(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１物体を載置して移動する第１可動ステ−ジと、第２物体を載置して移動する第２可動ステ−ジとを有し、露光光によって前記第１物体を照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された前記第１物体上のパタ−ンを第２物体上に投影する投影光学系とをもって、前記第１、第２可動ステ−ジを前記投影光学系に対して同期走査させつつ、前記投影光学系を介して前記第１物体上のパタ−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可動ステ−ジ上に固設された第１基準プレ−トと、前記第２可動ステ−ジ上に固設された第２基準プレ−トのそれぞれに形成された位置合わせマ−クの相対的位置関係を検出する第１検出手段と、
前記投影光学系を介して前記第２基準プレ−トの位置を検出する第２検出手段と、
前記第１、第２検出手段の検出結果に基づいて、前記投影光学系を介して前記第２物体の位置を前記第２検出手段で検出する際の計測誤差を検出する事を特徴とする走査型投影露光装置。
【請求項２】
前記第１検出手段の計測光の波長が、前記露光光の波長と同じである事を特徴とする請求項１記載の走査型投影露光装置。
【請求項３】
前記第２検出手段の計測光の波長が、前記露光光の波長と異なる事を特徴とする請求項１乃至２記載の走査型投影露光装置。
【請求項４】
前記第１検出手段が、前記第１基準プレ−トと前記第２基準プレ−トの相対的位置関係を検出する際に、前記第１可動ステ−ジ及び第２可動ステ−ジを移動させる事なく、前記第２検出手段によって前記第２基準プレ−トの位置が計測できる、前記各検出手段及び前記各位置合わせ用マ−クを構成した事を特徴とする請求項１乃至３の走査型投影露光装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の走査型露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造過程において用いられる露光装置、特にフォトマスクパタ−ンをウエハ上に投影して転写する投影露光装置に関するものであり、なかでもフォトマスクパタ−ンをウエハ上に投影露光する際、マスクとウエハとを投影光学系に対して同時に走査する投影式走査露光装置に最適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の半導体素子の製造技術の進展は目覚ましく、又それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特に光加工技術はサブミクロンの解像力を有する縮小投影露光装置、通称ステッパ−が主流であり、更なる解像力向上にむけて光学系の開口数（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が計られている。
【０００３】
又、従来の反射投影光学系を用いた等倍の走査露光装置を改良し、投影光学系に屈折素子を組み込んで、反射素子と屈折素子とを組み合わせたもの、あるいは屈折素子のみで構成した縮小投影光学系を用いて、マスクステ−ジと感光基板のステ−ジとの両方を縮小倍率に応じた速度比で相対走査する投影式走査露光装置も注目されている。
【０００４】
ＩＣ、ＬＳＩの微細化が年々進み、これら半導体素子の集積度を上げていくにつれ、マスクパタ−ンと感光基板パタ−ンとの整合状態の許容範囲も年々厳しくなってきている。感光基板、所謂ウエハの位置情報を得る為のウエハ面上のアライメントマ−クの観察方式としては、従来以下の３通りの方式が用いられている。
【０００５】
（Ａ）オフアクシス方式−露光光とは波長の異なる非露光光を用い、かつ投影光学系を通さない方法
（Ｂ）露光光ＴＴＬ方式−露光光と同じ波長の光を用い、かつ投影光学系を通す方法
（Ｃ）非露光光ＴＴＬ方式−露光光とは波長の異なる非露光光を用い、かつ投影光学系を通す方法
この３種の方式にはいずれも欠点がある。
【０００６】
（Ａ）オフアクシス方式の場合は、アライメント位置と露光位置までの距離（以下ベ−スライン）が、常時安定しない事。
【０００７】
（Ｂ）露光光ＴＴＬ方式では、レジストが露光光を吸収する為、レジスト膜を通してアライメントマ−クを観察する事が困難である事。
【０００８】
（Ｃ）非露光光ＴＴＬ方式は、アライメント光として露光波長以外の波長を用いる為、投影光学系で発生する収差が非常に大きく補正が困難な事、
等である。
【０００９】
特に非露光ＴＴＬ方式においては、露光波長がＫｒＦエキシマレ−ザ−（２４８ｎｍ）  となると、補正光学系を用いても投影光学系で発生した収差を良好に補正するのが難しく十分なＮＡがとれなくなったり、さらには現実的な補正光学系が構成できなくなる、という問題点があった。
【００１０】
また、非露光光ＴＴＬ方式では、アライメント光束と露光光束の干渉を避ける為に、アライメント光学系は投影光学系の露光像高のかなり外側を観察するように構成されるのが一般的である。その為、非露光光ＴＴＬアライメント光束の為に投影光学系を大きくする必要が生じたり、投影光学系のかなり高い像高の軸外光束を用いる為に、軸上光束に比較して、投影光学系で発生する非露光光に対する収差の悪化も非常に大きなものになってしまうという問題点もあった。
【００１１】
