している。Ｘ線束の照射面積が露光面積に比
べて充分小さいため、局所的に大きな歪みがあった場合
にも重ね合わせずれを高精度で補正することができる。

【００２４】上記実施例では、位置合わせ用マークの他
に重ね合わせ用マークを形成して補正値を算出してお
り、この重ね合わせ用マークの配置数、配置間隔等によ
って必要なだけの精度で補正値を得ることができる。逆
に、歪の局所性が大きくない場合には重ね合わせ用マー
クを用いることなく位置合わせ用マークのみを用いて補
正値を算出してもよい。

【００２５】また、上記実施例では、Ｘ線束を露光領域
の全面にわたって二次元走査するＸ線走査部の構成とし
て、図２で説明したように曲面鏡Ｍ３、Ｍ４を揺動させ
る方式を用いたが、これに限られるものではなく、以下
に示す方式を用いることができる。

【００２６】図４〜図５はＸ線束走査部の他の構成を示
したものであり、図２(1) と対応してＸ線を水平方向か
ら見た側面図を示しており、図２と同一の機能を有する
ものには同一番号を付してある。まず、図４に示した構
成では、Ｘ線源１から出射したＸ線は曲面鏡Ｍ１で一定
角度以内の成分が集められ、続いて曲面鏡Ｍ２で平行化
された後スリット部Ｓに入射される。スリット部Ｓは同
図中に示したように細長い間隙14を有するＸ線遮蔽板15
から成っており、水平方向に広がったＸ線はこの間隙14
によって狭い帯状のＸ線束に整形される。そして、スリ
ット部Ｓを水平方向に機械的に揺動させるとＸ線束を水
平方向に走査することができ、また、曲面鏡Ｍ２を鉛直
方向に揺動させることにより同図中点線で示したように
Ｘ線束を鉛直方向に走査することができる。即ち、上記
構成では、スリット部Ｓと曲面鏡Ｍ２を揺動させること
により露光領域全面を走査するようにしている。

【００２７】図5 に示した構成は図２に示した構成とほ
ぼ同一であるが、図２では曲面鏡Ｍ４を鉛直方向に揺動
させることによりＸ線束の鉛直方向への走査を行ってい
たのに対し、図５では、マスクステージ４とウェーハス
テージ６を鉛直方向に揺動させ、これによってＸ線束を
二次元走査するようにしている。

【００２８】また、上述した構成以外にも図４で説明し
たスリット部Ｓと図５で説明したウェーハステージの揺
動を組み合わせることにより曲面鏡を揺動させることな
く露光領域を二次元走査することもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によればウェーハ
及びマスクに非一様な歪みがあった場合にもパターンの
重ね合わせ精度を低下させることがないため、微細パタ
ーンの重ね合わせを行う上で有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係るＸ線露光装置の構成を
示すブロック図。

【図２】 Ｘ線束走査部の構成を示す図であり、(1) は
側面図、(2) は平面図である。

【図３】 露光領域を示す模式図であり、(1) は補正
前、(2) は補正後の状態を示す図である。

【図４】 Ｘ線束走査部の他の構成を示す図（その１）

【図５】 Ｘ線束走査部の他の構成を示す図（その２）

【符号の説明】

１ Ｘ線源 ７ ステージ駆動部 ２ Ｘ線束走査部 ８ マーク検出部 ３ マスク ９ 位置ずれ算出部 ４ マスクステージ 10 制御部 ５ ウェーハ 11 Ｘ線束 ６ ウェーハステージ 15 Ｘ線遮蔽板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光領域に比べて充分小さな領域を照射
   するＸ線束でマスク上を二次元走査することにより上記
   マスク上のパターンをウェーハ上のパターンに重ね合わ
   せて露光するＸ線露光方法であって、 上記Ｘ線束の走査位置に応じて上記マスクとウェーハの
   相対位置を予め定めた変位量だけ変位させながら上記Ｘ
   線束を走査することを特徴とするＸ線露光方法。
2. 【請求項２】 上記マスクとウェーハに形成されている
   位置合わせ用マークを検出しその結果に基づいて上記マ
   スクとウェーハの相対位置を定め、しかる後上記相対位
   置でのマスクとウェーハのパターンのずれを検出しその
   結果に基づいて露光領域内の各位置で上記ずれを補正す
   るための上記相対位置の補正量を算出し、 上記Ｘ線束の走査位置に応じて上記相対位置を上記補正
   量だけ変位させながら上記Ｘ線束を走査することを特徴
   とする請求項１記載のＸ線露光方法。
3. 【請求項３】 マスク上のパターンをウェーハ上のパタ
   ーンに重ね合わせて露光するＸ線露光装置であって、 Ｘ線源から出射されたＸ線を露光領域に比べて充分小さ
   な照射領域を有するＸ線束に収束させマスク上で二次元
   走査させるＸ線束走査部と、 露光領域内の各位置で上記マスクとウェーハのパターン
   の位置ずれを検出する位置ずれ検出部と、 上記位置ずれ検出部の結果に基づいて露光領域の各位置
   で上記位置ずれを補正するための変位量を算出する位置
   ずれ算出部を備え、 上記Ｘ線束の走査位置に応じて上記マスクとウェーハの
   相対位置を上記位置ずれ算出部で算出した変位量だけ変
   位させながら上記Ｘ線束を走査することを特徴とするＸ
   線露光装置。