JPH0562880A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造工程に起因するウエハの伸縮による位置
ずれを低減し、かつ倍率算出精度の向上を図った露光装
置を提供する。 【構成】 マスクＲおよび基板Ｗを載置しているステー
ジ３近傍の環境計測手段１５、１６と、上記環境計測手
段により得られた環境に関する物理量より干渉計による
ステージ計測位置を補正する位置補正手段１７と、上記
環境計測手段により得られた大気圧の変化から投影光学
系の投影倍率をあらかじめ決められた倍率に等しくなる
よう補正する投影倍率補正手段１８と、露光光量を計測
積算し、積算露光量から投影光学系の投影倍率変化を算
出する積算露光量検出手段２０と、上記投影倍率変化か
ら、投影倍率をあらかじめ決められた倍率に等しくなる
よう補正する投影倍率補正手段１１と、マスク上の位置
会わせ用マークとウエハ上の複数の位置合わせ用マーク
との相対的な位置ずれを検出する検出手段と、該検出手
段により求められた複数の位置ずれ量からウエハの伸縮
率を求める手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は縮小投影光学系を用いて
電子回路パターンを半導体基板上に投影露光する縮小投
影型露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】縮小投影型露光装置においては、２次元
移動可能なステージ上に載置された半導体基板（ウエ
ハ）に形成された位置合わせ用マークを用いて、電子回
路パターンが形成されたマスク（レチクル）とウエハを
位置合わせした後に露光を行っている。このとき位置合
わせは、ウエハ上に形成される素子（チップ）毎に実行
するいわゆるダイバイダイによる方法と、ウエハ上の数
点のチップについて位置計測を行い、各位置ずれ量から
ウエハ全体の位置ずれを演算して各チップの位置ずれが
最小になるような位置にステージを動かし、位置合わせ
を行ういわゆるグローバルアライメントによる方法があ
る。このとき、各チップの中心の位置合わせは、ウエハ
を載置したステージを移動することにより行うことがで
きるが、チップ内の各点を位置合わせするためには、縮
小投影レンズの投影倍率を変化させる必要がある。この
際、従来はチップ内の既に一括して露光された複数のマ
ークの間隔からチップの形成されている倍率を算出して
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようにしてチップ倍率を算出する場合、その算出精度は
形成されたチップの大きさに依存する。例えば、５イン
チのウエハに１５mm角のチップが形成されている場合を
考えると、位置合わせ用マークの間隔はたかだか１５mm
であるのに対し、ウエハのサイズは１２５mmある。した
がってマークの位置検出に同じ方法を使うとすると、マ
ーク検出をウエハ全体に亘って行うことにより、倍率
（この場合はウエハ倍率となる）算出精度は約８倍高い
精度が期待できる。またウエハのチップ倍率が変動する
主要因として、半導体の製造工程に起因するものがあ
る。一般に半導体の製造は複数の工程から構成されてお
り、各工程においてウエハには熱処理のような様々な処
理が施されるが、ウエハはこの熱処理等の影響で変形を
起こすことがある。前記実施例においてこの変形がウエ
ハの伸縮という形で現れた場合、チップ倍率は変動する
ことになる。このチップ倍率の変動を正確に算出しなけ
れば正確な位置合わせはできず露光精度が低下する。

【０００４】本発明はこれらの点に鑑みなされたもので
あって、製造工程に起因するウエハの伸縮による位置ず
れを低減し、かつ倍率算出精度の向上を図った露光装置
の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、本発明では、縮小投影型露光装置におい
て、マスクおよび被露光基板であるウエハは各々２次元
移動可能なステージに載置され、マスクおよびウエハの
相対的な位置ずれを検出して位置合わせを行う。このよ
うな投影型露光装置において、各ステージはレーザ干渉
計等の位置計測手段により位置検出が行われる。レーザ
干渉計は計測系が位置する大気の環境の変動の影響を受
ける。大気圧、大気温度、湿度等の変化はレーザの波長
に変化を与えるため、これらの環境の変化は、ステージ
の位置計測に倍率誤差を与える。このため、レーザ干渉
系において大気圧、温度、湿度等を検出し、それらの値
を用いてレーザの波長を補正している。また、環境の変
化は投影光学系の結像倍率にも変化を与えるため、気圧
を計測し、その変化から投影光学系の結像倍率を気圧変
化に追従させる。また露光を繰り返し行うことにより、
投影光学系の結像倍率が変化するため、露光量の積算値
を検出し、この値から投影光学系の結像倍率を補正す
る。これらの補正が適切に実施されている装置におい
て、ウエハ上の複数のチップに亘って位置合わせ用マー
クを検出した場合、それにより算出される倍率は、従来
の技術に比較すると著しい精度向上を期待することがで
きる。本発明に係わる構成によった投影型露光装置によ
ればウエハ上の複数のマークを検出し、それらの検出位
置からウエハの伸縮を演算することによって投影光学系
の結像倍率を調整し、これによってウエハ伸縮による位
置ずれを補正することにより、チップ倍率の検出精度を
向上させ、チップ内の各点での位置合わせ精度を向上さ
せることが可能である。

