JPH0740542B2 - 投影露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段 作用 実施例 本発明の投影露光方法の原理を示す斜視図 （第１図） 本発明の実施例に用いるマスタマスクの模式平面図（第
２図） 本発明の実施例に用いる基準マスクの模式平面図（第３
図） 本発明における投影露光方法に用いる反射型投影露光装
置の構成を模式的に示す側断面図 （第４図） 本発明の実施例により製造したワークマスクの模式平面
図 （第５図） 従来例における投影露光方法に用いる反射型投影露光装
置の構成を模式的に示す側断面図 （第６図） 発明の効果 〔概要〕 マスタマスク上の第１の位置合わせマークを、第１の光
学系により、バーニア用の第２の位置合わせマークをも
つ基準マスク上に結像せしめ、更にこの基準マスク上の
像を第２の光学系により被露光基板上に結像出来る様に
し、第１、第２の位置合わせマークを一緒に被露光基板
上に投影露光し、現像した後、この被露光基板上に転写
された第２の位置合わせマークに対する第１の位置合わ
せマークの位置ずれを計測することにより、各露光毎の
露光精度の確認を極めて容易に行う。

〔産業上の利用分野〕

本発明は投影露光方法に係り、特に等倍の投影露光方法
における露光精度の検出方法に関する。

半導体装置或いはフォトマスクの製造等においてパター
ンの転写に用いられる露光方法には、マスクと被露光基
板を密着して露光を行うコンタクト方式、マスクと被露
光基板を近接して配置し露光を行うプロキシミティ方
式、マスク像を光学系を介して被露光基板上に投影して
露光を行う投影方式がある。

第１のコンタクト方式はマスク面と被露光基板面を密着
させるため、間隙での光の回折が起こらず解像度は良い
が、密着させるためマスクに傷が付き易くマスクの寿命
を低下させ、歩留りが低下する。

第２のプロキシミティ方式は、マスクと被露光基板との
間を離すのでマスクを傷つけることによる欠陥はなくな
るが、間隙による回折現象があり解像度が良くない。

第３の投影方式には、マスク像をレンズにより縮小投影
しステップアンドリピートする縮小レンズ投影方式とマ
スク像を反射型光学系を介して被露光基板上に1:1に投
影して露光を行う反射型投影方式がある。

前者の縮小レンズ投影方式は、レクチルを用いて縮小投
影するため欠陥が生じ憎く解像度も高いが、スループッ
トが低い難点がある。

後者の反射型投影方式は、スリットを通した光をマスク
上と被露光基板上を同一方向、同一速度でスキャンし、
転写するものである。レンズの替わりに反射鏡を使って
光学系を構成しているので波長によって光路が異なるこ
とがなく、即ち色収差がないため、連続波長域の光源を
使用することが出来、レジスト内での光の干渉による定
在波効果を減らすことが出来る。更に、紫外光を用いる
と解像度を上げることが出来る。その露光のための紫外
光と位置合わせのための可視光が同じ結像特性を持つの
で位置合わせ精度も高い。

然しながら、この投影方式の露光装置は、マスクと被露
光基板が遠く離れているために、環境温度の変化等によ
り、マスク、光学系、被露光基板の相対位置が変動し、
これによって転写パターンに直交度やランナウト（伸び
縮み）のずれを生じパターンの転写精度が低下するとい
う難点があり、露光精度を検出することが製造品質を維
持する上に重要となる。

そこで、一回の露光毎に精度の検出が容易になし得るよ
うな露光方法が要望されている。

〔従来の技術〕

第６図は従来例における投影露光方法に用いる反射型投
影露光装置の構成を模式的に示す側断面図である。

この図において、１はマスタマスク、５は被露光基板、
11は光源系、13はアライメントスコープ、14はキセノン
水銀（Xe−Hg）ランプ、15、16、17、18は凹面鏡、19は
コールドミラー、20は円弧状スリット、21、22、23はア
ルミニウム（Al）ミラー、24はフィルタシャッタ、25は
ハーフミラー、26は台形ミラー、27は凹面鏡、28は凸面
鏡、29は対物レンズ、30はミラー、31は接眼レンズ、32
はキャリッジ、33はマスクホルダ、34は被露光基板セッ
ト用のディスクを示す。

