JPH0567555A

JPH0567555A - 投影露光方法

Info

Publication number: JPH0567555A
Application number: JP3226889A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kato; 毅加藤; Masayuki Hiranuma; 雅幸平沼; Yasuo Kiguchi; 保雄木口; Shinji Kuniyoshi; 伸治国吉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】投影露光方法において、重ね合わせ精度を向上
する。【構成】マスクの描画パターンを光学軸に沿って被転写
基板７に転写する投影露光方法において、互いに離隔し
た基準位置に複数個のマーク１１',１２',１３',１４'
が形成されている第１マスクの第１描画パターンを被転
写基板７表面に転写する工程と、該被転写基板７に転写
された第１描画パターンのマーク１１,１２,１３,１４
間の離隔距離を検出し、該離隔距離と前記基準位置間距
離から描画パターンの歪量を検出する工程と、該検出さ
れた歪量に近似させて、第２マスク１の第２描画パター
ン又は被転写基板７を光学軸に対して変化させ、被転写
基板７に第２マスク１の第２描画パターンを形成する工
程とを備える。【効果】マスク１の傾きを制御し、投影される描画パタ
−ンを歪ませることができるので、ウエ−ハ７の歪に合
わせてパタ−ンを投影し、合わせ精度を向上することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光方法に関し、
特に、マスクの描画パターンを被転写基板に転写する投
影露光方法に適用して特に有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハの製造プロセスにおい
て、投影露光装置が使用されている。この種の技術に関
しては、例えば、特開昭６３−１６４２１２号公報に記
載されている。

【０００３】前記公報に記載されているように、投影露
光装置の重ね合わせマッチング精度を向上させるために
は、投影光学系の倍率誤差に対する補正を行なうことが
必要である。

【０００４】倍率誤差に対する補正は、例えば、方形状
の投影領域の４隅に重ね合わせマークを形成しておき、
この合わせマークを次回露光時に検出し、検出された合
わせマークの位置と、本来合わせマークがあるべき位置
（基準位置）とのずれを検出し、検出されたずれに合う
ように倍率を補正することにより行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は前記従来技術を検討した結果、以下のような問題点
を見出した。

【０００６】半導体ウェーハの製造工程においては、熱
処理時の応力等によって、半導体ウェーハが不均一に変
形し、そり、伸び、縮み等が発生する。この種の技術に
関しては、例えば、エス・ピー・アイ・イー、第１２６
４号、オプティカル／レーザ、マイクロリソグラフィ
（１９９０年）第５４頁及び第５５頁（ＳＰＩＥＶo
l．１２６４Ｏptical／Ｌaser Ｍicrolithography
（１９９０）ＰＰ５４−５５）に記載されている。

【０００７】前記文献に記載されるように、半導体ウェ
ーハが不均一に変形している場合、方形状に露光された
領域が、台形状等に歪んでしまう。この場合、前記従来
の補正方法では、投影領域の４隅のうちの２つの合わせ
マークにしか重ね合わせることができなくなり、重ね合
わせマッチング精度が低下するという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、投影露光方法において、
重ね合わせ精度を向上することが可能な技術を提供する
ことにある。

【０００９】本発明の前記並びにその他の特徴と本明細
書の記載によって明らかになるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すればつぎ
の通りである。

【００１１】（１）マスクの描画パターンを光学軸に沿
って被転写基板に転写する投影露光方法において、互い
に離隔した基準位置に複数個のマークが形成されている
第１マスクの第１描画パターンを、被転写基板表面に転
写する工程と、該被転写基板に転写された第１描画パタ
ーンのマーク間の離隔距離を検出し、該検出された離隔
距離と前記基準位置間距離とを比較し、第１描画パター
ンの歪量を検出する工程と、該検出された歪量に近似さ
せて、第２マスクの第２描画パターン又は被転写基板を
光学軸に対して変化させ、被転写基板に第２マスクの第
２描画パターンを形成する工程とを備える。

