JPH08293453A - 走査型露光装置及び該装置を用いた露光方法 - Google Patents

走査型露光装置及び該装置を用いた露光方法

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JPH08293453A
JPH08293453A JP7101234A JP10123495A JPH08293453A JP H08293453 A JPH08293453 A JP H08293453A JP 7101234 A JP7101234 A JP 7101234A JP 10123495 A JP10123495 A JP 10123495A JP H08293453 A JPH08293453 A JP H08293453A
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mark
optical system
scanning
reticle
projection optical
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Teruya Sato
光弥 佐藤
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    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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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】 【目的】 走査型露光装置において、スキャン状態にお
ける、レチクル投影像の位置、像面位置、倍率誤差を正
確に計測する方法及び装置を提供することを目的として
いる。 【構成】 第１物体であるレチクルを載置して移動する
第１可動ステージと、第２物体であるウエハを載置して
移動する第２可動ステージとを有し、前記第１、第２可
動ステージを投影光学系に対し同期させて走査させ前記
第１物体上のパターンを前記第２物体上に投影する走査
型露光装置であって、前記第１物体上に形成された第１
のマークと、前記第２可動ステージに固設され第２のマ
ークを有する基準板と、前記第２可動ステージを載置
し、前記第２可動ステージとは異なる方向に移動する第
３可動ステージと、第３可動ステージに固設された光検
出器とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レチクルとウエハとを
投影光学系に対して同期させて走査させるとともにレチ
クルのパターンをウエハ上に転写する走査型露光装置及
びそれを用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のステップ＆リピートタイプの露光
装置における、ウエハとレチクルの相対的位置関係、及
び投影光学系の像面検出方法の従来例を図１２に示す。
【０００３】この図において、(200) は照明系の光源で
ある水銀灯ランプ、(201) は水銀灯ランプ(200) の光を
集光する為の楕円ミラー (202)はレチクル(6) に楕円ミ
ラー(201) からの光を集光する為のコンデンサレンズで
ある。そして、レチクル(6)には位置合わせ用の透過マ
ークが形成されている。
【０００４】(13)は投影光学系、(14)はウエハ、(15)は
ウエハチャック、 (203)はレチクル(6) の透過マークに
対応するウエハ側の透過マーク、(204) はウエハ側の透
過マーク(203) を通過してきた光量を検出する為の、ウ
エハ側の透過マーク(203)と一体の光量センサ、(205)
はウエハ(14)を XYZ方向に移動する為の XYZステージ、
(206) は XYZステージ(205) の位置検出系、(207) は光
量センサの光量計測系、(208) は制御系である。
【０００５】この従来の露光装置では、特公平2-58766
で提案されている様に、 XYZステージ(205) の上に載置
されている、透過マーク(203) 、光量センサ(204) を一
体にして、 XYZ方向に移動させ最大光量の位置を求める
ことにより、レチクル投影像の位置、その像面位置の検
出を行なっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】従来のステップ＆
リピートタイプの露光装置においての上述の方法は、投
影光学系に対しレチクルが静止している場合には、有効
な手段であった。
【０００７】しかし、近年注目され始めている投影光学
系に対しレチクルを走査する走査型露光装置において
は、以下の様な問題があった。
【０００８】(1) スペックル 走査型露光装置においては、解像力向上及び生産性向上
のために、高出力であって短波長の光源として遠紫外レ
ーザ（例えば、KrF またはArF のエキシマレーザ）を用
いる場合が多くなってきている。
【０００９】この遠紫外レーザは一般的に干渉性が高い
為、ウエハ面にスペックルという干渉パターンを発生さ
せる。
【００１０】走査型露光装置では、実際の露光の際に
は、レチクル及び、ウエハを照明光（若しくは投影系）
に対して、スキャン動作を行なう為、このスペックルの
影響はかなり軽減される。このような走査型露光装置
に、従来の投影光学系に対しレチクルを静止させてのレ
チクル投影像の位置、像面検出方法又は装置を採用する
と、ほぼ静止状態で行なう為、言い換えれば走査型露光
装置の利点を利用できないので、上記スペックルの影響
をかなり強く受け、正確な光量計測が不可能であった。
【００１１】(2) 有効光源差 走査型露光装置においては、従来のステップ＆リピート
タイプの露光装置と比較して、スループット確保の為、
露光光照射エリアの光エネルギ密度を高くする必要があ
る。この為、光学部品の耐久性に対して設計上配慮する
必要がある。この対策としては、スキャン方向について
は、スキャン動作中に実効的な有効光源が形成される様
にすることが有効と考えられ（投影光学系のスキャン方