【０００６】

【実施例】図１は本発明が適用された縮小投影型露光装
置の要部概略図である。露光用照明光源２から照射され
た露光用照明光束は、２次元移動可能なステージ１２に
載置されたレチクルＲ、投影光学系１を介して同じく２
次元移動可能なステージ３上に載置されたウエハＷ上に
レチクル上の電子回路パターンを投影している。レチク
ルステージ１２およびウエハステージ３は、おのおのＸ
Ｙ２軸方向にレーザ干渉計１３および１４を有してお
り、ステージの位置を高精度に検出している。同図１５
は、環境モニタ用センサであり、周囲の温度、気圧、湿
度を随時検出し、干渉計補正装置１７に検出値を送出し
ている。また同図１６は温度センサであり、レチクルま
たはウエハを載置しているステージの物体温度を計測す
る。干渉計補正装置１７は、センサ１５および１６から
入力した環境計測値、各ステージ温度からレーザ波長を
補正し、レーザ光波長を適切な値に補正する。また、干
渉計補正装置１７はステージ温度を用いてステージの伸
縮を算出し、ステージ伸縮による影響を考慮してレーザ
波長を補正している。

【０００７】同図１８は投影光学系の気圧倍率補正装置
であり、干渉計補正装置１７から大気の気圧を入力し、
気圧変動による倍率変動分を算出して倍率調整装置１１
に出力する。１９は照度センサであり、露光動作毎の照
度を積算照度計２０に送出している。一方位置合わせ用
照明光源４から照射された光束はビームスプリッタ５、
投影光学系１を介してウエハＷ上に形成されているウエ
ハマークＭW を照明している。ここでウエハマークは、
図２に示すような格子状マークである。ウエハから反射
した光束は、再び投影光学系１を介し、ビームスプリッ
タ５に到達し反射して結像光学系６を介してＣＣＤカメ
ラ等の撮像装置７の撮像面にウエハマークＭW の像を形
成している。撮像装置７の出力は位置計測装置８におい
てＡ／Ｄ変換され、２次元のディジタル信号となり、あ
らかじめ記憶されていたウエハマークのテンプレートと
パターンマッチングが演算される。この演算により相関
度の最も高い位置が、撮像装置７に対するウエハマーク
ＭW の相対的な位置として求められる。位置計測装置８
には、撮像装置７に対するレチクルＲの位置が不図示の
手段によって計測、記憶されており、レチクルＲとウエ
ハＷの相対的な位置ずれが演算される。同図１０は演算
装置であり、位置計測装置８によって演算された位置ず
れ量を入力し、ウエハの伸縮を演算する。倍率調整装置
１１は、投影光学系の結像倍率を気圧倍率補正装置１
８、積算照度計２０、および演算装置１０からの入力に
基づいて調整する。以下一連の動作を順番に説明する。

【０００８】干渉計補正装置１７は環境センサ１５、温
度センサ１６の計側値より、大気の物性変化によるレー
ザ波長変化、およびステージの温度変化による伸縮を考
慮してレーザ波長を随時補正する。これによりステージ
の倍率誤差は補正される。また同時に環境センサ１５に
より計測された気圧は気圧倍率補正装置１８に出力さ
れ、気圧倍率補正装置１８は常時倍率調整装置に対して
気圧変動による投影倍率の補正分を送出している。一方
積算照度計２０は露光動作毎に照度を積算した値を倍率
調整装置１１に送出している。以上の動作により、倍率
調整装置１１は気圧変化、および露光に伴う投影光学系
のエネルギ吸収による投影倍率の変化を考慮した補正係
数Ｋを算出する。

【０００９】一方ウエハＷはあらかじめ不図示の手段に
よってステージ３上に載置されており、おおまかな位置
合わせが済んでいるものとする。ここでウエハＷには、
例えば図３に示すようにチップが形成されているものと
する。まずステージ３は図３にＬで示されるチップ上の
ウエハマークＭＬが撮像装置７の視野内に入るよう移動
する。ここで上記に示した方法により、ウエハマークＭ
ＬのＸ方向の位置ずれ量Ｄ１x が計測される。次にステ
ージ３は図３にＲで示されるチップ上のウエハマークＭ
Ｒが撮像装置７の視野内に入るよう移動する。ここで再
び計測が行われ、そのときのウエハマークＭＲのＸ方向
の位置ずれをＤrxとする。次に演算装置１０はＤ１x 、
ＤrxおよびＨから、ウエハの伸縮率Ｍx を次式を用いて
計算する。

【００１０】次にステージ３は図３にＵで示されるチッ
プ上に形成されたウエハマークＭＵが撮像装置７の視野
内に入るよう移動する。ここで先に示したと同じ要領で
ウエハマークＭＵのＹ方向の位置ずれ量Ｄuyが計測され
る。次にステージ３は図３にＤで示されるチップ上のウ
エハマークＭＤが撮像装置７の視野内に入るよう距離Ｖ
だけ移動する。ここで再び計測が行われそのときのウエ
ハマークＭＤのＹ方向の位置ずれをＤdyとする。次に演
算装置１０はＤuy、ＤdyおよびＶから、ウエハのＹ方向
の伸縮率Myを次式を用いて計算する。