そこで、本出願人は、特願平７−８８２１５において非露光光ＴＴＬ方式でウエハを観察、位置検出する際にマスク及びマスクを保持しているステ−ジが退避駆動する事により、アライメント光束がマスク及びマスクステ−ジと干渉しない状態をつくり、投影光学系のほぼ軸上を中心とした位置、つまり投影光学系で発生する非露光波長に対する収差が小さい位置でウエハを観察可能とする新しいアライメント系を提案した。
【００１２】
又、本出願人は特願平７−１８７１７１において、走査型露光装置における走査露光制御の補正方法として、マスクステ−ジ上のマスクを載置する場所の近傍にマスク基準プレ−トを置き、ウエハステ−ジ上のウエハを載置する場所の近傍にウエハ基準プレ−トを置き、その相対位置を検出する事により、基準マスク、基準ウエハがなくとも、容易に走査露光の位置制御を校正できるシステムも提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本出願人が提案した特願平７−１８７１７１における投影光学系のほぼ軸上を中心とした位置での非露光光ＴＴＬ方式においても、長さの大小、変動要因の多少はあっても、オフアクシス方式同様ベ−スライン変動は存在する。
【００１４】
ベ−スラインを正確に計測するためには、マスク毎のパタ−ニング誤差を無くす為に基準マスクを設け、ベ−スライン計測の際には毎回基準マスクを使用する事が望ましい。この基準マスクの使用は、
（１）ロット毎等、定期的にこの基準マスクを装置へロ−ドしなければならず、スル−プットの低下をまねく。
（２）基準マスクの管理が必須で負荷となる。
等の問題点が生じた。特に半導体素子の微細化が進むにつれて、アライメント精度も厳しくなり、ベ−スライン計測による補正頻度もいや増す状況であり、問題点（１）は重視されている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決する為の本発明の走査型露光装置のある形態は、第１物体を載置して移動する第１可動ステ−ジと、第２物体を載置して移動する第２可動ステ−ジとを有し、所定の波長域の露光光によって前記第１物体を照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された前記第１物体上のパタ−ンを第２物体上に投影する投影光学系とをもって、前記第１、第２可動ステ−ジを前記投影光学系に対して同期走査させつつ、前記投影光学系を介して前記第１物体上のパタ−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可動ステ−ジ上に固設された第１基準プレ−トと、前記第２可動ステ−ジ上に固設された第２基準プレ−トのそれぞれに形成された位置合わせマ−クの相対的位置関係を検出する第１検出手段と、前記投影光学系を介して前記第２基準プレ−トの位置を検出する第２検出手段と、前記第１、第２検出手段の検出結果に基づいて、前記投影光学系を介して前記第２物体の位置を前記第２検出手段で検出する際の計測誤差を検出する事を特徴としている。
【００１６】
前記第１検出手段の計測光の好ましい形態は、その波長が前記露光光の波長と同じである事を特徴とする。
【００１７】
前記第２検出手段の計測光の好ましい形態は、その波長が前記露光光の波長と異なる事を特徴とする。
【００１８】
前記第１検出手段が、前記第１基準プレ−トと前記第２基準プレ−トの相対的位置関係を検出する際に、前記第１可動ステ−ジ及び第２可動ステ−ジを移動させる事なく、前記第２検出手段によって前記第２基準プレ−トの位置が計測できる、前記各検出手段及び前記各位置合わせ用マ−クを構成した事を特徴とする。
【００１９】
本発明は、以上の特徴を有する事により、非露光光ＴＴＬ方式のベ−スライン補正を、マスクステ−ジ上に固設されたマスク基準プレ−トで実施することが可能となり、その結果、基準マスク不要で、スル−プットへの影響が少ない高速かつ高精度なベ−スライン補正、ひいては高精度なマスクとウエハの位置合わせを達成するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明が適用された投影露光装置の概略図である。原画であるマスク１は不図示のレ−ザ−干渉計と駆動制御手段１０３によって、ＸＹ方向に駆動制御されるマスクステ−ジ４によって装置本体に支持されている。一方、感光基板であるウエハ３は、やはり不図示のレ−ザ−干渉計と駆動制御手段１０３によってＸＹ方向に駆動制御されるウエハステ−ジ５により装置本体に支持されている。このマスク１とウエハ４は投影光学系２を介して光学的に共役な位置に置かれている。投影露光は、不図示の照明系からの露光光束が、マスク１を照明し、投影光学系２の光学倍率に比した大きさで、マスク１の光学結像像をウエハ４に投影する事で行われる。
【００２１】
本実施例は、走査型露光装置であり、図中Ｙ方向に伸びるスリット状露光光がマスク１を照明し、このスリット状露光光に対してマスクステ−ジ４とウエハステ−ジ５の双方を、投影光学系２の光学倍率に応じた速度比でＸ方向に動かしてマスク１とウエハ３を走査する事によって行なわれ、マスク１上のデバイスパタ−ン２１全面を、ウエハ３上の転写領域（パタ−ン領域）２２に転写する。
【００２２】
本実施例では、屈折素子のみで構成した投影光学系２を示したが、反射素子と屈折素子とを組み合わせた投影光学系であっても構わないし、本実施例のように縮小投影光学系であれ、等倍であれ、本発明の効果はなんら変わらないものである。
【００２３】
マスクステ−ジ４上には、マスク基準プレ−ト１０、１１がマスク１に対して走査方向であるＸ方向側に固設して配置してある。一方ウエハステ−ジ５上にはウエハ基準プレ−ト１２が固設して配置してある。
【００２４】