向の露光領域で有効光源形状が異なる）、それにより、
投影光学系内部において、スキャン方向とスキャン方向
に垂直な方向での光エネルギの集光位置を離すことが可
能になり、投影光学系を構成する素子に光エネルギの集
中させることが回避可能となる。
【００１２】但し、上記の対策を行なった場合、スキャ
ン状態と静止状態では、有効光源が異なってしまう。
【００１３】つまり、ほぼ静止状態で計測を行なう従来
のレチクル投影像の位置、像面検出方法又は装置では、
露光領域での有効光源差の為、スキャン状態での正確な
レチクル投影像の位置、像面の検出は困難であった。
【００１４】(3) スキャンステージの姿勢 走査型露光装置において、レチクルをスキャン動作させ
る為のレチクルステージ、及び、ウエハをスキャン動作
させる為のスキャンステージの姿勢は、スキャン動作
中、理想的な位置になる様に制御されているが、これら
が、スキャン状態と静止状態とでどの様に変化をするか
を検出する手段が無かった。つまり、ほぼ静止状態で計
測を行なう従来の方法では、キャンステージの姿勢の影
響が含まれないので、スキャン状態での正確なレチクル
投影像の位置、像面の検出は困難であった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、走査型露光装
置において、スキャン状態における、レチクル投影像の
位置、像面位置、倍率誤差を正確に計測する方法及び装
置を提供することを目的としている。
【００１６】上記目的を達成する為の本発明の走査型露
光装置のある形態は、第１物体であるレチクルを載置し
て所定の１次元方向に移動する第１可動ステージと、第
２物体であるウエハを載置して所定の１次元方向に移動
する第２可動ステージとを有し、前記第１、第２可動ス
テージを投影光学系に対し同期させて走査させるととも
に前記投影光学系を介して前記第１物体上のパターンを
前記第２物体上に投影する走査型露光装置であって、前
記第１物体上に形成され、走査方向に複数のマークが配
列された第１のマークと、前記第２可動ステージに固設
され、走査方向に複数のマークが配列された第２のマー
クを有する基準板と、前記第２可動ステージを載置し、
前記第２可動ステージとは異なる方向に移動する第３可
動ステージと、第３可動ステージに固設された光検出器
と、前記第２、第３可動ステージを移動させて、前記投
影光学系を介して投影される前記第１のマーク像の位置
に、前記基準板と前記光検出器を位置させ、更に前記第
１、第２可動ステージを投影光学系に対し同期させて走
査させるとともに前記光検出器によって前記第１のマー
ク像を前記第２のマーク介して検出させる制御手段とを
有することを特徴とする。
【００１７】前記第２可動ステージの好ましい形態は、
前記投影光学系の光軸方向に移動する光軸方向移動手段
を有し、その時の前記制御手段の好ましい形態は、該光
軸方向移動手段によって前記基準板の前記光軸方向の位
置を変えさせ前記光検出器によって前記第１のマーク像
を前記第２のマーク介して検出させることを特徴とす
る。
【００１８】前記第１、第２のマークの好ましい形態
は、複数のマークが周期的に配列されたマークであるこ
とを特徴とする。
【００１９】前記第１、第２のマークの好ましい形態
は、２種以上の傾きの異なる複数のマークが配列された
マークであることを特徴とする。
【００２０】前記制御手段の好ましい形態は、前記光検
出器によって前記第１のマーク像を前記第２のマーク介
して検出された信号と、該信号を検出する際の前記第
１、第２の可動ステージの位置に基づいて、前記投影光
学系を介して前記第１マークが前記第２マーク上に投影
される位置を決定することを特徴とする。
【００２１】前記制御手段の好ましい形態は、前記光検
出器によって前記第１のマーク像を前記第２のマーク介
して検出された信号と、該信号を検出する際の光軸方向
の前記第２可動ステージの位置に基づいて、前記投影光
学系を介して前記第１マークが結像される前記投影光学
系の光軸方向の位置を決定ことを特徴とする。
【００２２】本発明の露光方法のある形態は、第１物体
と第２物体を投影光学系に対し同期させて走査するとと
もに前記第１物体上のパターンを前記第２物体上に投影
する投影光学系と、前記第１物体上に形成され、走査方
向に複数のマークが配列された第１のマークと、前記２
物体を載置して移動する可動ステージに固設され、走査
方向に複数のマークが配列された第２のマークを有する
基準板とを有する走査型露光装置の露光方法であって、
前記投影光学系を介して投影される前記第１のマーク像
の位置に、光検出器を位置させる工程と、前記第１物体
と、前記基準板とを投影光学系に対し同期させて走査さ
せるとともに前記光検出器によって前記第１のマーク像
を前記第２のマーク介して検出する光検出工程とを有す
ることを特徴とする。
【００２３】前記光検出工程の好ましい形態は、前記投
影光学系の光軸方向の前記基準板の位置を変えて前記光
検出器によって前記第１のマーク像を前記第２のマーク
を介して検出することを特徴とする。
【００２４】本発明の露光方法の好ましい形態は、さら
に、前記光検出器によって前記第１のマーク像を前記第
２のマーク介して検出する際に前記第１、第２マークの
位置の位置に基づいて、前記投影光学系を介して前記第
１マークが前記第２マーク上に投影される位置を決定す
る工程とを有することを特徴とする。
【００２５】本発明の露光方法の好ましい形態は、さら
に、前記光検出器によって前記第１のマーク像を前記第
２のマーク介して検出された信号と、該信号を検出する
際の前記光軸方向の前記基準板の位置に基づいて、前記
投影光学系を介して前記第１マークが結像される前記光
軸方向の位置を決定する工程とを有することを特徴とす
る。本発明の目的は、前述のスペックル、有効光源差、
姿勢差の影響を回避することにある。
【００２６】より具体的な内容説明は以下の実施例にお
いて行なう。
【００２７】
【実施例】図１は、本発明の代表的な実施例の全体図で
ある。
【００２８】1はパルス光を発生するエキシマレーザ、
2はエキシマレーザ1 からの光を所定の大きさに整形す
る光ビーム整形部、3 はミラー、 4はレチクル面照度を