【００１１】このようにして計算されたウエハの伸縮率
Ｍx 、Ｍy は倍率調整装置１１に出力される。倍率調整
装置１１はウエハ伸縮率Ｍx 、Ｍy に基づいて、投影光
学系１の投影倍率Ｍが なるＭ’となるように縮小投影レンズ１−ａを駆動す
る。ここでＫは先に気圧変化および積算露光による倍率
変化を補正するために求められた補正係数である。これ
によってレチクルの投影倍率はウエハの伸縮率を正しく
補正するように調整され、ウエハの伸縮によるレチクル
とウエハの合わせ誤差をキャンセルすることが可能とな
る。この状態でウエハ上の数点のレチクル、ウエハ間の
ずれ量から位置合わせを行ういわゆるグローバルアライ
メントまたは、各チップ毎にアライメントを行うダイバ
イダイアライメントにより、ウエハ上の全てのチップに
ついて、露光、ステージ移動が繰り返される。また以上
の実施例においては、一つのウエハに対して４箇所のチ
ップについてウエハマーク計測を行いウエハ全体の伸縮
率を求めたがウエハの大口径化に伴ってウエハの伸縮率
がウエハ上の位置により異なることもある。このような
場合はウエハを図４に示すようにいくつかのブロックに
分け、各ブロックにおいてウエハの伸縮率を求め、各ブ
ロック毎に投影光学系１の投影倍率を調整してもよい。
この場合同図において各ブロックにおけるウエハの伸縮
率および補正係数が Ｍxi（ｉ＝１、２、３、４）、Ｍyi（ｉ＝１、２、３、
４）、Ｋｉ（ｉ＝１、２、３、４） として得られた場合、各ブロックにおいて となるように投影倍率が調整される。

【００１２】また本実施例では投影光学系のレンズを駆
動することで投影倍率を調整したが、投影光学系内の適
当なレンズ間の圧力を変化させてもよい。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればウ
エハの伸縮によるレチクルとウエハの位置合わせ誤差を
補正することが可能であり高精度の位置合わせを行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による露光装置の概略構成図である。

【図２】 ウエハ上に形成された位置合わせ用マークの
概略図である。

【図３】 位置合わせ用マークのウエハ上の位置関係図
である。

【図４】 ウエハをいくつかの領域に分割した場合のウ
エハの概略図である。

【符号の説明】

１；投影光学系、２；露光光源、３；ウエハステージ、
４；位置合わせ用照明光源、５；ビームスプリッタ、
６；結像光学系、７；撮像装置、８；位置計測装置、
９；ステージ駆動装置、１０；演算装置、１１；倍率調
整装置、１２；レチクルステージ、１３、１４；レーザ
干渉計、１５；環境センサ、１６；物体温度センサ、１
７；干渉計補正装置、１８；気圧倍率補正装置、１９；
照度センサ、２０；積算照度計、１−ａ；投影光学系内
で結像倍率調整のために駆動されるレンズ、Ｒ；レチク
ル、Ｗ；ウエハ、Ｍｗ；ウエハ上に形成された位置合わ
せ用のマーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影光学系を有し、該投影光学系に関し
   て互いに共役な位置にマスクおよび被露光基板を、レー
   ザ干渉計により位置計測される各々２次元移動可能なス
   テージに載置し、露光光を該マスクに照射して該マスク
   上に形成された電子回路パターンを該投影光学系を介し
   て投影露光する投影型露光装置であって、 マスクおよび被露光基板を載置している２次元移動可能
   ステージ近傍の大気の温度、湿度、気圧を計測する環境
   計測手段と、 上記環境計測手段により得られた環境に関する物理量よ
   り干渉計によるステージ計測位置を補正する位置補正手
   段と、 上記環境計測手段により得られた大気圧の変化から投影
   光学系の投影倍率をあらかじめ決められた倍率に等しく
   なるよう補正する投影倍率補正手段と、 露光用照明光源から照射される露光光量を計測、積算
   し、積算された露光量から投影光学系の投影倍率変化を
   算出する積算露光量検出手段と、 上記積算露光量検出手段により得られた投影倍率変化か
   ら、投影光学系の投影倍率をあらかじめ決められた倍率
   に等しくなるよう補正する投影倍率補正手段とを有し、 マスク上の位置会わせ用マークと、ウエハ上の複数の位
   置合わせ用マークとの相対的な位置ずれを検出する検出
   手段と、 該検出手段により求められた複数の位置ずれ量から、ウ
   エハの伸縮率を求める手段を有することを特徴とする露
   光装置。
2. 【請求項２】 前記手段により求められたウエハの伸縮
   率に基づいて、レチクルパターンのウエハに対する投影
   倍率を調整し、これによってレチクルとウエハの相対的
   位置ずれを補正することを特徴とする請求項１の露光装
   置。