JPH11307449A

JPH11307449A - 露光装置及びデバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH11307449A
Application number: JP11026340A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sugita; 充朗杉田; Takahiro Matsumoto; 隆宏松本; Akiyoshi Suzuki; 章義鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 1999-11-05
Also published as: US6344892B1

Abstract

(57)【要約】【課題】多重露光による微細パターンの形成を高精度
に行う。【解決手段】感光性基板上に現像前にパターン露光を
多重に行う装置で、該多重のパターン露光の少なくとも
いくつかを、パターンとは別の潜像によるマークを用い
て感光性基板との相対位置合わせを行う事によって実行
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、特にLSI等の微細
な半導体回路パターンを感光基板上に露光する露光装置
および、これを用いた半導体素子や液晶素子等のデバイ
スの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、IC、LSI、液晶素子等をフォ
トリソグラフィー技術を用いて製造する際に、フォトマ
スク又はレチクル（以下マスクで総称）のパターンを投
影光学系を介して、フォトレジスト等が塗布されたウエ
ハ又はガラスプレート等の基板上に投影露光する投影露
光装置が使用されている。

【０００３】IC、LSI、液晶素子等の半導体装置の高集
積化は益々加速度を増している。そして、これに伴う半
導体ウエハの微細加工に対する要求は、パターンの微細
化即ち、高解像度化である。

【０００４】このような要求に対して、微細加工技術の
中心をなす投影露光技術は、現在０．３μｍ以下の寸法
の像を広範囲に形成するべく、向上が計られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら以上説明
したような現在主流のエキシマレーザを用いた投影露光
型の露光装置では、０．１５μｍ以下のパターン形成が
困難であるという問題があった。

【０００６】まず投影光学系には使用波長に起因する光
学的な解像度と焦点深度のトレードオフによる限界があ
る。投影露光装置による解像パターンの解像度と焦点深
度は、式(1)および(2)のレ−リ−の式によって表される
ことが知られている。

【０００７】Ｒ＝κ₁（λ／ＮＡ） … (1) DOF＝κ₂（λ／ＮＡ²） … (2) ここで、λは波長、NAは前述した光学系の明るさを表す
開口数、κ₁、κ₂は感光基板の現像プロセス特性等によ
って決まる定数であり、通常０．５〜０．７程度の値を
とる。

【０００８】この式(1)、(2)より、解像度Ｒを小さい値
とする高解像度化には波長λを小さくする「短波長化」
か、ＮＡを大きくする「高ＮＡ化」が必要である。しか
しながら同時に投影光学系の性能として求められる焦点
深度DOFはある程度の値以上に維持する必要がある。こ
のため、高ＮＡ化をある程度以上進めることは不可能と
なり、結局、短波長化が唯一の解決方法となる。

【０００９】しかしながら、短波長化を進めていくと、
投影光学系に使用できる硝材がなくなってしまうという
問題がある。透過率の条件に加え、耐久性、屈折率均一
性、光学的歪み、加工性等々の複数条件を満たす硝材の
存在自体が危ぶまれている。

【００１０】このように従来の投影露光では式(1)、(2)
に依存してパターンを露光するために短波長化が必要で
あり、従って硝材が存在しないという問題を引き起こ
し、０．１５μｍ以下の露光が実現できない。

【００１１】投影露光の抱える問題を超えて解像度を上
げられる露光方式としてはいくつか提案されているが、
そのうちウエハのレジストの感光露光量に満たない低露
光量の露光を複数回重ねて（多重に）行い、その際に露
光パターンを変えることで重ねて露光された部所を感光
露光量に達するようにして微細パターンを形成する方法
がある。この方法では露光パターン間の位置合わせ精度
が重要なパラメータとなる。しかしながらこの多重露光
の各露光工程間の位置合わせを高精度に行う方法はまだ
確立されてはいない。

【００１２】多重露光の各露光工程間のアライメント精
度は何らかの方法で高精度に維持する必要がある。本発
明はこの様な露光で微細パターンを高精度に作成可能な
露光装置とこれに好適なマスク及びこのような高精度な
微細パターン作成により集積度の高いデバイスを作成す
ることが可能なデバイスの製造方法を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述目的を達成するため
の第１発明は、感光性基板上に現像前にパターン露光を
多重に行う装置であって、該多重のパターン露光の少な
くともいくつかを、前記パターンとは別の露光形成され
たアライメントマークの潜像を用いて前記感光性基板と
の相対位置合わせを行う事によって実行することを特徴
とする露光装置である。

【００１４】第２発明はさらに、前記アライメントマー
クの潜像の露光形成は該マークが使用される前のパター
ン露光の際にパターンと共に実行されるものであること
を特徴とする。

【００１５】第３発明はさらに、前記アライメントマー
クの潜像の露光形成は前記パターン露光の1度の露光よ
りも大きな露光量で実行されることを特徴とする。

【００１６】第４発明はさらに、前記アライメントマー
クの潜像の露光形成は該マークが使用される前のパター
ン露光の際にパターンと共に実行されるものであること
を特徴とする。

【００１７】第５発明はさらに、前記アライメントマー
クの潜像の露光形成時に、前記パターン露光の露光時間
を制御するためのシャッターを有することを特徴とす
る。

【００１８】第６発明はさらに、前記アライメントマー
クの潜像の露光形成時に、前記パターン露光の露光量を
制御するための透過率調整用フィルターを有することを
特徴とする。

【００１９】第７発明はさらに、前記アライメントマー
クの潜像の露光形成は前記多重のパターン露光の前に実
行されるものであることを特徴とする。

【００２０】前述目的を達成するための第８発明は、感
光性基板上に現像前にパターン露光を多重に行うための
露光手段と、該多重のパターン露光の少なくともいくつ
かに使用可能であって前記感光性基板上に前記パターン
とは別の露光形成されたアライメントマークの潜像を用
いて前記感光性基板との相対位置合わせを行う手段を有
することを特徴とする露光装置である。

【００２１】第９発明はさらに、前記露光手段は前記ア
ライメントマークの露光形成を前記パターン露光と並行
して行うことを特徴とする。

【００２２】第１０発明はさらに、更にアライメントマ
ークの露光形成を前記パターン露光の露光量よりも大き
な露光量で実行するための露光量調整手段を有すること
を特徴とする。

【００２３】前述目的を達成するための第１１発明は、
感光性基板上に現像前にパターン露光を多重に行う装置
であって、該多重のパターン露光の少なくともいくつか
を、前回以前のパターン露光の際に露光パターンとは別
であって且つ該パターンと共に露光形成されたアライメ
ントマークの潜像を用いて前記感光性基板との相対位置
合わせを行う事によって実行することを特徴とする露光
装置である。

【００２４】第１２発明はさらに、２つの露光光束によ
る光干渉を用いてパターン像を形成する２光束干渉露光
手段と転写用のパターンが形成されたマスクのパターン
を投影露光する投影露光手段の内の少なくとも一方を有
することを特徴とする。

【００２５】第１３発明はさらに、前記２光束干渉露光
手段は前記投影露光手段の投影露光によって形成された
潜像を用いて前記相対位置合わせを行うことを特徴とす
る。

【００２６】第１４発明はさらに、前記２光束干渉露光
手段と前記投影露光手段は概略共通の位置に前記感光性
基板を配置してパターン露光を実行することを特徴とす
る。

【００２７】第１５発明はさらに、前記２光束干渉露光
手段は前記感光性基板のアライメント検出を光学的検出
手段で行い、該光学的検出手段の照明光学系と受光光学
系のうち少なくとも一つの光軸が露光装置のパターン露
光位置を横切ることを特徴とする。