即ち反射型投影露光装置においては、固定した台形ミラ
ー26、凹面鏡27、凸面鏡28等よりなる投影用光学系12の
周囲にあって、矢印ｍの方向（この図においては、右方
向）に移動するキャリッジ32の上面にマスタマスク１を
固定し、このキャリッジ32の下面には被露光基板５を固
定し、光源系11で形成したマスクの一片以上の長さを有
し、中央がこの図において左に膨らんだ円弧状の像を形
成する平行光線ビームＬによって、マスタマスク１上を
走査し、このマスタマスク１の光学像を前記投影用光学
系12を介して被露光基板５上に投影し露光を行う。

ここで、平行光線ビームＬを中央が左に膨らんだ円弧状
とするのは、凹面鏡27の一部の輪帯領域のみにおいて、
諸収差が殆ど０となるので、この領域の反射光のみを利
用するためである。

上記反射型投影露光装置を用いる従来の投影露光方法に
おいては、露光に先立って、マスタマスク１に形成され
ている第１の位置合わせマークと同一配設ピッチで複数
の第２の位置合わせマークが形成されている誤差検出用
の標準基板をキャリッジ32の下面にセットし、この標準
基板上にマスタマスク１上の第１位置合わせマークの像
を投影し、前記第２の位置合わせマークと第１の位置合
わせマークの投影像との重ね合わせ像をアライメントス
コープ13で観察し、その際検出される直交度やランナウ
ト等の誤差を、キャリッジ32を保持するエアベアリング
（図示せず）の上下左右のバランス等によって補正した
後、前記標準基板を取り外し、キャリッジ32に被露光基
板を順次セットして複数枚の異なる被露光基板に対して
マスクパターンの投影露光が行われていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然し従来の方法においては、初期の補正後複数枚の被露
光基板に投影露光を行っている途中で、温度変化等によ
って新たに生じた直交度やランナウト等誤差は被露光基
板に転写されたパターンを観察しただけでは検出され
ず、一枚一枚の被露光基板に転写されているパターンの
精度が不明確になっていた。

そのため従来方法でマスタマスクからパターンの転写を
行って複数枚のワークマスクを製造した際には、このワ
ークマスクの精度低下によりこのマスクを用いて形成す
る半導体装置等の製造歩留りや性能が低下するという問
題が生ずる。

そこで従来は上記問題を除去するために、マスクの比較
検査装置等によって、製造されたワークマスクの精度検
査もなされているが、この検査は操作が複雑なため検査
工数が非常に多くかかると云う問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明の投影露光方法の原理を示す斜視図で、
これにより説明する。

上記問題点の解決は、フォトマスクの光学像を光学系を
介し等倍で被露光基板上に投影し露光を行う投影露光方
法において、前記フォトマスク上にマスクパターン
（２）と共に、複数の第１の位置合わせマーク（３）を
分散配設してマスタマスク（101）となし、予め、複数
の第２の位置合わせマーク（６）のみを、前記マスタマ
スク（101）の第１の位置合わせマーク（３）と等しい
配設ピッチで形成した基準マスク（107）を、第１の光
学系（135）による前記マスタマスク（101の共役点に配
置し、更に第２の光学系（136）による前記基準マスク
（107）の共役点に被露光基板（115）を配置し、この被
露光基板（115）上に、前記マスタマスク（101）上の第
１位置合わせマーク（３）と、前記基準マスク（107）
上の第２の位置合わせマーク（６）とを同時に投影して
露光し、この被露光基板（115）の現像を行った後、こ
の被露光基板（115）上に転写された第２の位置合わせ
マーク（６）と第１の位置合わせマーク（３）との間の
相対的な位置ずれ（Δｄ）を計測し、これによってこの
被露光基板（115）上に転写されたマスクパターン
（２）の精度を検出する本発明により達成される。

〔作用〕

本発明の投影露光方法は、第１の光学系の手前に配置し
たマスタマスク上の複数の第１の位置合わせマークを、
複数の第２の位置合わせマークをもつ基準マスク上に投
影し、この基準マスク上に形成されたパターンを、更に
第２の光学系により被露光基板上に投影するものであ
る。

これにより、マスタマスク上のマスクパターンの投影露
光に際して、同時に被露光基板上に、マスマスク上の第
１の位置合わせマークと基準マスク上の第２の位置合わ
せマークが投影露光される。これを現像した後、この被
露光基板上に転写された基準マスクの第２の位置合わせ
マークに対する第１の位置合わせマークの位置ずれを計
測し、そのずれの量によって各被露光基板毎の露光精度
即ちパターンの転写精度の検出が容易になされる。