【００１２】（２）前記第２マスクの第２描画パターン
又は被転写基板を、前記光学軸に対して微小角度変化さ
せる。

【００１３】

【作用】前述した手段（１）または（２）によれば、前
記第１パターンの描画パターンの歪み量に対応して第２
マスクの第２描画パターンまたは被転写基板を光学軸に
対して変化させたことにより、被転写基板の歪みによっ
て歪んだ第１描画パターンに、意図的に歪ませた第２描
画パターンを近似させて重ね合わることができるので、
重ね合わせ精度を向上することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。

【００１５】なお、同一機能を有するものには同一の符
号を付け、繰り返しの説明は省略する。

【００１６】本発明の実施例の投影露光装置の構成を、
図２（本発明の実施例の縮小投影露光装置の概略を示す
側面図）を用いて説明する。

【００１７】図２に示すように、本実施例の投影露光装
置は、マスク１上に形成された描画パターンを、投影レ
ンズ６で縮小し、半導体ウエーハ７に転写する縮小投影
露光装置である。同図２中には、半導体ウエーハ７とマ
スク１との軸上物点の共役関係を表わす光線およびマー
ク検出光の光線を実線で示す。なお、前記縮小投影露光
装置の結像系は、投影レンズ６に対して、像側（半導体
ウェーハ７側）のみテレセントリックであり、光源側
（マスク１側）は、非テレセントリックになっている。

【００１８】前記マスク１は、マスク支持台２上に載置
されている。このマスク支持台２は、マスク支持台傾斜
制御装置３，４（５）により、同図２の矢印方向に傾斜
させられるので、マスク１の法線と光学軸との角度が微
小角度変化する。前記マスク支持台傾斜制御装置３，４
（５）の制御は、演算部２４により行なわれる。この演
算部２４は、例えば、論理回路部とメモリ部から構成さ
れるＣＰＵ（ＣentralＰrocessing Ｕnit：中央処理装
置）で構成されている。この演算部２４のメモリ部に
は、露光領域（９）間の距離、露光領域（９）の面積、
位置合わせ用のマーク（１１',１２',１３',１４'）の
基準位置、半導体ウェーハ７が載置されるステージの原
点等のデータが記憶されている。

【００１９】前記半導体ウェーハ７は、Ｚ駆動台２１上
に載置されている。このＺ駆動台２１は、Ｚ駆動台制御
部２２により制御される。このＺ駆動台２１の動きは、
ステップ誤差検出器２３により監視される。このステッ
プ誤差検出器２３で監視された情報は、演算部２４に出
力される。前記Ｚ駆動台２１は、Ｘ−Ｙ駆動台１９上に
配置されている。このＸ−Ｙ駆動台１９は、Ｘ−Ｙ駆動
台制御部２０により制御される。前記Ｚ駆動台制御部２
２及びＸ−Ｙ駆動台制御部２０の夫々の制御は、前記演
算部２４により行なわれる。これらのＺ駆動台２１、Ｚ
駆動台制御部２２、ステップ誤差検出器２３、Ｘ−Ｙ駆
動台１９、Ｘ−Ｙ駆動台制御部２０の夫々から、半導体
ウェーハ７を載置するステージは構成されている。