【００２８】第１６発明はさらに、前記潜像は投影露光
手段により所定の露光パターン形成範囲の外部に形成さ
れたアライメントマークの潜像であることを特徴とす
る。

【００２９】第１７発明はさらに、多重のパターン露光
の最初を除くすべてを、前回以前のパターン露光の際に
形成された潜像を用いて前記感光性基板との相対位置合
わせを行う事によって実行することを特徴とする。

【００３０】前述目的を達成するための第１８発明は、
感光性基板上に現像前にパターン露光を多重に行うため
の露光手段と、該多重のパターン露光の少なくともいく
つかに使用可能であって前記感光性基板上に露光パター
ンとは別であって且つ該パターンと共に露光形成された
アライメントマークの潜像を用いて前記感光性基板との
相対位置合わせを行う手段を有することを特徴とする露
光装置である。

【００３１】第１９発明はさらに、前記多重のパターン
露光のおのおのは、前記感光性基板上の複数エリアへの
順次の露光を含む事を特徴とする。

【００３２】前述目的を達成するための第２０発明は、
感光性基板にパターン露光するための露光装置であっ
て、２つの露光光束による光干渉を用いて前記感光性基
板にパターン像を形成する２光束干渉露光部と、該２光
束干渉露光の露光位置において前記感光性基板のアライ
メント状態を検出する２光束干渉露光用アライメント検
出手段と、露光光で転写用のパターンおよび／または該
転写用パターンとは別のアライメント用マークが形成さ
れたマスクを照明する照明光学系、及び前記マスクのパ
ターン像を前記感光性基板に投影する投影光学系を用い
てパターン像を形成する投影露光部と、該投影露光の露
光位置において前記感光性基板のアライメント状態を検
出する投影露光用アライメント検出手段と、前記感光性
基板を保持するステージとを有し、前記２光束干渉露光
用アライメント検出手段および／または前記投影露光用
アライメント検出手段からの検出信号に基づいて該ステ
ージの位置制御を行うと共に、前記２光束干渉露光用ア
ライメント検出手段および／または前記投影露光用アラ
イメント検出手段は前記アライメントマークの潜像を検
出する潜像検出手段を具備したことを特徴とする露光装
置である。

【００３３】第２１発明はさらに、前記アライメントマ
ークは前記投影露光部により所定の露光パターン範囲の
外部に形成されたことを特徴とする。

【００３４】第２２発明はさらに、前記２光束干渉露光
用アライメント検出手段が光学的検出手段を有し、該光
学的検出手段の光学系のうち少なくとも一つの光軸が露
光装置のパターン露光位置を横切ることを特徴とする。

【００３５】前述目的を達成するための第２３発明は、
上述のいずれかの露光装置を用いてパターン露光を行っ
た感光性基板に現像を行い、パターンを形成してデバイ
スを製造することを特徴とするデバイスの製造方法であ
る。

【００３６】前述目的を達成するための第２４発明は、
感光性基板上に現像前にパターン露光を多重に行い、該
多重のパターン露光の少なくともいくつかを、前記パタ
ーンとは別の露光形成されたアライメントマークの潜像
を用いて前記感光性基板との相対位置合わせを行う事に
よって実行し、前記多重のパターン露光後の感光性基板
を現像してパターン形成を行うことにより、デバイスを
製造することを特徴とするデバイスの製造方法である。

【００３７】第２５発明はさらに、前記アライメントマ
ークの潜像は前回以前のパターン露光の際にパターンと
共に露光形成されたものであることを特徴とする。

【００３８】前述目的を達成するための第２６発明は、
感光性基板上に現像前にパターン露光を多重に行う際の
該多重のパターン露光の少なくとも１回に用いられるマ
スクであって、パターン露光用パターンとともに次回以
降のいずれかの現像前パターン露光の際の前記感光性基
板との相対位置合わせのための、前記パターン露光用パ
ターンとは別のアライメントマーク潜像形成用のマーク
を有することを特徴とするマスクである。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に述べる第１の実施形態にお
いては、それぞれ複数の２光束干渉露光と投影露光の潜
像での多重露光におけるアライメントにおいて、潜像の
アライメントマークを用いることによって通常露光と同
等の重ね合わせ精度を実現するものである。露光された
アライメントマークを潜像のまま検出し、その信号に基
づいて次の露光工程のアライメント制御を行うものであ
る。このアライメントマークの潜像検出によれば、ウエ
ハの状態によらず常に高精度なアライメントが可能とな
り、更にこの潜像が前のパターン露光とともに露光形成
されたものであるので、２工程間の重ね合わせ誤差検出
および制御の誤差（即ち装置固有の誤差）ΔＥのみとな
り、通常の露光装置と同レベルの重ね合わせ誤差を実現
可能となる。

【００４０】なお、投影露光ではアライメントマークを
所望の位置に含んだマスクを用いることで、所望の位置
にアライメントマークを露光することが可能であるの
で、以下の実施形態ではアライメントマークの形成は投
影露光ステップにより行う。２光束干渉露光では露光パ
ターンである広範囲の周期的な1次元縞パターンのみし
か形成できないので、一般的に２次元の微小領域パター
ンであるアライメントマークを露光するためには、別途
特別にアライメントマークを形成する装置を設けること
になる。

【００４１】以下、第１の実施形態のアライメント装置
を用いた露光装置について説明する。

【００４２】図5は本発明の第１の実施形態のアライメ
ント装置を用いた露光装置の構成該略図、図6はこの装
置による作業ステップの一例について説明するフローチ
ャートである。

【００４３】図5において、501は露光装置本体、502は
投影露光部、503は2光束干渉露光部であり、それぞれの
露光部に対してウエハ509、ウエハステージ510、ウエハ
ステージ基盤511を共通に用いる。即ち、ウエハステー
ジ510とウエハ509は、それぞれの露光部の露光動作およ
びアライメント動作に応じてウエハステージ基盤511上
を移動する。これは例えば、(1)投影露光アライメント
(2)投影露光(3)2光束干渉露光アライメント(4)2光束干
渉露光のように行う。図５では各動作時におけるウエハ
ステージ510の位置を(1)〜 (4)で示してある。

【００４４】次に各露光部について説明する。

【００４５】投影露光部502は、不図示の光源からの光
で照明されたマスク505の像を投影光学系506によりウエ
ハ509に投影露光する。投影露光に先だって、マスク505
上の予め所定位置に設けられたマスクアライメント用の
アライメントマークをマスクアライメント用検出器504
により検出し、その結果に基づいて不図示のマスク位置
制御手段を用いて、マスクを所定位置に配置している。

【００４６】またウエハ509は、後述するアライメント
ツリ−により定められた所定のアライメントマーク潜像
を有し、その潜像をアライメント用照明手段507により
照明し、生じた回折光をアライメント光検出手段508で
検出することでウエハの正確な位置を測定する。この位
置情報に基づいて不図示のウエハ位置制御手段によりウ
エハステージ510の位置が制御され、所定の露光位置に
ウエハが配置される。

【００４７】なお、不図示であるが、ウエハとステージ
基準、マスク等とのアライメント用等にオフアクシスの
アライメント用顕微鏡や、その他TTL、TTRアライメント
システムを適宜使用してもよい。これらについては本発
明と直接関係しないので、詳細は省略する。

【００４８】また2光束干渉露光部503では、光源512よ
り発した露光光を光分波器513により2光束に分割し、そ
れぞれの光束をミラ−514により折り返し所定の角度で
ウエハ508上に照射する。そして2光束は干渉し、所定の
周期の露光パターンが形成される。

【００４９】ここでは、アライメント用照明手段515に
よりアライメントマーク潜像が照明され、生じた回折光
を所定角度に設置されたアライメント光検出手段516で
検出して位置を測定する。検出結果に基づいて不図示の
ウエハ位置制御手段によりウエハステージ510の位置が
制御され、所定の露光位置にウエハが配置される。