検出する為のホトセンサー、 5はコンデンサレンズ、 6
はレチクル、 7はレチクル6を保持して、露光時にはス
キャン動作を行なうレチクルステージ、 8はレチクルス
テージ7 を図示してある方向にスキャン駆動をさせる為
のリニアモータ 、 9はレチクルステージ7 に固定されて
いるバーミラー、 10はレチクルステージ7 の速度又は位
置を検出する為のレーザ干渉計、11は投影系の倍率を微
小に変化可能な倍率調整機構、12は倍率調整機構11を駆
動する為のモータ、13はレチクルのパターンをウエハ14
上に投影する投影光学系 である。
【００２９】15はウエハ(14)を保持する為のウエハチャ
ック、 16はウエハチャック15を回転、上下、傾斜駆動可
能な θZ チルトステージ、 17はθZ チルトステージ16
を保持して、露光時にはスキャン動作を行なうスキャン
ステージ、 18はスキャンステージ(17)をスキャン方向と
は垂直方向に駆動可能な Yステージ、19は Yステージ18
を搭載しているステージベースである。20はウエハチャ
ック15に固定されている L字型のバーミラー 21 はウエ
チャック(15)のスキャン方向の速度又は位置を検出する
為のレーザ干渉計、22 はウエハチャック(15)のスキャ
ン方向とは垂直方向の速度又は位置を検出する為のレー
ザ干渉計、 23 はスキャンステージ(17)をスキャン方向
に駆動する為のリニヤモータ、 24 は Yステージ(18)を
スキャン方向とは垂直方向に駆動する為のリニヤモータ
である。
【００３０】25 はウエハ表面に光ビームを照射するチ
ルト、フォーカス検出系の発光部、26 はウエハ(14)の
表面から反射されてくる発光部(25)からの光の位置を計
測することによりウエハ表面の傾き、及び位置を計測す
る、チルト、フォーカス検出系の受光部で、25と26でチ
ルト・フォーカス検出系を構成している。
【００３１】30 はウエハ(14)上のアライメントマーク
の位置を計測する為のアライメント顕微鏡、31 はアラ
イメント顕微鏡(30)に取り付けられた TV カメラ、32
はウエハチャック(15)に固定されている、レチクル側透
過マークが結像される、スキャンステージ側透過マーク
板、33 はスキャンステージ側透過マークを通過してき
た、レチクル側透過マーク像からの光を光量センサ(34)
に投影する結像レンズ、34 は光量検出部を４個備えた
光量センサ、35 は結像レンズ(33)、光量センサ(34)を
一体にした、 Yステージ上に固定された光量センサユニ
ットである。
【００３２】40 はスキャンステージ(17)の位置情報を
入力して、これらが所定の位置関係になった時にエキシ
マレーザ(1) に対して発光指令を出力する為の発光制御
部、41 はレチクル面照度を検出する為のホトセンサー
(4) からの光電流信号を電圧信号に変換する為の電流電
圧変換器、42 は電流電圧変換器(41)の電圧出力信号を
積分する積分器、43 は積分器(42)からのアナログデー
タをデジタルデータに変換する AD コンバータ、44 はC
PU(70) からリレーレンズの位置を設定する為のメモリ
ー、45 はメモリー(44)からのデジタルデータをアナロ
グデータに変換する DA コンバータ、46 は DA コンバ
ータの位置データにより、リレーレンズ駆動モータ(12)
を駆動する為のドライバ、50 、53、56 はレチクルス
テージ(7)、スキャンステージ(17)、Y ステージ(18)の
スキャン速度指令値を保持するためのメモリー51 、5
4、57 はメモリー(50)、(53)、(56)からのデジタルデ
ーダをアナログデータに変換するADコンバータ、52 、5
5、58 はADコンバータ(51),(54)、(57)からのアナログ
値をリニアモータ(8) 、(23)、(24)を駆動する為に増幅
するドライバー、60 、61、62 はレチクルステージ(7)
、スキャンステージ(17)、Y ステージ(18)の位置カウ
ンタ、63 、64、65、66 は光量検出部を 4個備えた光
量センサから入力されるアナログ信号をデジタルデータ
に変換するADコンバータ、70 は本発明の半導体露光装
置の全体を制御する為の CPU、71 は CPU(70)のプログ
ラム、及び制御データ等を記憶している ROM、72 はCPU
(70)が一時記憶に使用する RAMである。
【００３３】次に以下に示す項目ごとに、実施例の動作
の説明を行なう。 (1) レチクルの設定 (2) レチクルの位置検出 (3) レチクルの像面検出 (4) レチクル全面の倍率誤差検出 (5) アライメント顕微鏡の粗のフォーカス合わせ (6) アライメント顕微鏡の基準パターン位置検出 (7) ウエハの搬入 (8) ウエハの位置検出 (9) スキャン露光 (10) ウエハの搬出
【００３４】(1) レチクルの設定 レチクル(6) がレチクルステージ(7) 上に載置される
と、レチクル専用の顕微鏡（図示せず）、レチクル駆動
機構（図示せず）により、レチクル(6) をレチクルステ
ージ(7) の所定の位置に位置決めする。
【００３５】(2) レチクルの位置検出 レチクル(6) の位置決めが完了すると、 Yステージ(18)
上に設けられた光量センスユニット(35)は、Y テージ(1
8)の移動で投影光学系（13）の露光エリアに移動すると
ともに、スキャンステージ側透過マーク板(32)もスキャ
ンステージ(17)の移動で露光エリアに移動するとスキャ
ンステージ側透過マーク板(32)は、スキャンステージ(1
7)の移動で光量センスユニット(35)の上に移動する。こ
の時の様子を図２に示す。図２において、100 はレチ
クル(6) 内の露光対象領域、101は照明系による照明領
域、102 はレチクル(6) 上に配置されているレチクル
側透過マーク、103 はスキャンステージ側透過マーク
板上の透過マーク、111〜114 は各々、光量センサ(34)
内の 4個の光量検出部である。
【００３６】上記動作後、図３に示す様なレチクル側透
過マーク(121) 〜(124) のスキャン方向の中央部の特定
マークの投影光学系(13)による像が、図４に示すような