【００２０】このように構成される縮小投影露光装置に
おいては、ステップ駆動誤差検出器２３またはマーク検
知部２５，２６で、半導体ウェーハ７の歪み量εを検出
する。前記マーク検知部２５，２６は、例えば、ＣＣ
Ｄ、フォトカプラ等でラインセンサ状に構成されてい
る。このマーク検知部２５，２６で検出された情報は、
前記演算部２４に出力される。前記マーク検知部２５，
２６で歪み量εを検出する場合には、前記Ｘ−Ｙ駆動台
１９により半導体ウェーハ７をＸ−Ｙ方向に移動させる
ことにより、前記半導体ウェーハ７に前回の露光時に形
成されているマーク１１,１２（１３,１４）の位置を、
前記投影レンズ６を通して前記マーク検知部２５，２６
で走査し、これらのマーク１１,１２（１３,１４）の位
置を検出することにより行なわれる。歪み量εは、前記
検出されたマーク１１,１２（１３,１４）の位置と、こ
れらのマーク１１,１２,１３,１４の基準位置から演算
部２４で算出される。この歪み量εに基づき、前記演算
部２４は前記マスク支持台傾斜制御装置３,４（５）の
Ｚ方向移動量を算出する。前記演算部２４は、この算出
されたＺ方向移動量に基づいて前記マスク支持台傾斜制
御装置３,４（５）を制御し、マスク支持台２を傾け、
マスク１の法線と光学軸との角度を３６０度変化させ
る。次に、前記マスク支持台傾斜制御装置３，４，５
の構成を、図３（マスク支持台部分の要部平面図）、図
４（マスク支持台傾斜制御装置部分の要部断面図）及び
図５（マスク支持台傾斜制御装置部分の他の例を示す要
部断面図）の夫々を用いて説明する。

【００２１】図３に示すように、前記マスク支持台傾斜
制御装置３,４,５の夫々は、マスク支持台２の隣接する
２隅に３，４が設けられると共に、これに共役な一辺の
中央に５が設けられている。従って、マスク支持台２
は、３点が支持されることになり、マスク支持台３のが
たを最小限にすることができる。これらのマスク支持台
傾斜制御装置３,４,５の夫々は、例えば、図４に示すよ
うに、主に、支持台２５、ステッピングモータ２６、く
さび状移動部材２８の夫々から構成されている。前記ス
テッピングモータ２６の回転軸２７には、雄ねじが切っ
てあり、この雄ねじ部は、前記くさび状移動部材２８の
雌ねじ部２９と嵌合している。従って、前記回転軸２７
の回転により、くさび状移動部材２８は支持台２５上を
移動し、この結果、マスク支持台２がＺ方向に移動す
る。また、図５に示すように、支持台３０上に圧電素子
３１を介してマスク支持台２を設け、圧電素子２６に印
加する電圧を変化させることにより、マスク支持台２を
Ｚ方向に移動させることもできる。

【００２２】このように構成されるマスク支持台傾斜制
御装置３,４,５は、前記マスク支持台２を、夫々独立に
Ｚ方向に動かすので、光学軸とマスク支持台２とがなす
角度、すなわちマスク１の法線と光学軸とがなす角度を
微小角度高精度に傾けることができる。また、マスク１
の法線の光学軸に対する傾きを、精度良く維持すること
ができる。また、投影レンズ６の位置が固定された状態
で、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５でマスク１を傾
けた場合、投影レンズ６とマスク１との間隔が一様では
なくなることを示している。ここで、投影レンズ６のマ
スク１側は非テレセントリックとなっているため、マス
ク１内の位置によってその転写倍率が異なることとな
り、結果的に、半導体ウェーハ７に転写される投影像を
意識的に歪ませることができる。

【００２３】さらに、マスク支持台傾斜制御装置３,４,
５は、マスク１を傾けた状態で、マスク１を光学軸に対
して平行に移動させることもできる。この場合には、歪
の形状（投影像の歪み）を損なうことなく投影倍率だけ
をかえることができる。

【００２４】次に、本実施例の投影露光方法を、図１
（フローチャート）、前記図２、図６（半導体ウェーハ
の平面図）、図７（前記図６の露光領域を拡大して示す
要部平面図）の夫々を用いて説明する。なお、図６及び
図７では、図を見易すくするため、実際の歪み量よりも
半導体ウェーハ７の歪みを大きくして示す。

【００２５】まず、半導体ウェーハ７をＺ駆動台２１上
に載置する。この際、半導体ウェーハ７のオリエンテー
ションフラットとＺ駆動台２１の基準位置との位置合わ
せを行なう＜２０１＞。この後、半導体ウェーハ７の裏
面を吸着して、半導体ウェーハ７をＺ駆動台２１に固定
する。