マスク基準プレ−ト１０、１１上には図２（Ａ）に示す様にマ−ク５０、５１が形成してあり、この位置に対応した投影光学系２による転写位置に、ウエハ基準プレ−ト１２上には図２（Ｂ）に示すごとくマ−ク６０、６１が形成してある。ここでマスク基準プレ−ト１０、１１上のマ−ク５０、５１はマスク１のパタ−ン描画面と同じ高さに配置してあり、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク６０、６１は、ウエハ３の露光表面と略同じ高さに配置してある。
【００２５】
観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒは、マスク基準プレ−ト１０、１１上のマ−ク５０、５１や、マスク１上のパタ−ン描画面にある物体（マ−ク）の観察と、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク６０、６１や、ウエハ３上の物体（マ−ク）の観察が同時に可能である様になっている。光電的に観察された像信号は、マ−ク検出手段１０１で処理され、各々の相対的位置関係情報を演算処理回路１０２へ送る。
【００２６】
同時観察の為には、投影露光に使用される露光波長を照明光として用いれば、投影光学系２で発生する色収差を補正する新たな光学系が不要になるので望ましい。
【００２７】
ウエハ３を観察する非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１は、マスク１の上方に配置されている。非露光波長を発する不図示のアライメント光源（又は、アライメント光源から光を導光してきたオプティカルファイバ−でもよい。）から照射されたアライメント光束は、ミラ−８０で反射され、マスク基準プレ−ト１１へ向かう。マスク基準プレ−ト１１の中心付近は非露光波長に対し透明な部材であるガラスでできており、その下のマスクステ−ジ４に開いた穴を含めて、アライメント光束を透過する構造になっている。
【００２８】
マスク基準プレ−ト１１を透過したアライメント光束は、投影光学系２を介してウエハ３を照明し、このウエハ３上に構成される位置合わせ用のマ−クで反射、散乱される。この反射、散乱光は再び投影光学系２、マスク基準プレ−ト１１を介してから、ミラ−８０で反射して、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１にいたり、ＣＣＤ等の撮像素子により適当な倍率でウエハ３上の位置合わせ用のマ−ク像が観察される事となる。この撮像素子で検出されるウエハ３上の位置合わせ用のマ−ク像位置と、ウエハステ−ジ５を駆動制御しているレ−ザ−干渉計の計測値で、装置本体に対するウエハ４の位置を計測する事になる。光電的に観察された像信号は、マ−ク検出手段１０１で処理され、位置関係情報を演算処理回路１０２へ送られ、駆動制御手段１０３から演算処理回路１０２に送られる情報と合わせて有効な位置情報となる。この非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１を用いてウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク５５を観察する事も、ウエハ３上の位置合わせ用マ−クを観察する工程と全く同じ工程で計測される。
【００２９】
今、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク６０、６１が、投影光学系２の下の観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒによる観察位置（露光位置）へくるように、ウエハステ−ジ５を駆動して静止する。同様にマスクステ−ジ４を走査露光時と同じ様に走査しマスク基準プレ−ト１１上のマ−ク５０、５１が、観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒによる観察領域内に位置するようにし静止する。
【００３０】
この状態で、観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒにより、図２（Ｃ）の如くマ−ク５０と６０、５１と６１のそれぞれの相対位置ずれが観察される。この相対的位置関係は、今現在投影露光されたマスク像が、ウエハステ−ジ３上の何処に投影されているかを示している。
【００３１】
次に、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク５５が、投影光学系２の下の非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１による観察位置へくるように、ウエハステ−ジ５を駆動して静止する。マスクステ−ジ４は、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１によるアライメント光束を干渉しない位置（いつもウエハ３を観察する際の位置）にもっていく。ここで検出されるウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク５５の位置と、ウエハステ−ジ５を駆動制御しているレ−ザ−干渉計の計測値で、装置本体に対するウエハ４の位置を計測する事になる。光電的に観察された像信号は、マ−ク検出手段１０１で処理され、位置関係情報を演算処理回路１０２へ送られ、駆動制御手段１０３から演算処理回路１０２に送られる情報と合わせて最終的な位置情報となる。この情報は、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１の検出系位置とウエハステ−ジ５の位置関係を、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク５５の位置を介して補正するものである。