【００５０】潜像状態のアライメントマークの検出方法
としては、レジストの非露光部分と露光部分の屈折率差
や体積膨張/収縮による表面段差を利用して、スポット
光を走査して回折、反射光の変化を検出する方法や、表
面画像を撮像してこれを画像処理することにより検出す
る方法等が可能である。なお、これら潜像を用いたアラ
イメントを通常の露光装置について示した例は、特開平
5-3144号公報、特開平6-204105号公報、特開平6-167308
号公報等に開示されている。

【００５１】ここでは屈折率変化を利用した回折格子型
のアライメントマーク潜像検出方法について図3を用い
て説明する。ウエハ上のレジストにアライメントマーク
を露光した状態が示されており、アライメントマーク露
光によって形成された感光部の屈折率がｎ１、非感光部
の屈折率はｎ２となっている。アライメントマークの周
期をｄとすると、これは屈折率変化の周期がｄである回
折格子となっている。この回折格子にコヒ−レントなレ
−ザ光を入射すると、ｄ（ｓｉｎθ₁±ｓｉｎθ）＝ｍ
λなる条件で回折光が出射する。ただしθはウエハに対
する入射光の入射角度、θ₁は同様に出射光の出射角度
を表す。ｍは回折次数、正負号は正号が0次方向即ち反
射方向の回折光の場合、負号が入射方向に回折光が戻る
ような場合を表す。このような回折格子からの回折光を
用いてアライメントマークを検出することが可能であ
る。例えば1次回折光を検出する場合、θ＝９０度、ｄ
＝０．７μｍ、λ＝６３３ｎｍとすると、θ₁は約６５
度である。従って図4に示すようにこの６５度方向に検
出器を置き、垂直照明下でウエハを走査すると、マーク
が照明下に位置した時のみ回折光が発生し、検出器で信
号が発生する。信号の強弱を読み取ることにより、マー
クの位置を測定することが可能である。

【００５２】次に、図1に本実施形態におけるアライメ
ント方法を含む2光束干渉露光と投影露光の組み合わせ
露光のフロ−を示す。以下にこのフロ−について説明す
る。以下ではフローにおける矢印Ａ〜Ｈを中心にして説
明を行う。

【００５３】まず始めに(投影露光・アライメントマー
ク露光)ステップを行う。このステップでは投影露光に
より露光パターンと、露光パターンの外部にアライメン
トマークを同時に露光する。この際、露光パターンとア
ライメントマークとの距離は短いほどアライメント精度
が向上する。以下、露光パターンの投影露光を投影露光
と表記し、アライメントマークの投影露光はアライメン
トマーク露光と表記する。

【００５４】(A)続いて、(アライメントマーク潜像検
出)ステップでは前記ステップで形成されたアライメン
トマーク潜像を検出し、その位置を測定する。

【００５５】(B)次に、(アライメント制御)ステップで
は続く露光のための露光位置制御を前記検出結果に基づ
いて行う。

【００５６】(C)続く露光が投影露光であり最終露光で
ない場合には、(投影露光・アライメントマーク露光)ス
テップに戻り、前記アライメント制御後の露光位置で露
光を行う。

【００５７】(D)続く露光が2光束干渉露光である場合に
は、前記アライメント制御後の露光位置で2光束干渉露
光を行う。

【００５８】(E)続く露光が再度2光束干渉露光である場
合には、(アライメントマーク潜像検出)ステップに戻
り、前回の(投影露光・アライメントマーク露光ステッ
プ)で形成された所定のアライメントマークを用いる様
にして検出を行う。

【００５９】(F)続く露光が投影露光であり最終露光で
ない場合には、前回の(投影露光・アライメントマーク
露光ステップ)で形成された所定のアライメントマーク
を用いる様にして (アライメントマーク潜像検出)ステ
ップと（アライメント制御ステップ）を実行した上で
(投影露光・アライメントマーク露光)ステップに戻り、
前記アライメント制御後の露光位置で露光を行う。

【００６０】(G)最終の投影露光である場合には、アラ
イメントマークの形成は行わず、(投影露光)ステップと
してパターンの露光のみ行う。

【００６１】(H)投影露光または2光束干渉露光が最終露
光である場合には、多重露光された感光基板を(現像)ス
テップにて現像する。現像ステップには単なる現像の
他、PEB(Post Exposure Bake)等の露光後の後処理を適
宜行うことが出来る。また不図示であるが、現像ステッ
プ後にはエッチングプロセス等適宜のプロセスを経てパ
ターンの形成を行う。これら周知のプロセスによって、
半導体素子や液晶素子等のデバイスを製造する。

【００６２】以上が本実施形態の基本的なフローであ
る。

【００６３】次に、図５を用いて装置の動作を一例を挙
げて具体的に説明する。

【００６４】まず初回の露光を投影露光で行う。その
際、マスク上の露光パターン部の近傍に適宜アライメン
トマークを設けておき、同時に露光を行う。具体的には
まず第１の露光用パターン及びアライメントマークを有
するマスクを投影露光部502に設置し、ウエハステージ5
10を(2)の位置に配置して周知のアライメント方法を用
いてアライメント制御を実行した後、ウエハ509上に投
影露光とアライメントマーク露光を実行する。

【００６５】次に再び投影露光を行う場合は、この第１
のアライメントマークの潜像を検出し、その検出結果に
基づいて第2回目の露光に関するアライメント制御を行
い、続いて第2回目の露光を行う。具体的には、まずウ
エハステージ510を(1)の位置に配置して、形成されたウ
エハ509のアライメントマーク潜像をアライメント用照
明手段507により照明し、生じた回折光をアライメント
光検出手段508で検出することでウエハの正確な位置を
測定する。この位置情報に基づいて再び(2)の位置で、
不図示のウエハ位置制御手段によりウエハステージ510
の位置が制御され、所定の露光位置にウエハが配置され
る。ここで不図示のマスク交換装置及びマスク位置調整
手段により所定位置に第2回目用のマスクを配置した
後、露光を行う。第2回目の投影露光においても初回と
同様にマスクは第２の露光パターン部の近傍に第２のア
ライメントマークを有し、これを同時に露光する。

【００６６】投影露光を行う際には最終露光以外は同時
にアライメントマークの露光も行う。アライメントマー
クは所定の倍率でマスク505上に露光パターン部に近接
して配置されている。

【００６７】続いて2光束干渉露光部503で露光を行う場
合は、第2回の投影露光終了後に投影露光部から2光束干
渉露光部までのステージ移動を行う。ステージ移動後、
アライメントマークの潜像を検出し、その検出結果に基
づいて第3回目の露光に関するアライメント制御を行
い、その後に2光束干渉露光を行う。具体的には、まず
ウエハステージ510を(3)の位置に配置した後アライメン
ト制御を行う。即ちアライメント用照明手段515により
アライメントマーク潜像が照明され、生じた回折光をア
ライメント光検出手段516で検出して位置を測定した結
果によりウエハステージ510の位置が制御され、(4)の位
置（概略(3)の位置）で所定の露光位置にウエハが配置
される。そして光源512より発した露光光を光分波器51
3、ミラ−514を介してウエハ508上に照射して2光束干渉
させ、ウエハ509上に所定の周期の露光パターンが形成
される。

【００６８】この2光束干渉露光部では、露光位置の露
光面に対して垂直方向の近傍の空間を2分割した露光光
束が通過しない配置であるために、アライメント部を露
光部の極く近傍に配置でき、従って露光時のウエハ位置
の極く近傍でアライメントを行うことができる。このた
め一般のオフアクシス系のように大きなベ−スライン
(基準位置ずれ)や長距離のステージ移動を伴うことがな
く、精度を向上することが可能である。なお、アライメ
ント用光学系515、516は露光用光学系513、514の一部を
共用することもできる。

【００６９】再度2光束干渉露光を行う場合には、上述
工程を同様に繰り返す。ただし、この場合使用するアラ
イメントマーク潜像は最も後の投影露光で形成されたも
のである。