【００２６】次に、半導体ウェーハ７のプリアライメン
ト（予備位置合わせ）を行なう＜２０２＞。この位置合
わせの際には、半導体ウェーハ７に形成されているマー
ク１１,１２,１３,１４の位置を検出し、この検出され
たマーク１１,１２,１３,１４の位置とＺ駆動台２１の
基準位置とを±１μｍ程度に合わせる。

【００２７】次に、マスク１と投影レンズ６との位置合
わせを行なう＜２０３＞。この位置合わせでは、マスク
１の中心と投影レンズ６の中心とを合わせる。

【００２８】次に、投影レンズ６と半導体ウェーハ７と
の位置合わせを行なう＜２０４＞。この位置合わせで
は、投影レンズ６を基準として、この投影レンズ６に対
して半導体ウェーハ７を移動させることにより位置合わ
せを行なう。この際の精度は、±０.１μｍ程度であ
る。この工程においては、図６に示すように、半導体ウ
ェーハ７が、製造工程での種々のストレス（応力）によ
り、前回露光時の形状７'から変形している。この結
果、露光領域９も、前回露光時の形状９'から歪んでい
る。

【００２９】ここで、図７に示すように、露光領域９の
４隅には、前回露光時に形成されたマーク１１,１２,１
３,１４が配置されている。これらのマーク１１,１２,
１３,１４の位置は、マーク検知部２５，２６によって
検出され、この検出された位置情報は、演算部２４に出
力される＜２０５＞。これらのマーク１１,１２,１３,
１４が前工程での形成された位置（１１',１２',１３',
１４'）を基準位置とし、この基準位置の座標を、夫
々、（Ｘ₁',Ｙ₁'）、（Ｘ₂',Ｙ₂'）、（Ｘ₃',Ｙ₃'）、
（Ｘ₄',Ｙ₄'）とする。前記半導体ウェーハ７が７'から
変形したことに伴ってマーク１１,１２,１３,１４の位
置は、夫々、１１',１２',１３',１４'から変化してい
る。この結果、マーク１１,１２,１３,１４の夫々の座
標は、（Ｘ₁,Ｙ₁)、(X₂,Ｙ₂）、（Ｘ₃,Ｙ₃）、（Ｘ₄,
Ｙ₄）に変化している。このとき、マーク１１−１２
間、１３−１４間、１３−１１間、１４−１２間の夫々
の歪みを、ε₁＝（Ｘ₁−Ｘ₁'−Ｘ₂＋Ｘ₂'）／（Ｘ₁−Ｘ
₂）、ε₂＝（Ｘ₃−Ｘ₃'＋Ｘ₄＋Ｘ₄'）／（Ｘ₃−Ｘ₄）、
ε₃＝（Ｙ₁−Ｙ₁'−Ｙ₃＋Ｙ₃'）／（Ｙ₁−Ｙ₃）、ε₄＝
（Ｙ₂−Ｙ₂'−Ｙ₄＋Ｙ₄'）／（Ｙ₂−Ｙ₄）で算出する＜
２０６＞。この歪みεの算出は、前記演算部２４で行な
われる。

【００３０】算出された歪みを補正するには、１１−１
２側、１３−１４側、１３−１１側、１４−１２側にお
けるマスク１のＺ位置を個別に変えて、夫々に対応する
部分の倍率を個別に操作、補正を加えば良い。ただし、
マスク１が剛体で変形しない場合、これら４箇所の位置
で同時にかつ独立にＺ位置を変えることは不可能であ
る。従って、以下のように補正が最大限有効となるよう
に、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５のＺ方向移動量
を算出する。例えば、マスク支持台傾斜制御装置３,４,
５のＺ方向移動量に対する倍率補正係数をη（ｐｐｍ／
μｍ）とすると、１１−１２側、１３−１４側、１３−
１１側、１４−１２側の歪み量（ε₁,ε₂,ε₃,ε₄）に
対応するマスクのＺ方向移動量はそれぞれηε₁,ηε₂,
ηε₃,ηε₄で与えられる。この値とマーク１１,１２,
１３,１４の座標を基に、補正後のマスク１の面を最小
二乗法より面を表す方程式αＸ＋βＹ＋Ｚ＝γにフィッ
ティングし、パラメ−タα、β、γを求める。このパラ
メータの算出は、前記演算部２４で行なわれる。