スキャンステージ側透過マーク(125) 〜(128) のスキャ
ン方向の中央部の特定マークと一致する様な位置に、レ
チクルステージ(7) とスキャンステージ(17)とを位置決
めし、そして、ウエハ露光時と同程度なスキャンスピー
ドでスキャン動作にはいる。但し、レチクルステージ
(7) とスキャンステージ(17)を完全に相対位置を一致さ
せて駆動したのでは、レチクル側透過マーク(102) とス
キャンステージ側透過マーク(103) とがスキャン動作
中、相対位置ずれ発生せず、図５に示すような光量検出
部(111) 〜(114) に入射する光量はスキャン中、変化し
ないことになる。
【００３７】そこで、本発明では、レチクル側透過マー
ク(102) とスキャンステージ側透過マーク(103) の相対
位置を中央部の特定マーク以外では、理想的相対位置か
ら故意に外れる様にしている。この様子を図８-1に示
す。
【００３８】図８-1において、実線は理想的相対位置、
破線は本測定における実施相対位置である。
【００３９】図８-1において、原点 O は、レチクル側
透過マーク(102) 、スキャンステージ側透過マーク(10
3) の中央部の特定マークが一致している考えられるレ
チクルステージ（7）とスキャンステージ(17)の位置で
あり、特定点 A、B は各々レチクル側透過マーク(102)
、スキャンステージ側透過マーク(103) の周期が１周
期(Lp)ずれていると考えられる位置である。
【００４０】この為、原点 O において、レチクル側透
過マーク(102) 、スキャンステージ側透過マーク(103)
の中央部の特定マークが、完全に一致しており、かつ特
定点A、B において、レチクル側透過マーク(102) 、ス
キャンステージ側透過マーク(103) の周期が完全に１周
期(Lp)ずれていれば、図８ー２の実線で示す様に、原点
O、及び、特定点 A、B において、光量検出部(111) 〜
(114) 全ての出力が最大となる。
【００４１】ここで、原点 O において、レチクル側透
過マーク(102) 、スキャンステージ側透過マーク(103)
の中央部の特定マークが一致していない場合には、図８
ー２の破線で示す様に光量検出部(111) 〜(114) のいず
れか、もしくは全ての出力が最大になる点が、原点 O
から外れることになる。
【００４２】図６において、破線はレチクル側透過マー
ク(121) 、(122) の中心線、実線はスキャンステージ側
透過マーク(125) 、(126) の中心線を表す。
【００４３】図７は図６の部分拡大図であり、レチクル
側透過マークがスキャンステージ側透過マークの理想的
相対位置から Xeou,Yeou ずれている場合を示す。こ
の場合、上部光量センサ(111) 、(112) の出力が最大と
なる相対位置は各々、理想的相対位置から L1,L2 外れ
たものとなる。
【００４４】ここで、本実施例では、全ての透過マーク
はスキャン方向に対して 45 ゜の傾きを持たしている
為、 Xeou + Yeou = L1 ---- (1) Xeou - Yeou = L2 ---- (2) これから、 Xeou = 1/2 × ( L1 + L2 ) ---- (3) Yeou = 1/2 × ( L1 - L2 ) ---- (4) 同時に、もう一組のレチクル側透過マーク(123) 、(12
4) 、スキャンステージ側透過マーク(127) 、(128) に
ついても計測を行ない、レチクル側透過マークがスキャ
ンステージ側透過マークの理想的相対位置からL3 、L4
外れている場合には、 Xeod = 1/2 × ( L3 + L4 ) ---- (5) Yeod = 1/2 × ( L3 - L4 ) ---- (6) ここで、上側透過マーク(125) 、(126) 、下側透過マー
ク(127) 、(128) 間のY方向間隔を D とし、レチクル
像の理想的位置からのずれを Xeo、Yeo 、角度ずれを
θeo、中心倍率誤差を Meo とすれば、上記、Xeou、Ye
ou、Xeod、Yeodより、 Xeo = 1/2 × ( Xeou + Xeod ) ---- (7) Yeo = 1/2 × ( Yeou + Yeod ) ---- (8) θeo = arctan （( Xeou - Xeod ) ／D ） ---- (9) Meo = ( Yeou - Yeod ) ／ D --- (10) 以上の計測、及び演算により、レチクル像の理想的位置
からのずれ Xeo、Yeo、角度ずれ θeo、中心倍率誤差
Meo が明確になる。
【００４５】なお、上記 L1 〜 L4 は、光量検出部(11
1) 〜(114) が最大値を示す相対位置から容易に求めら
れる。
【００４６】図８ー１、図８ー２を用い、L1 の求め方
について説明する。
【００４７】図８ー２において、Loo' は原点 O か
ら、光量検出部(111) が最大値を示す点までの距離であ
り、パターン１周期がずれるレチクル側の距離を La 、
パターン１周期の間隔を Lp とすれば、 L１ = Lp × ( Loo' ／ La ) ---- (11) 上記と同様な方法により、L2〜L4も計測、及び演算によ
り容易に求められる。
【００４８】なお、レチクル側透過マーク(102) とスキ
ャンステージ側透過マーク(103) の相対位置を中央部の
特定マーク以外では理想的相対位置から故意に外れる様
にはしているが、原点 O から、特定点 A、B までの距
離 La 、Lb は、10mm 程度であり、これに対して、ス
キャンステージ側透過マークの１周期 Lp は、数μm程
度である為、スペックル、有効光源、姿勢とも、上述の
レチクル位置検出時と実露光時とでは十分、同一と考え
られる。
【００４９】(3) レチクルの像面位置検出 上記レチクル像の理想的位置からのずれ Xeo、Yeo 、角
度ずれ θeo、倍率誤差 Meo を計測後、理想相対位置
からのずれ Xeo、Yeo については、スキャンステージ(1
7)側の相対位置変更で、角度ずれ θeo については、レ
チクルステージ(7) 側でレチクルをθ回転させて、中心
倍率誤差 Meoについては、倍率調整機構(11)により補正