【００７０】最終露光が終了すれば、ウエハは２回の投
影露光および２回の2光束干渉露光により露光パターン
が多重に形成された状態となっている。ウエハステージ
510からウエハ509が周知のシステムを用いて取り出さ
れ、現像工程にまわされる。このウエハに対して現像作
業を行うことにより、所望のパターンが形成される。な
お、ここでいう現像作業とは前述のPEB等の処理を適宜
含むものとする。さらに現像終了後、エッチング等の処
理を行い、所望の加工を行う。例えば前述のようにエッ
チングプロセス等を経てパターンの形成を行う。このパ
ターン形成によって回路等を制作し、最終的に半導体素
子や液晶素子等のデバイスを製造する。この工程は周知
の手法を用いればよく、ここでは説明を省略する。

【００７１】以上説明した露光作業を行う作業ステップ
を図6に示した。ここでは各露光工程に丸付き数字で番
号を付し、同時にこの工程で制作されたアライメントマ
ーク潜像にも同じ丸付き番号を付して示してある。

【００７２】本実施形態によれば、現像前の多重露光に
よってパターン露光を行う装置において、潜像によって
露光パターンとは別にアライメントマークを形成し、こ
のアライメントマークを該マーク形成後のパターン露光
時のアライメントに使用することによって、以下の効果
を有する。即ちまだパターンを全く形成されていない最
初の状態のウエハ（ベアウエハ）や、表面の状態等の理
由で現像アライメントマークが使用できない状況のウエ
ハにおいて、アライメントマークを使用しないで多重露
光を行うと各露光パターン間のアライメント誤差が大き
くなることが考えられる。本実施形態においてはアライ
メントマークとして潜像マークを露光パターンとは別に
形成し、これを基準に各露光前のアライメントを行うよ
うにすることで、上述のようなウエハであっても専用の
アライメントマークを使用して各露光パターン間のアラ
イメント精度の高い多重露光が実現されるものである。

【００７３】本実施形態では更に、現像前の多重露光に
よってパターン露光を行う装置において、前の露光、又
はその前の露光等最近の露光パターンに対して正確に次
の露光パターンを位置あわせして実行できるので、微細
パターンのより高精度な形成が可能となる。これを比較
例と比較した模式図を図2に示す。a)はあらかじめウエ
ハに設けられたマークを前述〜の露光工程の位置合
わせの共通の参照マークとした比較例の場合、b) は前
述〜の露光工程を図６に示すフローに従って行った
場合で、それぞれには、左側にアライメントツリーと呼
ばれる露光ステップとアライメントマーク参照関係を表
す樹形図と、右側に各ステップでのウエハ上での露光パ
ターンとアライメントマークを示す摸式図を示した。

【００７４】露光パターン間の位置合わせ方法として、
例えばウエハ上にアライメントマークを予め何らかの方
法で設け、これを各露光工程の共通の基準マークとして
各露光に先立つ位置合わせを行う方法が考えられる。こ
こではこれを比較例a)とする。

【００７５】しかしながら上述の同一基準マークを検出
する方法のアライメント精度は、通常の露光プロセスに
おける装置自身の精度に比べ劣化する。この理由を以下
に述べる。

【００７６】通常の露光装置を用いたパターン形成方法
ではアライメントマークは前工程で回路パターンと共に
露光され、現像、エッチング等を経た実際の凹凸構造パ
ターンであり、後工程ではこのマークを用いて検出、制
御を行っている。このような通常の露光装置の２工程間
の重ね合わせ精度はマークの不完全性を除けば、検出・
制御のエラ−ΔＥのみによっている。よって全体の重ね
合わせエラ−はＥ＝ΔＥである。

【００７７】これに対して現像前に多重露光を行う装置
において、予めウエハに設けられたマークを多重露光の
各露光工程で共通に参照する方法では、全体の重ね合わ
せエラ−Ｅ’は、前露光ステップでのマークの検出・制
御エラ−ΔＥ₁と後露光ステップでの同一マークの検出
・制御エラ−ΔＥ₂の2つのエラ−から成り立ち、エラ−
が無相関の場合には、Ｅ’＝√（ΔＥ₁ ²＋ΔＥ₂ ²）とな
る。ΔＥ＝ΔＥ₁＝ΔＥ₂とするとＥ’＝√２・ΔＥ≒
１．４１ΔＥ＝１．４１Ｅとなり、露光装置固有の位置
合わせ精度に比べて重ね合わせエラ−が４０％以上増加
することが分かる。

【００７８】a)に示す比較例では、予めウエハに参照マ
ークを設け、そのマークを参照してとの投影露
光工程およびとの2光束干渉露光工程を順次重ね合
わせて多重露光する。この場合の重ね合わせ精度は、
-間、-間のような基準マークとその他の工程に
よって露光されるパターンとの間はΔＥであるが、工程
-間、-間等の実際の形成パターン同志の重ね合
わせ精度は全て√２・ΔＥである。本来位置合わせした
いのはこの各工程の形成パターン同志であり、これは本
来の装置の位置合わせ精度ΔＥより精度が悪化してい
る。

【００７９】これに対しb)に示す本実施形態によれば、
以下のようになる。・工程の初回の投影露光でパターンと同時にアライメ
ントマークを露光する。・マークを参照して工程の投影露光によりパターン
及びアライメントマークを露光する。・マークを参照して工程の2光束干渉露光によりパ
ターンを露光する。・マークを参照して工程の2光束干渉露光によりパ
ターンを露光する。

【００８０】このようにして多重露光を行った場合に
は、-間、-間、-間等の主要なパターン同
志の重ね合わせ誤差がΔＥとなり、比較例a)に比べて重
ね合わせエラ−が４０％以上低減することが解る。

【００８１】以上のように本実施形態の方法を用いるこ
とにより、投影露光と2光束干渉露光を組み合わせた新
露光方法においても、特に重要な項目である重ね合わせ
精度の向上を実現することができる。

【００８２】尚、比較例a）においても、後述するよう
に、基準とするアライメントマークを潜像マークとする
構成にすれば、前述したベアウエハ等現像アライメント
マークを基準としたアライメントが実行できない場合で
あっても、アライメント用マークとしての潜像マークを
基準とした各露光パターン間のアライメント精度の高い
多重露光が実現できるという効果が得られる。

【００８３】以上述べた本実施形態の露光作業におい
て、アライメント検出、アライメント制御、露光の各作
業ステップに関して、実際には1枚のウエハ上に多数の
露光パターン(ショット)を繰り返し形成して加工するこ
とが多い。このような場合には図7および図8に示したよ
うなダイバイダイ(ダイトウダイ)、グローバルアライメ
ント方式等を適宜採用することができる。

【００８４】図7はダイバイダイ方式を説明する摸式図
である。上側はウエハ上のショット配置を示し、斜線部
が各ショット用のアライメントマーク形成位置を表して
いる。1枚のウエハ上に同一マスクにより形成された露
光パターンとアライメントマークが繰り返し複数露光さ
れる。下側はダイバイダイアライメントの動作フローを
示す。ダイバイダイ方式ではアライメント検出および制
御(計算)はこのショット毎に行う。即ち第1ショットの
アライメント検出および制御後に露光が行われ、その後
にショット間のステージ移動が行われ、第2ショットで
のアライメント、露光作業が同様に行われ、以降繰り返
される。

【００８５】図8はグロ−バルアライメント方式を説明
する摸式図である。表示は図７と同様にしている。ダイ
バイダイ同様にウエハ上に複数のショットが露光されて
いる。グロ−バルアライメント方式ではアライメントは
複数ショットに対して代表的な1つのウエハ位置で行わ
れる。即ちアライメントは全てのショットの露光に先だ
って1度行われる。この代表的なウエハ位置は複数ショ
ットの中の適宜選択された複数のショット中のアライメ
ントマークを検出し、その検出結果から計算により求め
られる。