【００３１】次に、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５
のマスク１を中心とする座標（Ｘ３,Ｘ３）、（Ｘ４,Ｙ
４）、（Ｘ５,Ｙ５）を前記面を表わす方程式に代入
し、対応するＺ３、Ｚ４、Ｚ５を求める。たとえば、Ｚ
４＝γ−αＸ４＋βＹ４である。このＺ３、Ｚ４、Ｚ５
をマスクのＺ方向移動量とし補正量の算出は完了する＜
２０７＞。この補正量の算出は、前記演算部２４で行な
われる。もちろん再測定により、誤差補正後の歪量を計
測検査するクロ−ズル−プにすることも容易である。

【００３２】また、露光前に、半導体ウェーハ７の１０
ケ所程度の露光領域９の位置合わせ＜２０２＞を行なっ
た後、統計処理により、露光領域９のレイアウト状況を
把握し、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５のＺ方向移
動量Ｚ３,Ｚ４,Ｚ５を算出しても良い。前記統計処理、
Ｚ方向移動量の算出は、前記演算部２４で行なわれる。

【００３３】また、露光工程終了後に半導体ウェーハ７
上のフォトレジスト膜を現像し、この現像されたフォト
レジスト膜のマーク１１,１２,１３,１４と、前工程で
形成されたマーク１１',１２',１３',１４'（酸化膜、
導電膜等で構成される）との合わせずれを検出すること
により、歪みを検出することもできる。この場合には、
前記投影レンズ６を通してマーク１１,１２,１３,１４
の位置を検出する必要がないので、光学系と検出系で使
用する光源の種類を使い分けることができる。例えば一
方をレーザとし、他方をＸ線にすることもできる。

【００３４】次に、投影レンズ６と半導体ウェーハ７表
面との焦点を合わせる。この際、前記半導体ウェーハ７
をＺ駆動台２１、Ｘ−Ｙ駆動台１９の夫々を用いて傾
け、焦点を合わせる。また、同時に、前記算出されたＺ
方向移動量Ｚ３,Ｚ４,Ｚ５に基づき前記マスク支持台傾
斜装置３，４，５を制御し、マスク支持台２を傾け、マ
スク１の法線と光学軸との角度を変化させ、投影像を意
識的に歪ませる＜２０８＞。これらの処理は、前記演算
部２４からの制御により行なわれる。

【００３５】次に、マスク１の描画パターンを、半導体
ウェーハ７に露光する＜２０９＞。

【００３６】以上の工程により、マスク１の描画パター
ンを半導体ウェーハ７の一つの露光領域９に転写するこ
とができる。この後、半導体ウェーハ７の露光領域９の
位置を移動し、繰り返し露光する。この際には、前記＜
２０４＞から＜２０９＞までの処理を繰り返し行なう。

【００３７】以上、説明したように、本実施例の露光方
法によれば、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５のＺ方
向移動量Ｚ３,Ｚ４,Ｚ５を個別に制御することによっ
て、マスク１の法線と光学軸との角度を３６０度自由に
変えることができる。これにより、露光領域９の歪みに
近似させてマスク１の描画パターンを露光することがで
きるので、露光精度を向上することができる。

【００３８】また、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５
のＺ方向移動量Ｚ３,Ｚ４,Ｚ５を個別に制御することに
よって、レンズフィールド内で連続的に倍率を変化させ
ることができる。