を行なう。
【００５０】この後、再度複数回、レチクルステージ側
透過マーク(102) とスキャンステージ側透過マーク(10
3) を対応させてスキャン動作を実行し、各光量検出部
(111)〜(114) の出力を検出する。但し、この時、スキ
ャン動作毎に、スキャンステージ側透過マーク(103) の
位置をθZ チルトステージ(16)により、投影系(13)のフ
ォーカス方向に変化させるものとする。
【００５１】スキャンステージ側透過マーク(103) の位
置を投影系(13)のフォーカス方向に変化させると、光量
検出部(111) 〜(114) の出力は図８ー３の様に変化す
る。
【００５２】ここで、光量検出部(111) 〜(114) の出力
が最大となるスキャンステージ側透過マークのｚ方向位
置が、レチクルの像面位置である。
【００５３】光量検出部(111) 、(112) の出力が最大に
なるｚ方向位置、及び光量検出部(113) 、(114) の出力
が最大になるｚ方向位置から、レチクル(6) のスキャン
位置に対する像面の位置、及び傾き、つまり理想像面が
求められる。
【００５４】この理想像面は、後でウエハに対する露光
時に、スキャンに同期して、ウエハ表面に対して、再現
する必要がある為、上記計測後、スキャンステージ側透
過マーク板(32)を投影系(13)の下に移動し、スキャンに
同期して、上記理想像面をスキャンステージ側透過マー
ク板(32)にて再現し、この時、チルト、フォーカス検出
系(25)、(26)から計測した理想像面位置をメモリに記憶
しておく。
【００５５】(4) レチクル全面の倍率誤差検出 上記、レチクル(6) の理想的位置からのずれ Xeo、Yeo
、角度ずれθeo、倍率誤差 Meo を計測、補正動作
後、かつレチクルのスキャン位置に対する理想像面を計
測後、これらを全て補正する様にして、再度レチクルス
テージ側透過マーク(102) とスキャンステージ側透過マ
ーク(103) を対応させてスキャン動作を実行し、各光量
検出部(111) 〜(114) の出力を計測する。
【００５６】ここで、透過マーク中央部の特定マーク位
置において、補正が完了していることを確認すると同時
に、特定点 A、B 位置において各光量検出部(111) 〜(1
14)の出力が最大になっているか確認する。
【００５７】もし、特定点 A、B 位置において各光量検
出部(111) 〜(114) からの出力のどれかが、図８ー４の
様に、特定点 A、B 位置以外の点で最大値となっていた
場合には、(2)のレチクルの位置検出と同様に、 A位置
における、レチクル像の理想的位置からのずれを Xe
a、Yea 角度ずれを θea、倍率誤差を Mea、B位置にお
ける、レチクルの理想的位置からのずれを Xeb、Yeb 、
角度ずれをθeb、倍率誤差を求め、それらと原点0でのX
eo,Yeo,θeo,Meoとをもちいて、原点0からA 位置の区
間、および原点0からB 位置までの区間における位置ず
れ、角度ずれ、、倍率誤差をレチクル側のスキャン方向
の透過マークの位置rの近似関数としてXe(r),Ye(r),θe
(r),Me(r)を求める。そして、上記Xe(r)についてはスキ
ャン動作に同期させて、透過マーク間の相対位置を変え
ることにより、Ye(r)についてはスキャン動作に同期さ
せて、 Yステージ位置を変えることにより、θe(r)につ
いてはスキャン動作に同期させて、ウエハ側を回転させ
ることにより、Me(r) についてはスキャン動作に同期さ
せて倍率調整機構(11)により補正を行なうことにより、
全て補正を行なうことが可能となる。
【００５８】上記の補正値Xe(r),Ye(r),θe(r),Me(r)に
より、後でウエハ(14)に対する露光時に、スキャンに同
期させて、スキャンステージの相対位置、Y ステージ位
置、ウエハ側の回転、倍率調整機構、及び像面位置をど
の様に補正駆動するのかが求められる。
【００５９】なお、これらの補正駆動に用いるデータ
は、スキャンステージ側透過マークからみた、レチクル
に対する補正データである為、対レチクル補正データと
いうものとする。当然、この対レチクル補正データはレ
チクルのスキャン方向位置の関数となる。
【００６０】(5) アライメント顕微鏡の粗のフォーカ
ス合わせ スキャンステージ側透過マーク(103) を先に求めた原点
フォーカス位置とし、アライメント顕微鏡の下に位置さ
せる。
【００６１】ここにおいて、TVカメラ(31)に透過マーク
が結像する様、アライメント顕微鏡の対物レンズ位置を
対物レンズに光軸方向に駆動する。この目的は、アライ
メント後のウエハを投影光学系の下に移動後、フォーカ
ス方向の移動を極力小さくする為である。
【００６２】(6) アライメント顕微鏡の基準パターン
位置検出 本実施例の露光装置では、投影系(13)、アライメント顕
微鏡(30)、光量センサユニット(35)は、図９に示す様
に、同一の Y軸上に配置させており、Yステージ(18)の
移動により、光量センサユニット(35)をアライメント顕
微鏡(30)の下に位置させ、スキャンステージ(17)の移動
により、スキャンステージ側透過マーク板(32)を光量セ
ンサユニット(35)の上に位置させることが可能な様にな
っている。
【００６３】アライメント顕微鏡(30)は図１０に示す様
な構成になっており、ここで、150はアライメント顕微
鏡(30)内の基準パターン、151 は対物レンズ、152〜15
5は光学レンズ、156、157 はハーフミラー、158、159
は図示していない光源から照明用の光を導く為の光ファ
イバーである。また、図１１に示すようにアライメント
顕微鏡の位置基準になるレチクル対応マーク(161) 、(1
62) が基準マーク(150) 内に配置されている。
【００６４】このレチクル対応マーク(161) 、(162) の
投影像が、スキャンステージ側透過マーク板(32)上の透
過マーク(125) 、(126) の特定マークと一致するよう
にスキャンステージ側透過マーク板(32)のスキャン方向
の位置だしを行ない、この位置を中心として、スキャン
方向に位置を微小に変化させながら、さらに、フォーカ