【００８６】図8に示した例では番号1から12までのアラ
イメントマーク（黒塗りで示す）を検出している。計算
方法には単に平均化を行い重心を求める方法や適宜重み
付けを行う方法が知られている。このようにして得られ
た代表的なウエハ位置にウエハが配置された後に各ショ
ットの露光が行われる。露光の間に各ショット間移動が
適宜行われる。

【００８７】複数ショットを1枚のウエハに行う場合に
は以上述べたような方法を適宜用いることができる。こ
のような場合には、例えば、図6に示した作業ステップ
は、各露光工程とある場合はそれに先立つ潜像検出、ア
ライメント制御を１枚のウエハの全ショットで実行した
後に、次の各露光工程とそれに先立つ潜像検出、アライ
メント制御を１枚のウエハの全ショットで実行し、これ
を繰り返すことで実行する。

【００８８】図９は本発明の第２の実施形態の構成概略
図である。図中前述と同様の部材には同じ符番を冠して
ある。図中521はエキシマレーザ等の露光用光源、522は
照明光学系、523はマスク505の収容部、524はマスクの
交換用搬送装置を表す。本実施形態では照明光学系522
を用いて２光束干渉露光を投影露光用の位置で投影光学
系を介して行う点が前の実施形態とは異なる。

【００８９】図９の右側囲い内に照明光学系522による
マスク照明における照明光の主要光線の形態を示してあ
る。照明光学系522は２光束干渉露光時には光源521から
の光束で平行照明光1a又は斜入射照明光1bを形成し、50
5’で示したレベンソン型位相シフトマスク（平行照明
光の場合）、又はエッジシフタ型マスク（平行照明光の
場合）、又は位相シフタを有していないマスク（斜入射
照明光の場合）を経由させ、投影光学系506でウエハ509
上に２光束干渉パターンを形成させる。パターンを有す
るマスク505を用いた投影露光時には、搬送装置524でマ
スクを交換し、照明光学系522は照明を通常照明光2に切
り替える。この切り替えは、例えば照明光学系内フライ
アイレンズ直後の開口絞りを開口径が十分に小さい絞り
と切り替えるなど、照明光学系内の特定光学素子の変
更、切り替え、挿脱等により実行する。アライメント装
置に関しては不図示であるが、図5と同様に潜像のアラ
イメント検出装置を備えている。

【００９０】第１の実施形態の露光手順を図9に示した
この2光束干渉露光部に投影露光部を共用した露光装置
においても同様に行うことができる。本実施形態では2
光束干渉露光と投影露光の間でウエハステージ510を大
掛かりに移動させる必要がなくなる。

【００９１】以下に、本発明の第３の実施形態を説明す
る。

【００９２】図１０は本発明の第２の実施形態の露光装
置を示す構成概略図である。（Ａ）は構成全体を、
（Ｂ）はマスクの形態を、（Ｃ）はマスキングブレード
部を、それぞれ示す。

【００９３】図中、レーザ光源からオプティカルインテ
グレータ901までの照明系は省略してある。

【００９４】901はオブティカルインテグレータ、902は
照明絞り、903はコンデンサレンズ、904はマスキングブ
レ一ド、905はマスキング結像レンズ、906はマスク、90
7はマスクステ一ジ、908はパターン露光部シャッター、
909はシャッター制御部、910はマスク交換装置、911は
交換用マスク、912は投影光学系、913はウエハ、914は
ウエハステージ、915は潜像アライメント用照明手段、9
16は潜像アライメント光検出手段をそれぞれ示す。

【００９５】また、906Aは本実施形態での第1露光用マ
スク、906Bは第2露光用マスクの摸式図である。

【００９６】このような構成の装置を用いて、本実施形
態では図１１に示すフローで露光作業を行う。

【００９７】まず、レジストを塗布したウエハをステー
ジ914にセットし、またマスクとして交換用マスク911の
中から第１露光用のマスク906Aを、マスク交換装置910
を用いてマスクステージ907にセットする。

【００９８】最初の露光は第１露光であり、この露光で
は第１露光用のマスク906A上の第１回目の露光用パター
ン(P1)およびアライメント用マーク(M1)を同時に露光す
る。露光は投影光学系912によリマスク906の像をウエハ
913に投影露光して行われる。

【００９９】パターン部およびマーク部の(積算)露光量
は、互いに異なるように調整される。調整の方法はマス
キングプレ一ド904のパターン部にシャツタ一908を設
け、その開閉をシャッター制御部909によって制御する
ことで、パターン部の露光時間を調整するものである。
この露光時間に関しては後述する。

【０１００】第１露光後、ウエハ913上には、第１露光
(P1/M1)で露光されたアライメントマークM1の潜像が形
成されている。その潜像を用いて次に第２露光用のアラ
ィメント(A2)を行う。

【０１０１】本実施形態の露光装置では、アライメント
装置は第１の実施形態の投影露光と同様オフアクシスの
配置としたため、まず、ウエハ913がウエハステージ914
に従つてアライメント装置915,916の所定の測定位置ま
で移動される。次にアライメント用照明手段915により
アラィメントマークM1の潜像を照明し、生じた回折光を
アラィメント光検出手段916で検出することでウエハの
正確な位置を測定する。この位置情報に基づいて第２露
光を行う際の最適なウエハ位置が所定の演算により算出
され、その最適なウエハ位置まで、不図示のウエハ位置
制御手段によりウエハステージ914の位置が制御され、
所定の露光位置にウエハ913が配置される。

【０１０２】潜像状態のアライメントマークの検出は、
第１の実施形態と同様に行える。又第１の実施形態と同
様、不図示であるが、ウエハとステージ基準、マスク等
とのアライメント用等にオフアクシスのアライメント用
顕微鏡や、その他TTL,TTRアライメントシステムを適宜
使用してもよい。

【０１０３】このようにしてアライメントされたウエハ
に対して、第２露光が行われる。まず、第２露光用のマ
スク906Bをマスクステージ907にセットする。続いてマ
スク上のパターン(P2)が投影光学系912を介してウエハ9
13に投影される。本実施形態では説明の便宜上、多重露
光は二重の露光としたので、第２露光が最終露光であ
り、この場合は第２露光で潜像マークを露光形成する必
要がない。尚、例えば多重露光がｎ重（ｎは２以上の整
数）である場合、第ｎ露光では潜像マークを形成しなく
ともよいことになる。

【０１０４】以上の露光作業が終了するとウェハは第１
露光(P1/M1)および第2露光(P2)により露光バターンP1,P
2が多重に形成された状態となっている。このウエハに
対して現像作業を行うことにより、所望のバターンが形
成される。なお、ここでいう現像作業とは前述のPEB等
の処理を適宜含むものとする。さらに現像終了後、エッ
チング、レジスト除去の処理を行うことで実際のウエハ
上のパターン形状が形成される。

【０１０５】次に、前述の露光時間の制御について説明
する。本実施形態はアライメントマーク露光をパターン
露光と同時に行いつつ、それぞれの領域別に露光量を制
御する方法を実施したものである。

【０１０６】まず、図１２を用いて本実施形態の露光お
よびアライメントの原理に関するフローを説明する。以
下のフローでは多重露光をｎ重に行う場合として説明す
る。この場合、第ｍ露光用のマスク（ｍは０＜ｍ＜ｎを
満たす任意の整数）には多重露光用のパターンPmと第
（ｍ＋１）露光の前のアライメント用のアライメントマ
ークMmとが設けられており、第ｎ露光用のマスクには多
重露光用のパターンPnが設けられている。

【０１０７】本実施形態ではパターン投影露光とマーク
投影露光は同時に行う。図１２に示すように、まず、レ
ジストを塗布したウエハ上に、第１露光として第１露光
用マスクのパターンP1とマークM1が同時に投影露光(P1/
M1)される。次にアラィメント(A2)において、ウエハ上
のマークM1の潜像の位置を検出してウエハと次の投影露
光(P2/M2)のための位置決めが行われる。