この方法によると、基準マスク上の第２の位置合わせマ
ークとマスタマスク上の第１の位置合わせマークの像と
を、第１の光学系で同一面上に形成したものを、さらに
第２の光学系で転写するので、第１の位置合わせマーク
は基準マスク面上に性格に結像させることが出来、収差
の少ない鮮明な位置合わせマークを被露光基板に得るこ
とが出来る。

かくて、例えばワークマスクの製造工程等において、露
光精度の補正が随時可能になるのでその製造歩留りが向
上し、且つ製造されたワークマスクの品質が確認出来る
ので、不十分な精度を有するワークマスクが半導体装置
等の製造工程に用いられるのが防止され、半導体装置の
製造歩留りや性能を向上せしめる効果を生ずる。

〔実施例〕

以下本発明の投影露光方法をマスク製造における一実施
例につき図を用いて具体的に説明する。

第２図は本発明の実施例に用いるマスタマスクの模式平
面図、 第３図は本発明の実施例に用いる基準マスクの模式平面
図、 第４図は本発明における投影露光方法に用いる反射型投
影露光装置の構成を模式的に示す側断面図、 第５図は本発明の実施例により製造したワークマスクの
模式平面図である。

第２図〜第５図において、同一対象物は同一符号で示
す。

本発明の投影露光方法によってフォトマスクを製造する
際に用いるマスタマスク101には、例えば第２図に示す
ように、所定のマスクパターン２のほかにマスクパター
ンの転写に支障のないマスクの周辺領域に所定の配設ピ
ッチで、第１のバーニアパターンとしての複数組のＸ、
Ｙ両方向の第１の位置合わせマーク103aおよび103bが形
成される。

また、本発明には、第３図に示すように、マスクパター
ンをもたない、周辺部の前記マスタマスク101の第１の
位置合わせマーク103aおよび103bに対向する位置に、第
１の位置合わせマーク103a、103bに対して夫々対称形の
第２のバーニアパターン、即ち複数組の第２の位置合わ
せマーク106a、106bが形成された基準マスク107が使用
される。

そして露光に際しては第４図に示すような本発明の投影
露光方法、即ち第１の光学形135とキャリッジ32の下部
に、これらと同型の第２の光学系136とキャリッジ132を
備えた装置を用いる。

即ち、第２の光学系136は、台形ミラー126、凹面鏡12
7、凸面鏡128を有し、それらの構造、配置は第１の光学
系135と同様である。

キャリッジ132とキャリッジ32とはリジッドに結合さ
れ、露光時は共に矢印ｍの方向（図においては右方向）
に移動する。

光源系11とアライメントスコープ13は、従来例と同一の
ものが上部の第１光学系135とキャリッジ32に付設され
ている。

第１の光学系135は勿論、恒温にするための温度コント
ロールをしているが、光源系11が近くにあるため、その
影響で僅かながら温度変化を生じ、第１の光学系135に
狂いを与える。マスタマスク101と基準マスク107間の光
路が長いので、僅かに光学系に歪を生じても、許容し難
い投影精度の低下を来す。

第２の光学系136は光源系11から離れているので、その
影響を受けることがなく、温度変化による光学系の狂い
は生じない。

前記マスタマスク101と基準マスク107とは光軸に沿って
厳密に位置合わせされ、且つ光軸に対して直角に、マス
タマスク101はキャリッジ32の上面に、又基準マスク107
はキャリッジ32の下面のディスク34にセットされる。

被露光基板115はキャリッジ132の下面のディスク134の
面上に、光軸に対して直角にセットされる。

前記マスタマスク101、基準マスク107、被露光基板即ち
乾板115は第１の光学系135、第２の光学系136に対して
共役点に置かれているので、マスタマスク101上のパタ
ーンは基準マスク107上に結像し、基準マスク107上のパ
ターンは乾板115上に結像する。

マスタマスク101上を前述した円弧状の光ビームＬによ
って、前記キャリッジ32（従ってキャリッジ132も）の
移動に伴って走査すると、乾板115上にマスクパターン
２と第１の位置合わせマーク103a、103bおよび第２の位
置合わせマーク106a、106bの投影露光がなされる。