【００３９】また、露光領域９の４隅に配置されるマー
ク１１,１２,１３,１４から、半導体ウエ−ハ７の露光
領域９の４辺の歪εを夫々計測し、この歪量εとすでに
与えられているマーク１１',１２',１３',１４'の基準
位置の座標、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５の座
標、倍率補正係数ηから、演算部２４により、半導体ウ
エ−ハ７の露光領域９の歪に近似した形に投影像を歪ま
せるべくマスク支持台傾斜制御装置３,４,５のＺ方向移
動量Ｚ３,Ｚ４,Ｚ５を算出することができる。

【００４０】また、重ね合わせて露光される描画パター
ン間の重ね合わせ精度が向上するので、前記露光方法に
よって製造される半導体装置の信頼性及び歩留りを向上
することができる。

【００４１】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能である。

【００４２】例えば、マーク１１,１２,１３,１４を４
隅に配置した場合を例に説明したが、４辺であっても良
いし、４隅と４辺両方を併用した場合でも良い。また、
複数のマークを同時に複数の検知部２５，２６によって
検出する方法を示したが、単一の検知部により、露光領
域９の全面を一括して走査することもできる。

【００４３】また、投影像を意識的に歪ませるための像
歪調整手段の作動方法は種種存在する。例えば、投影レ
ンズ６、マスク１間の距離と投影倍率との関係を予め調
べておき、要求される歪形状を、投影レンズ６に対しマ
スク支持台傾斜制御装置３,４,５の夫々に共約な位置で
の投影像の倍率に換算する。次に、換算された倍率と、
投影レンズ６、マスク１間の距離と投影倍率との関係と
比較し、マスク支持台傾斜制御装置３,４,５の夫々の移
動量を調整するようなシーケンスを組むこともできる。

【００４４】また、前記マスク７の３点を支持すると共
に、この３点のＺ方向移動量を変化させる例を示した
が、本発明は、マスク１の４隅でＴＴＬアライメントを
行ない、半導体ウェーハ７の歪みに対応してマスク１を
傾けることもできる。

【００４５】また、露光領域９の周囲の既に露光された
複数の露光領域のアライメント結果から、露光領域９の
歪み量を算出し、マスク１のＺ方向移動量を算出するこ
ともできる。

【００４６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００４７】投影露光方法において、重ね合わせ精度を
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の投影露光方法のフローチャート。

【図２】本発明の実施例の縮小投影露光装置の概略を示
す側面図。

【図３】前記縮小投影露光装置のマスク支持台部分の要
部平面図。

【図４】マスク支持台傾斜制御装置部分の要部断面図。

【図５】マスク支持台傾斜制御装置部分の他の例を示す
要部断面図。

【図６】半導体ウエ−ハの平面図。

【図７】前記図６の露光領域を示す要部平面図。

【符号の説明】

１…マスク、２…マスク支持台、３,４,５…マスク支持
台傾斜制御装置、６…投影レンズ、７…半導体ウェ−
ハ、９…露光領域、１１,１２,１３,１４…マーク、１
９…Ｘ−Ｙ駆動台、２０…Ｘ−Ｙ駆動台制御部、２１…
Ｚ駆動台、２２…Ｚ駆動台制御部、２３…ステップ駆動
誤差検出器、２４…演算部、２５,２６…マーク検知
部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者国吉伸治東京都小平市上水本町５丁目20番１号株式会社日立製作所武蔵工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクの描画パターンを光学軸に沿って
被転写基板に転写する投影露光方法において、互いに離
隔した基準位置に複数個のマークが形成されている第１
マスクの第１描画パターンを、被転写基板表面に転写す
る工程と、該被転写基板に転写された第１描画パターン
のマーク間の離隔距離を検出し、該検出された離隔距離
と前記基準位置間距離とを比較し、第１描画パターンの
歪量を検出する工程と、該検出された歪量に近似させ
て、第２マスクの第２描画パターン又は被転写基板を光
学軸に対して変化させ、被転写基板に第２マスクの第２
描画パターンを形成する工程とを備えたことを特徴とす
る投影露光方法。
【請求項２】前記第２マスクの第２描画パターン又は
被転写基板を、前記光学軸に対して微小角度変化させる
ことを特徴とする前記請求項１に記載の投影露光方法。