【０１０８】続いてパターンP 2とマークM2の投影露光
(P2/M2)が行われ、同様にしてマークM2の潜像を用いた
アライメント(A3)、パターンP 3とマークM3の投影露光
(P3/M3)、というように順を追つて多重露光が行われ
る。n重露光の場合にはアライメント(An)後のパターン
霧光n(Pn)を持つて露光作業が終了となり、最後の露光
(Pn)ではマークを露光する必要はないので、パターンの
みが単独で露光される。

【０１０９】以上述べた一連の露光においてのアライメ
ント精度は以下の通りである。まず最初に露光されたマ
ークM1の潜像と次の露光パターンP2との間でアライメン
ト(A2)を介して位置決めが行われており、その精度をΔ
Eとする。このΔEは潜像のアライメント検出精度や、ス
テージの位置決め制御精度等に依存したものである。

【０１１０】次にパターンP2と同時に露光されたマーク
M2の潜像と次の露光パターンP3との間でアライメント(A
3)を介して位置決めが行われる。この精度も同じくΔE
である。以下同様に一つ前のパターン露光と同時に露光
されたマークの潜像をアライメントに用いて、パターン
露光のアライメントがそれぞれ精度ΔEで行われてい
る。

【０１１１】図１３は以上のフローによって得られる露
光領域の露光の様子をステップ毎に示した模式図であ
る。左側が各露光において投影露光されるパターンの配
置を、右側がその露光の結果のウエハ上潜像形成位置を
示すことになる。なお、本実施形態の場合はウエハ上の
マーク潜像形成領域はn分割されており、M1からMnまで
のマークがそれぞれの露光ステップで所定の位置に投影
露光されている。

【０１１２】次に、具体的に露光量の制御について述べ
る。

【０１１３】図１３からも明らかなように、本実施形態
の多重露光では、各アライメントマークはそれぞれ単露
光であるのに対して、パターン露光はn重露光となって
いる。

【０１１４】n重露光を用いる場合には、n重露光をした
積算露光量、即ち第ｍ露光によるパターンの投影露光に
よる露光量をE(Pm)として、E(P1)+ E(P2)+ E(P3)+・・
・+ E(Pn)がレジストの露光量閾値付近にコントラスト
のある像を作る。このため、一露光あたりの露光量は通
常の一度の投影露光によるパターン露光に比べて、1/n
程度に弱める。しかしながら、マークM1,M2,・・・,Mn
に関しては、潜像の検出を用いるために、パターン露光
と同じ1/nの露光量では露光によるレジストの変化が小
さい。そこで、検出精度をより向上させるために、マー
ク露光部にパターン露光部の露光量に比べて大きな露光
量を与える。本実施形態ではこの領域別露光量制御を以
下に説明する方法で行つた。その結果、各マークMmはレ
ジスト上の潜像としてより鮮明な変化で得られ、良好な
検出を行うことができるようになる。

【０１１５】この方法はパターン露光部の露光量を制御
するパターン露光部シャッターをマスク面またはマスク
面に共役な面(図１０の（Ａ）における照明光学系の所
謂マスキングブレ一ド９０４面等)に配置し、パターン
露光部の露光時間をマーク露光部と独立に調整すること
で、所望の露光量を各領域で得られるようにするもので
ある。

【０１１６】図１４は図１０に示したマスキングブレー
ド904面上のパターン露光部シャッター908の動作を示し
たものである。上がシャッター開放時、したがシャッタ
ー作動時を示す。本装置では、シャッター作動時にパタ
ーン露光部904aを覆うようにパターン露光部シャツタ一
908を配置し、これを開閉動作させることにより露光時
間を制御する。

【０１１７】この様なパターン露光部シャッターを用い
てパターン露光部とマーク露光部の露光を行う時の露光
量と露光時間について、n=2の二重露光の場合について
行つた場合の説明図を図１５に示した。図上部がパター
ン露光部、下部がマーク露光部にそれぞれ対応する単位
面積当たりの露光量の時間変化である。ここではレジス
トの単位面積当たりの露光量閾値がaT付近であるとして
説明する。

【０１１８】パターン露光部では時刻0から0.5Tまでパ
ターン露光部シャッターを開けて露光し、その後はパタ
ーン露光部シャッター908を閉じる。これに対してマー
ク露光部では時刻0からTまでの露光が行われる。これは
不図示の全体シャッターによって制御されている。

【０１１９】このような露光シーケンスの結果、露光時
間Tの間の積算露光量はマーク露光部でaTであるのに対
し、パターン露光部では半分の0.5aTとなる。このよう
な露光を図１３のような配置で二重露光すれば、各アラ
イメントマーク、二重露光したパターン部の露光量は両
方ともにaTの同程度となり、パターン部に比べてマーク
部の露光量が弱まることがなく、より良好な検出が可能
となる。

【０１２０】ｎ重露光の場合には、パターン露光部の露
光時間をアライメントマーク露光時間の１／ｎにするこ
とになる。

【０１２１】なお、本実施形態ではパターン露光部のみ
にシャッターを配置したが、マーク露光部に対しても同
様な独自のシャッターを配置して露光時間調整を行って
もよい。

【０１２２】上述の装置では露光時間による露光量制御
を行ったが、これは以下のような変形が可能である。

【０１２３】即ち以下に述べる変形例は、マーク露光部
とパターン露光部の各領域に対応した透過率制御フィル
ターをマスク面またはマスク面に共役な面(図１０の
（Ａ）における照明光学系の所謂マスキングブレード90
4面等)に配置し、各領域の透過率を調整することで、所
望の露光量を各領域で得られるようにするものである。

【０１２４】図１６はn=2の場合に対応して透過率制御
フィルターを配置したマスキングブレードフィルター90
4'の例である。このマスキングブレードフィルター904'
は図１０の（Ａ）におけるマスキングブレード904（及
びシャッター908）に置き換えて配置する。パターン露
光部904a'には50%のフィルターを配置し、マーク露光部
904b'は100%の開口とすることで、ウエハ上での露光量
の比を1:2に調整している。

【０１２５】この様なマスキングブレードフィルター90
4'を用いてパターン露光部とマーク露光部の露光を行う
時の露光量と露光時間について図１７に示した。図上部
がパターン露光部、下部がマーク露光部にそれぞれ対応
する単位面積当たりの露光量の時間変化である。パター
ン露光部では50%の透過率制御フィルターの効果で、露
光量がaから0.5aに減少しており、不図示の全体シャッ
ターによって制御された露光時間Tの間の積算露光量は
マーク露光部のaTに比べ半分の0.5aTとなっている。

【０１２６】このような露光を図１３のような配置で二
重露光すれば、マーク部と二重露光したパターン部の露
光量は両方ともにaTの同程度となり、パターン部に比べ
てマーク部の露光量が弱まることがなく、より良好なア
ライメント検出が可能となる。

【０１２７】ｎ重露光の場合には、パターン露光部の透
過率をマーク露光部透過率の１／ｎにすることになる。

【０１２８】なお、本変形例において、フィルターを使
わず、その代わりに照明光学系をマスク面上の照度が所
望の分布となるように適宜設計し、構成すること等も可
能である。

【０１２９】上述変形例を含む本実施形態では、マーク
部の積算露光量を多重露光後のパターン部と同程度にし
たが、マーク部の露光量をより強めて潜像としてのレジ
ストの変化を増大することも可能である。その場合は、
例えば図１５においてマーク露光部の露光時間をTより
大きくしてやれば良い。また、例えぱ上述実施形態に変
形例を組み合わせて、NDフィルターを開閉して露光時間
制御することも可能であるし、また、液晶のような動的
に透過率分布が変化するフィルター素子を用いることも
可能である。