ス方向に位置を微小に変化させながら、光量検出部(11
1) 、(112) の出力を検出する。
【００６５】上記動作により、レチクル側透過マーク(1
02) の投影像の位置、像面検出の場合と同様に、レチク
ル対応マーク(161) 、(162) の投影像の位置、像面検出
が行なわれる。
【００６６】ここで、レチクル側透過マーク(102) の投
影像の位置、像面検出の場合との違いは、以下の２点で
ある。 （ｉ）静止状態での計測。 （ｉｉ）光量検出部を２個しか使用しない。
【００６７】以上の動作により、レチクル側透過マーク
の投影像の位置、像面に対する、レチクル対応マーク(1
61) 、(162) の投影像の位置、像面の相対位置が明確に
なる。
【００６８】この相対位置を投影光学系（13）とアライ
メント顕微鏡（30）とのベースラインというものとす
る。
【００６９】以上(1) 〜(6) の動作はウエハ処理のスタ
ート前に、又はウエハ処理の途中で、オペレータがシス
テムキャリブレーション命令を入力することにより、自
動的に実行可能となっている。
【００７０】(7) ウエハの搬入 図１に戻って、本実施例の露光装置はウエハ処理スター
ト命令が入力されると、ウエハ搬送系（図示せず）内の
ウエハキャリヤからウエハを自動的に取り出し、ウエハ
搬送系内のプリアライメント機構部において、ウエハを
XY ステージに搭載して、ウエハエッジ検出機能によ
り、外形検出、オリエンテーシュンフラット部の検出を
行ない、XYθステージにより、オリエンテーションフラ
ットを所定方向に向け、ウエハの中心位置出しを行な
い、さらに、フォーカス検出機能により、ウエハの表面
の高さ検出を行なう。
【００７１】この後、プリアライメント部の上部に配置
されている顕微鏡の下に、ウエハ上のプリアライメント
マークを位置させ、プリアライメントマークの位置計測
を行ない、ウエハ内のパターン位置が搬送系の特定の基
準位置にたいして所定の位置関係になるように、前記、
XYθステージを駆動する。
【００７２】この後、本体の CPU(70)に対し、ウエハの
高さ検出により判明したウエハの厚み情報を送り込む。
【００７３】本体の CPU(70) はこの情報を受けとる
と、ウエハを搭載した時に、ウエハ表面が、ほぼ投影
系、及びアライメント顕微鏡のフォーカス位置になるよ
うに θZチルトステージの Z駆動機構によりウエハチャ
ックの高さを変化させる。
【００７４】以上の動作後、搬送系は、搬入用のハンド
により、ウエハを搬送系のXYθステージから、本体上の
ウエハチャック上に移動させる。
【００７５】(8) ウエハの位置検出 ウエハチャック(15)上にウエハ(14)が搭載されると、ウ
エハ(14)を Yステージ(18)、スキャンステージ(17)によ
り投影系(13)の下に移動させ、フォーカス検出系(25)、
(26)により、ウエハ全面の高さ測定を行なう。
【００７６】この後、ウエハ上の所定の複数のチップを
順次、アライメント顕微鏡(30)の下に移動し、これらの
チップ領域内に配置されている複数のアライメントマー
クの位置計測を行なう。
【００７７】アライメントマークの位置計測は、アライ
メント顕微鏡(30)内の基準マーク(150) 内のレチクル対
応マーク(161) 、(162) 、及び透過マーク部(160) をウ
エハ(14)上に投影することにより行なわれる。
【００７８】この時、透過マーク部(160) を通過した光
はウエハ(14)上のアライメントマークの照明として用い
られ、CCDカメラ(31)には、レチクル対応マーク(161)
、(162) 、及びウエハ(14)上のアライメントマークが
投影される。
【００７９】この計測により、アライメント顕微鏡(30)
内のレチクル対応マーク(161) 、(162) に対する、ウエ
ハ上各チップの相対位置、及び各チップのスキャン方
向、スキャンと垂直方向の倍率が求められる。
【００８０】以上の動作により、このウエハ上の各チッ
プに対する露光時に、スキャンに同期させて、スキャン
ステージの相対位置、Y ステージ位置、倍率調整機構を
どの様に補正駆動するのかが求められる。
【００８１】なお、これらの補正駆動に用いるデータ
は、アライメント顕微鏡(30)内のレチクル対応マーク(1
61) 、(162) からみた、ウエハに対する補正データであ
る為、対ウエハ補正データというものとする。
【００８２】(9) スキャン露光 前述の、対レチクル補正データ、ベースライイン、及び
対ウエハ補正データからスキャン露光中に、レチクルと
ウエハ上の各チップ全面とを、正確に位置合わせ、フォ
ーカス合わせを行なわせることが可能となる。
【００８３】上述の、対ウエハ補正データ計測完了後、
対レチクル補正データ、ベースライイン、及び対ウエハ
補正データからウエハ(14)上の始めのチップを投影系(1
3)の下に移動し、対レチクル補正データ、及び対ウエハ
補正データからレチクル(6)と特定チップの理想相対位
置、理想像面位置を保ちつつ、かつ相互倍率補正を実行
しながら、レチクルステージ(7) 、及びスキャンステー
ジ(17)は実露光スキャンにはいる。
【００８４】本実施例の露光装置では、ウエハ(14)に対
する露光量は予め入力されている。
【００８５】この露光量を実現する為に、光源であるエ
キシマレーザ(1) の１パルスでの光エネルギを検出する
必要がある。
【００８６】本実施例では、ウエハ処理スタート前にエ
キシマレーザ(1) を発振させ、ウエハ面照度に対応する
レチクル面照度をホトセンサ(4) により計測し、ウエハ
上の全てのエリアに何パルスの露光パルスが必要かを計
算する。
【００８７】CPU(70) は露光スキャンを開始する前
に、必要露光パルスから、エキシマレーザ発振させるべ
きスキャンステージ位置を発振制御部(40)に設定してお
く。
【００８８】露光スキャン中、この露光制御部(40)はス
キャンステージ(17)の位置を常時入力し、予め設定され
た発振するべきスキャンステージ位置にスキャンステー
ジ(17)が到達する度にエキシマレーザ(1) に発振指令を
出力し、エキシマレーザ(1)を発振させる。
【００８９】以上の動作により、１チップの露光が完了