この図において、26は台形ミラー、27は凹面鏡、28は凸
面鏡で第１の光学系135を構成する。

ついで通常通り上記露光が終わった乾板115の現像を行
って第５図に示すように、マスクパターン２と共に、マ
スク機能に支障のない周辺部に複数組の第１の位置合わ
せマーク103a、103bと第２の位置合わせマーク106a、10
6bとが夫々対向して転写されたワークマスク205が形成
される。

ついで上記ワークマスク205は寸法計測が可能な顕微鏡
等を用い、このワークマスク205上に投影転写されてい
る複数組の第２の位置合わせマーク106a、106bに対する
マスタマスク101から投影転写された上記第２の位置合
わせマーク106a、106bに夫々対向する第１の位置合わせ
マーク103a、103bの直交度やランナウトのずれ寸法が測
定されて、このワークマスク205の精度が検出される。

上記ずれ寸法の測定は対物鏡の一視野内で行えるので、
本発明によればワークマスク一枚毎の精度検出を行うこ
とが極めて容易となる。

なお位置合わせマークの構造は、上記実施例の構造に限
定されるものではない。

また本発明の方法は上記フォトマスクの製造に限らず、
半導体基板上にパターンを転写する際にも勿論適用され
る。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１光学
系の温度変化による精度低下も排除して、被露光基板一
枚毎の露光精度即ちパターンの転写精度が容易に且つ確
実に検出できる。

従って、例えばワークマスクの製造工程等において、露
光精度の補正が随時可能になるのでその製造歩留りが向
上し、且つ製造されたワークマスクの品質が確認出来る
ので、不充分な精度を有するワークマスクが半導体装置
等の製造工程に用いられるのが防止され、半導体装置の
製造歩留りや性能を向上せしめる効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の投影露光方法の原理を示す斜視図、 第２図は本発明の実施例に用いるマスタマスクの模式平
面図、 第３図は本発明の実施例に用いる基準マスクの模式平面
図、 第４図は本発明における投影露光方法に用いる反射型投
影露光装置の構成を模式的に示す側断面図、 第５図は本発明の実施例により製造したワークマスクの
模式平面図、 第６図は従来例における投影露光方法に用いる反射型投
影露光装置の構成を模式的に示す側断面図である。 これら図において、 １、101はマスタマスク、２はマスクパターン、３、103
a、103bは第１の位置合わせマーク、５、115は被露光基
板、６、106a、106bは第２の位置合わせマーク、11は光
源系、12は投影用光学系、13はアライメントスコープ、
14はキセノン水銀ランプ、15、16、17、18は凹面鏡、19
はコールドミラー、20は円弧状スリット、21、22、23は
ミラー、24はフィルタシャッタ、25はハーフミラー、2
6、126は台形ミラー、27、127は凹面鏡、28、128は凸面
鏡、29は対物レンズ、30はミラー、31は接眼レンズ、3
2、132はキャリッジ、33はマスクホルダ、34、134はデ
ィスク、Ｌは平行光線ビーム、ｍはキャリッジの移動方
向、107は基準マスク、135は第１の光学系、136は第２
の光学系、Δｄは被露光基板上に転写された第２の位置
合わせマークと第１の位置合わせマークとの間の相対的
な位置ずれ、205はワークマスク である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォトマスクの光学像を光学系を介し等倍
   で被露光基板上に投影し露光を行う投影露光方法におい
   て、 前記フォトマスク上にマスクパターン（２）と共に、複
   数の第１の位置合わせマーク（３）を分散配設してマス
   タマスク（101）となし、 予め、複数の第２の位置合わせマーク（６）のみを、前
   記マスタマスク（101）の第１の位置合わせマーク
   （３）と等しい配設ピッチで形成した基準マスク（10
   7）を、第１の光学系（135）による前記マスタマスク
   （101）の共役点に配置し、 更に第２の光学系（136）による前記基準マスク（107）
   の共役点に被露光基板（115）を配置し、 この被露光基板（115）上に、前記マスタマスク（101）
   上の第１の位置合わせマーク（３）と、前記基準マスク
   （107）上の第２の位置合わせマーク（６）とを同時に
   投影して露光し、 この被露光基板（115）の現像を行った後、 この被露光基板（115）上に転写された第２の位置合わ
   せマーク（６）と第１の位置合わせマーク（３）との間
   の相対的な位置ずれ（Δｄ）を計測し、 これによってこの被露光基板（115）上に転写されたマ
   スクパターン（２）の精度を検出する ことを特徴とする投影露光方法。