【０１３０】また、本実施形態ではマスキングブレード
面でのシャッター等による透過率制御を行つたが、これ
はマスク面などウエハ面と略共役な面であればどこでも
よい。

【０１３１】そして、本実施形態ではパターン露光部の
みにシャッター、フィルターを配置したが、マーク露光
部に対しても同様なシャッター、フィルターを配置して
露光時間や透過率の調整を行ってもよい。

【０１３２】本発明における第４の実施形態を以下に説
明する。

【０１３３】本実施形態はアラィメントマーク露光をパ
ターン露光の前に行い、独立に露光量制御する方法を実
施したものである。

【０１３４】尚、上述の各実施形態ではパターンと同時
に露光形成されたアライメントマークの潜像を利用する
ことで、各露光間のアライメント精度を√２・ΔEから
ΔEへと減少させることができる効果も有するものであ
ったが、本実施形態においては単純にΔEそのものを小
さくすることによって、結果として各露光間のアライメ
ント精度を減少させるものである。即ち前述したよう
に、ベアウエハや、現像アライメントマークが使用でき
ない状況のウエハ等では、アライメントマークを使用し
ないで多重露光を行うことでΔE自身が大きくなること
が考えられる。本実施形態においては潜像マークをあら
かじめ形成し、これを基準に各露光前のアライメントを
行うようにすることで、ウエハの状態によらずアライメ
ントマークを使用した常にΔEの小さい（即ち多重露光
における各露光パターン間のアライメント精度の高い）
多重露光が実現されるものである。

【０１３５】本実施形態の装置は、例えば図１０の
（Ａ）に示した様な構成のものを使用すれば良い。よっ
て構成の説明は省略する。

【０１３６】まず、図１２と同様の要領で示した図１８
を用いて本実施形態の露光およびアライメントに関する
フローを説明する。

【０１３７】本実施形態では図１８のフローに従つてマ
ーク露光、パターン露光、アライメントを行う。まず、
レジストを塗布したウエハ上にアライメントマークM0を
露光する。この場合例えば図１０の（Ａ）において、ア
ライメントマークを形成したマスクを使用し、シャッタ
ー908を完全に閉じた状態でアライメントマークだけを
十分な露光量でウエハ上に投影露光する。

【０１３８】次に露光されたマークM 0の潜像を用いて
露光装置とウエハの相対位置を検出し、次の露光パター
ンP1の位置決めを行うアラィメント(A1)を行う。潜像を
用いた位置検出方法については、前出の実施形態にて説
明したのと同等のもので行えば良い。

【０１３９】次に、アライメント(A1)により位置決めさ
れた状態で、後述する露光量で露光パターンP1の投影露
光を行う。この場合、マスクとしてはパターンのみ形成
され、アライメントマーク部は遮光されたものを用いて
パターンのみを露光し、アライメントマークの露光は行
わない。

【０１４０】この後、同様にアライメント(A2)、露光パ
ターンP2の投影露光というようにn重露光の場合には露
光パターンPnの投影露光までが順に行われる。

【０１４１】図１９は以上のフローによって得られる露
光領域の露光の様子を、図１３と同じ要領で、図上から
順に、ステップ毎に示した摸式図である。

【０１４２】図１９からも明らかなように、本実施形態
の多重露光では、アライメントマークは単露光であるの
に対して、パターン露光はn重露光となっている。

【０１４３】前述したようにn重露光を用いる場合に
は、n重露光をした積算露光量、即ち第ｍ露光によるパ
ターンの投影露光による露光量をE(Pm)として、E(P1)+
E(P2)+ E(P3)+・・・+ E(Pn)がレジストの露光量閾値付
近にコントラストのある像を作る。このため、一露光あ
たりの露光量は、1/n程度に弱めることになる。

【０１４４】しかしながら、マークMOに関しては、後述
するような潜像の検出を用いるために、このパターン露
光と同じ1/nの露光量では露光によるレジストの変化が
小さい。そこで、より検出精度を向上する為にこのマー
クMOの露光時には、パターン露光の露光量よりも大きな
露光量を与える。本実施形態では、この露光量の制御を
マークMOのみ露光時間を長くすることで行い、マークM0
の積算露光量がパターン部の多重露光後の積算露光量と
同等以上になるように調整した。その結果、マークM0は
レジスト上の潜像としてより鮮明な変化で得られ、良好
な検出を行うことができる。

【０１４５】以上述べた第３、第４の実施形態の露光作
業においても、アラィメント検出、アライメント制御、
露光の各作業ステップに関して実際には1枚のウエハ上
に多数の露光パターン(ショット)を繰り返し形成して加
工することが多い。このような場合には図１２や図１８
に示したアライメント(A2)と第2露光(P2)のような露光
前アライメントと露光というステップは、実際には必ず
しも図１２、図１８のように２つの分離されたステップ
ではなく、組み合わされたステップとして、図７および
図８に示したようなダイバイダイ(ダイトウダイ)、グロ
ーバルアライメント方式等を適宜採用することができ、
この場合は前述の実施形態において述べたのと同様の、
例えば潜像検出とアライメント制御、第ｍ露光工程一組
を全ショット実行後に次の一組を全ショットで実行する
等の仕方が適宜採用できるものである。

【０１４６】本発明は以上説明した実施形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
てシーケンスの流れなどは種々に変更する事が可能であ
る。

【０１４７】例えば露光方法を２光束干渉露光と投影露
光の一方で統一した装置とすることも、複数の露光装置
間を移動して多重露光を実行するようにすることもでき
る。露光も光露光に限られない。

【０１４８】また、潜像検出によるアライメントを複数
露光工程のいくつかで行い、残りの露光工程は他のアラ
イメント検出方法、例えば基準となるあらかじめ制作さ
れたアライメントマークを用いて実行するようにしても
よい。このようにしたとしても、ウエハの状態によらな
い高精度なアライメントを潜像検出実行分だけ達成でき
る。特に前の露光パターンとともに形成した潜像マーク
の検出によるアライメントを行えば、実行した工程の存
在分だけパターンの形成精度は更なる向上が見込めるも
のである。

【０１４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装
置、マスクを用いることにより、多重露光による微細な
パターンの露光形成をウエハの状態によらず常に高精度
に実現することが可能となる。

【０１５０】特に前回以前のパターン露光の際にパター
ンと共に露光形成されたアライメントマークの潜像を用
いた場合は、更なる高精度が見込める。

【０１５１】また、本発明のデバイス製造方法を用いる
ことにより、高精度なパターン形成による集積度の高い
デバイスの製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における動作の原理的
なフロ−チャート