し、同様な動作を、同一ウエハ上の、他の全てのチップ
について行なう。
【００９０】(10) ウエハ搬出 全てのチップについて露光が完了すると、ウエハ(14)を
Yステージ(18)、スキャンステージ(17)により、ウエハ
搬出位置に移動し、搬送系の搬出ハンド（図示せず）に
よりウエハ(14)をウエハチュック(15)上から取り出す。
【００９１】（他の実施例）前記実施例において以下の
様な変形例が考えられる。
【００９２】(1) ウエハ側透過マーク、光量センサの複
数配置 ウエハチャックの周辺にウエハ側透過マーク、光量セン
サを複数個配置する。この様にすることにより、姿勢差
の厳密な補正が可能になる。
【００９３】(2) テストレチクル 前記レチクル側透過マークを実際の半導体素子を製作す
る為の実レチクル上に多数設けることはアライメント用
パターン等、他のパターンとの関係で不可能な場合があ
る。この対策として、レチクル側透過マークを多数設け
たテストレチクルを用意しておき、定期的に厳密な補正
を行ない、実レチクルにおいては、より少ないレチクル
側透過マークで対応可能とする。
【００９４】(3) 透過マーク、光量センサ一体化 レチクル上、及びスキャンステージ上に、前記実施例と
同様の多数の傾斜透過マークを設け、スキャンステージ
側透過マークの下に光量センサを固定する。この様にす
ることにより、スキャンステージ側透過マークを常に光
量センサ受光面に同じフォーカス状態で結像することが
可能になる。また、レチクルの像面位置のより高精度の
検出が可能になる。但し、この方式では、スキャンステ
ージ側透過マークの下に、検出感度が均一な、長い光量
センサを配置する必要があるので、光源としてエキシマ
レーザの様な、高速パルス光光源を用いる場合には、光
量センサ単体で感度均一性要求を満たすことは一般に困
難である為、光量センサの感度のキャリブレーションが
必要となる。その具体的方法は、露光装置上で、レチク
ルを停止状態にしておき、スキャンステージ側透過マー
クに入射する光量を均一にしておき、この状態で、スキ
ャンステージ側透過マーク、光量センサを一体化した検
出ユニットを移動させ、この時の光量センサ出力の変化
をキャリブレーションデータとして記憶しておき、実際
のレチクル位置、像面検出時の光量センサの出力データ
のキャリブレーションに使用することが考えられる。但
し、ここで、光源からの光エネルギの安定性があまり無
い場合には、前記実施例で説明した様なレチクル面照度
検出系により、光源の光エネルギを実測し、キャリブレ
ーションデータの補正をする必要がある。
【００９５】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの生産方法の実施例を説明する。
【００９６】図１３は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。
ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ
製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によ
って作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程
であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。
【００９７】図１４は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって
マスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。
【００９８】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに
製造することができる。
【００９９】
【発明の効果】本発明の走査型露光装置は、レチクル側
とスキャンステージ側に透過マークを設け、スキャンス
テージ外部に光量センサを設けるという単純な機能を追
加するだけで、従来の方法では不可能であった、スキャ
ン露光時と同じ照明条件、姿勢状態で、レチクルの位
置、像面、倍率誤差等の検出を可能にするという大きな
効果がある。
【０１００】また、本発明の走査型露光装置は上記効果
以外に、透過マーク形状を複数の傾斜マークとしたこと
により、１スキャン動作で XY 方向の位置検出を可能と
した為、従来の方法よりも、高速位置検出が可能になる
という大きな効果がある。
【０１０１】さらに、本発明の半導体露光装置は上記効
果以外に、透過マークを周期性を有するものとし、スキ
ャン計測時にレチクル側とスキャンステージ側を、特定
スキャン長で、１周期長ずらす様にした為、従来の方法
よりも、レチクルの位置、倍率誤差の計測を高精度に行
なうことが可能になるという大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査型露光装置の代表的な実施例の全
体図
【図２】本発明の走査型露光装置の主要部分の説明図
【図３】レチクル側の透過マークの拡大図
【図４】ウエハ側の透過マークの拡大図
【図５】光量センサの拡大図
【図６】レチクルの位置検出方法の説明図
【図７】レチクルの位置検出方法の説明図
【図８】８−１はレチクル側の透過マークとウエハ側の
透過マークの相対位置関係の説明図、８−２はレチクル
位置計測時の光量センサ出力信号の説明図、８−３はレ
チクル像面計測時の光量センサ出力信号の説明図、８−
４はレチクル倍率誤差計測時の光量センサ出力信号の説
明図
【図９】位置関係を示す本発明の走査型露光装置の上面
図
【図１０】アライメント顕微鏡の説明図
【図１１】アライメント顕微鏡内の基準パターンの説明
図
【図１２】位置関係を示す本発明の走査型露光装置の上
面図
【図１３】デバイス製造のフロー図
【図１４】ウエハプロセスの説明図
【符号の説明】