【図２】比較例と本発明の方法でのアライメント精度に
関して説明する摸式図

【図３】アライメントマーク潜像の検出原理を示す摸式
図

【図４】アライメントマーク潜像の検出の一例を示す摸
式図

【図５】本発明を実施した露光装置の第１の実施形態を
示す構成概略図

【図６】第１の実施形態の装置による作業ステップの一
例を示すフローチャート

【図７】ダイバイダイアライメントを示す説明図

【図８】グローバルアライメントを示す説明図

【図９】本発明を実施した露光装置の第２の実施形態を
示す構成概略図

【図１０】本発明を実施した露光装置の第３の実施形態
を示す構成概略図

【図１１】第３の実施形態の装置による作業ステップの
一例を示すフローチャート

【図１２】第３の実施形態の装置による露光およびアラ
イメントの原理に関するフローチャート

【図１３】露光領域の露光の様子を示す模式図

【図１４】パターン露光部シャッターの動作を示す説明
図

【図１５】露光量と露光時間について示す説明図

【図１６】第３の実施形態の変形例における透過率制御
フィルターの説明図

【図１７】露光量と露光時間について示す説明図

【図１８】第４の実施形態の装置による露光およびアラ
イメントの原理に関するフローチャート

【図１９】露光領域の露光の様子を示す模式図

【符号の説明】

３０１入射光３０２回折光３０３露光部３０４非露光部４０１調整光学系４０２フォトディテクタ５０１露光装置５０２投影露光部５０３２光束干渉露光部５０４マスクアライメント検出部５０５，９０６Ａ，９０６Ｂマスク５０６，９１２投影光学系５０７，９１５アライメント用照明部５０８，９１６アライメント検出部５０９，９１３ウエハ５１０，９１４ウエハステージ５１１ウエハステージ基盤５１２露光用光源５１３分波器５１４ミラ− ５１５アライメント用照明部５１６アライメント検出部９０４マスキングブレード９０４’ マスキングブレードフィルター９０８パターン露光部シャッター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感光性基板上に現像前にパターン露光を
多重に行う装置であって、該多重のパターン露光の少な
くともいくつかを、前記パターンとは別の露光形成され
たアライメントマークの潜像を用いて前記感光性基板と
の相対位置合わせを行う事によって実行することを特徴
とする露光装置。
【請求項２】前記アライメントマークの潜像の露光形
成は該マークが使用される前のパターン露光の際にパタ
ーンと共に実行されるものであることを特徴とする請求
項１記載の露光装置。
【請求項３】前記アライメントマークの潜像の露光形
成は前記パターン露光の1度の露光よりも大きな露光量
で実行されることを特徴とする請求項１記載の露光装
置。
【請求項４】前記アライメントマークの潜像の露光形
成は該マークが使用される前のパターン露光の際にパタ
ーンと共に実行されるものであることを特徴とする請求
項３記載の露光装置。
【請求項５】前記アライメントマークの潜像の露光形
成時に、前記パターン露光の露光時間を制御するための
シャッターを有することを特徴とする請求項４記載の露
光装置。
【請求項６】前記アライメントマークの潜像の露光形
成時に、前記パターン露光の露光量を制御するための透
過率調整用フィルターを有することを特徴とする請求項
４記載の露光装置。
【請求項７】前記アライメントマークの潜像の露光形
成は前記多重のパターン露光の前に実行されるものであ
ることを特徴とする請求項３記載の露光装置。
【請求項８】感光性基板上に現像前にパターン露光を
多重に行うための露光手段と、該多重のパターン露光の
少なくともいくつかに使用可能であって前記感光性基板
上に前記パターンとは別の露光形成されたアライメント
マークの潜像を用いて前記感光性基板との相対位置合わ
せを行う手段を有することを特徴とする露光装置。
【請求項９】前記露光手段は前記アライメントマーク
の露光形成を前記パターン露光と並行して行うことを特
徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】更にアライメントマークの露光形成を
前記パターン露光の露光量よりも大きな露光量で実行す
るための露光量調整手段を有することを特徴とする請求
項９記載の露光装置。
【請求項１１】感光性基板上に現像前にパターン露光
を多重に行う装置であって、該多重のパターン露光の少
なくともいくつかを、前回以前のパターン露光の際に露
光パターンとは別であって且つ該パターンと共に露光形
成されたアライメントマークの潜像を用いて前記感光性
基板との相対位置合わせを行う事によって実行すること
を特徴とする露光装置。
【請求項１２】２つの露光光束による光干渉を用いて
パターン像を形成する２光束干渉露光手段と転写用のパ
ターンが形成されたマスクのパターンを投影露光する投
影露光手段の内の少なくとも一方を有することを特徴と
する請求項１１記載の露光装置。
【請求項１３】前記２光束干渉露光手段は前記投影露
光手段の投影露光によって形成された潜像を用いて前記
相対位置合わせを行うことを特徴とする請求項１２記載
の露光装置。
【請求項１４】前記２光束干渉露光手段と前記投影露
光手段は概略共通の位置に前記感光性基板を配置してパ
ターン露光を実行することを特徴とする請求項１２記載
の露光装置。
【請求項１５】前記２光束干渉露光手段は前記感光性
基板のアライメント検出を光学的検出手段で行い、該光
学的検出手段の照明光学系と受光光学系のうち少なくと
も一つの光軸が露光装置のパターン露光位置を横切るこ
とを特徴とする請求項１２記載の露光装置。
【請求項１６】前記潜像は投影露光手段により所定の
露光パターン形成範囲の外部に形成されたアライメント
マークの潜像であることを特徴とする請求項１１記載の
露光装置。
【請求項１７】多重のパターン露光の最初を除くすべ
てを、前回以前のパターン露光の際に形成された潜像を
用いて前記感光性基板との相対位置合わせを行う事によ
って実行することを特徴とする請求項１１記載の露光装
置。
【請求項１８】感光性基板上に現像前にパターン露光
を多重に行うための露光手段と、該多重のパターン露光
の少なくともいくつかに使用可能であって前記感光性基
板上に露光パターンとは別であって且つ該パターンと共
に露光形成されたアライメントマークの潜像を用いて前
記感光性基板との相対位置合わせを行う手段を有するこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項１９】前記多重のパターン露光のおのおの
は、前記感光性基板上の複数エリアへの順次の露光を含
む事を特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の
露光装置。
【請求項２０】感光性基板にパターン露光するための
露光装置であって、２つの露光光束による光干渉を用い
て前記感光性基板にパターン像を形成する２光束干渉露
光部と、該２光束干渉露光の露光位置において前記感光
性基板のアライメント状態を検出する２光束干渉露光用
アライメント検出手段と、露光光で転写用のパターンお
よび／または該転写用パターンとは別のアライメント用
マークが形成されたマスクを照明する照明光学系、及び
前記マスクのパターン像を前記感光性基板に投影する投
影光学系を用いてパターン像を形成する投影露光部と、
該投影露光の露光位置において前記感光性基板のアライ
メント状態を検出する投影露光用アライメント検出手段
と、前記感光性基板を保持するステージとを有し、前記
２光束干渉露光用アライメント検出手段および／または
前記投影露光用アライメント検出手段からの検出信号に
基づいて該ステージの位置制御を行うと共に、前記２光
束干渉露光用アライメント検出手段および／または前記
投影露光用アライメント検出手段は前記アライメントマ
ークの潜像を検出する潜像検出手段を具備したことを特
徴とする露光装置。
【請求項２１】前記アライメントマークは前記投影露
光部により所定の露光パターン範囲の外部に形成された
ことを特徴とする請求項２０記載の露光装置。
【請求項２２】前記２光束干渉露光用アライメント検
出手段が光学的検出手段を有し、該光学的検出手段の光
学系のうち少なくとも一つの光軸が露光装置のパターン
露光位置を横切ることを特徴とする請求項２０記載の露
光装置。
【請求項２３】請求項１乃至２２のいずれかの露光装
置を用いてパターン露光を行った感光性基板に現像を行
い、パターンを形成してデバイスを製造することを特徴
とするデバイスの製造方法。
【請求項２４】感光性基板上に現像前にパターン露光
を多重に行い、該多重のパターン露光の少なくともいく
つかを、前記パターンとは別の露光形成されたアライメ
ントマークの潜像を用いて前記感光性基板との相対位置
合わせを行う事によって実行し、前記多重のパターン露
光後の感光性基板を現像してパターン形成を行うことに
より、デバイスを製造することを特徴とするデバイスの
製造方法。
【請求項２５】前記アライメントマークの潜像は前回
以前のパターン露光の際にパターンと共に露光形成され
たものであることを特徴とする請求項２４に記載のデバ
イスの製造方法。
【請求項２６】感光性基板上に現像前にパターン露光
を多重に行う際の該多重のパターン露光の少なくとも１
回に用いられるマスクであって、パターン露光用パター
ンとともに次回以降のいずれかの現像前パターン露光の
際の前記感光性基板との相対位置合わせのための、前記
パターン露光用パターンとは別のアライメントマーク潜
像形成用のマークを有することを特徴とするマスク。