１ エキシマレーザ ２ 光ビーム整形系 ３ ミラー ４ ホトセンサー ５ コンデンサレンズ ６ レチクル ７ レチクルステージ ８ リニアモータ ９ バーミラー １０ レーザ干渉計 １１ リレーレンズ １２ モータ １３ 投影系 １４ ウエハ １５ ウエハチャック １６ θＺ チルトステージ １７ スキャンステージ １８ Ｙステージ １９ ステージベース ２０ Ｌ字型バーミラー ２１、２２ レーザ干渉計 ２３、２４ リニヤモータ ２５ フォーカス検出系の発光部 ２６ フォーカス検出系の受光部 ３０ 顕微鏡 ３１ ＴＶカメラ ３２ ウエハ側透過マーク板 ３３ 結像レンズ ３４ 光量センサ ３５ 光量検出部 １００ 露光対象領域 １０１ 照明領域 １０２ レチクル側透過マーク １０３ ウエハ側透過マーク １１１〜１１４ 光量検出部

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１物体を載置して所定の１次元方向に
    移動する第１可動ステージと、第２物体を載置して所定
    の１次元方向に移動する第２可動ステージとを有し、前
    記第１、第２可動ステージを投影光学系に対し同期させ
    て走査させるとともに前記投影光学系を介して前記第１
    物体上のパターンを前記第２物体上に投影する走査型露
    光装置において、 前記第１物体上に形成され、走査方向に複数のマークが
    配列された第１のマークと；前記第２可動ステージに固
    設され、走査方向に複数のマークが配列された第２のマ
    ークを有する基準板と；前記第２可動ステージを載置
    し、前記第２可動ステージとは異なる方向に移動する第
    ３可動ステージと；第３可動ステージに固設された光検
    出器と；前記第２、第３可動ステージを移動させて、前
    記投影光学系を介して投影される前記第１のマーク像の
    位置に、前記基準板と前記光検出器を位置させ、更に前
    記第１、第２可動ステージを投影光学系に対し同期させ
    て走査させるとともに前記光検出器によって前記第１の
    マーク像を前記第２のマーク介して検出させる制御手段
    とを有することを特徴とする走査型露光装置。
  2. 【請求項２】 前記第２可動ステージは、前記投影光学
    系の光軸方向に移動する光軸方向移動手段を有し、前記
    制御手段は、該光軸方向移動手段によって前記基準板の
    前記光軸方向の位置を変えさせ前記光検出器によって前
    記第１のマーク像を前記第２のマーク介して検出させる
    ことを特徴とする請求項１の走査型露光装置。
  3. 【請求項３】 前記第１、第２のマークは、複数のマー
    クが周期的に配列されたマークであることを特徴とする
    請求項１の走査型露光装置。
  4. 【請求項４】 前記第１、第２のマークは、２種以上の
    傾きの異なる複数のマークが配列されたマークであるこ
    とを特徴とする請求項１の走査型露光装置。
  5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記光検出器によって
    前記第１のマーク像を前記第２のマークを介して検出さ
    れた信号と、該信号を検出する際の前記第１、第２の可
    動ステージの位置に基づいて、前記投影光学系を介して
    前記第１マークが前記第２マーク上に投影される位置を
    決定することを特徴とする請求項１の走査型露光装置。
  6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記光検出器によって
    前記第１のマーク像を前記第２のマークを介して検出さ
    れた信号と、該信号を検出する際の光軸方向の前記第２
    可動ステージの位置に基づいて、前記投影光学系を介し
    て前記第１マークが結像される前記投影光学系の光軸方
    向の位置を決定ことを特徴とする請求項２の走査型露光
    装置。
  7. 【請求項７】請求項１乃至６の走査型露光装置を用いて
    素子を製造することを特徴とする素子の製造方法。
  8. 【請求項８】 第１物体と第２物体を投影光学系に対し
    同期させて走査するとともに前記第１物体上のパターン
    を前記第２物体上に投影する投影光学系と、前記第１物
    体上に形成され、走査方向に複数のマークが配列された
    第１のマークと、前記２物体を載置して移動する可動ス
    テージに固設され、走査方向に複数のマークが配列され
    た第２のマークを有する基準板とを有する走査型露光装
    置の露光方法において、 前記投影光学系を介して投影される前記第１のマーク像
    の位置に、光検出器を位置させる工程と、 前記第１物体と、前記基準板とを投影光学系に対し同期
    させて走査させるとともに前記光検出器によって前記第
    １のマーク像を前記第２のマーク介して検出する光検出
    工程とを有することを特徴とする露光方法。
  9. 【請求項９】 前記光検出工程は、前記投影光学系の光
    軸方向の前記基準板の位置を変えて前記光検出器によっ
    て前記第１のマーク像を前記第２のマークを介して検出
    することを特徴とする請求項８の露光方法。
  10. 【請求項１０】 前記光検出器によって前記第１のマー
    ク像を前記第２のマークを介して検出する際に前記第
    １、第２マークの位置の位置に基づいて、前記投影光学
    系を介して前記第１マークが前記第２マーク上に投影さ
    れる位置を決定する工程と有することを特徴とする請求
    項９の走査型露光方法。
  11. 【請求項１１】 前記光検出器によって前記第１のマー
    ク像を前記第２のマーク介して検出された信号と、該信
    号を検出する際の前記光軸方向の前記基準板の位置に基
    づいて、前記投影光学系を介して前記第１マークが結像
    される前記光軸方向の位置を決定する工程を有すること
    を特徴とする請求項９の露光方法。
  12. 【請求項１２】 請求項８乃至１１の露光方法を用いて
    素子を製造することを特徴とする素子の製造方法。
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