【００３２】
この非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１によるウエハ基準プレ−ト１２のマ−ク５５の計測値と、先程の観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒによるウエハ基準プレ−ト１２のマ−ク６０、６１と、マスク基準プレ−ト１１のマ−ク５０、５１の相対位置計測値に、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク５５とマ−ク６０、６１との配置座標関係を加味することで、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１でウエハ３を追い込むべき位置、即ちベ−スラインが計測、補正される。
【００３３】
ちなみに、アライメント位置計測の方法は、明視野画像観察でも、暗視野画像観察でも、ヘテロダイン等のグレ−ティング干渉法でも、ＦＦＴ位相検知法でもよく、どの方法でも本発明の効果はなんらかわらないものである。
【００３４】
以上のとおり、装置本体に対してマスク１とウエハ４の位置を精度良く計測する為に行なう、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１のベ−スライン補正計測を、マスク基準プレ−ト１１と、ウエハ基準プレ−ト１２を使って実施する事により、基準マスクが不要となり、高精度、かつ時間がかからない補正計測が実現できる。
【００３５】
〔その他の実施例（実施例２）〕
本実施例では、前記非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１によるウエハ基準プレ−ト１２のマ−ク５５の計測と、前記観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒによるウエハ基準プレ−ト１２のマ−ク６０、６１と、マスク基準プレ−ト１１のマ−ク５０、５１の相対位置計測を、ウエハ基準プレ−ト１２を移動させる事なく、同時に実施する事を特徴とする。
【００３６】
実施例１では、観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒで計測してから、次のステップで非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１による計測を行なっていた。その為ウエハステ−ジ５の駆動誤差がベ−スライン計測誤差に含まれてしまい、ウエハステ−ジ５の駆動時間だけスル−プットが低下する。又、ウエハ基準プレ−ト１２がウエハステ−ジ５に対して位置ズレを起こすと、ベ−スライン計測誤差となる懸念もあった。
【００３７】
そこで本実施例では、観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒでの計測と非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１による計測が、同時に実施可能となるように、ウエハ基準プレ−ト１２上のマ−ク５５、６０、６１を配置した。観察顕微鏡９Ｌ、９Ｒと非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１の観察位置のとおりにマ−ク５５、６０、６１を配置すればよく、その際にマ−ク６０、６１間の中点にマ−ク５５を配置すれば、ウエハ基準プレ−ト１２の位置ズレに対しても誤差が少なく効果的である。
【００３８】
〔実施例３〕
本実施例では、前記マスク基準プレ−ト１１上に、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１へ導光するミラ−部材８１を構成した事を特徴とする。
【００３９】
実施例１では、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡への導光手段として、ミラ−８０を構成していた。このミラ−８０は、走査投影露光の照明系と走査投影露光スリットの間に配置されている為、走査投影露光の妨げとなる。その為、ミラ−８０は露光時には退避し、アライメント時には挿入される切換ミラ−となるか、露光波長は透過し、アライメント波長を反射する特殊な特性をもつミラ−にせねばならなかった。
【００４０】
そこで、本実施例では図３のミラ−８０に代わって、ミラ−８１をマスク基準プレ−ト１１上に組み込む事とした。このミラ−８１は、プリズム型ミラーであって、マスク基準プレ−ト１１と共にマスクステ−ジ４に構成されている。よって、マスク１を実際に走査投影露光する際には、走査投影露光スリットを干渉する事はない。また、ミラ−８１の導光経路は、次に固定されるミラ−８２が走査投影露光スリットを干渉しない様配置されるべく構成されている。
【００４１】
本実施例によって、特別な特性をもつミラ−や切換ミラ−をもつ必要がなく、構成がさらに容易となる。
【００４２】
ちなみに、本実施例ではミラ−８１をマスク基準プレ−ト１１上に構成したが必ずしもこれに限定される訳ではない。ミラ−８１がマスクステ−ジ４に構成されて、走査投影露光する際に、走査投影露光スリットを干渉しないならば、例えばマスク基準プレ−ト１１の下で投影光学系２との間にミラ−８１を配置してもよい。その際、非露光ＴＴＬ観察顕微鏡３１もミラ−８１に準じた構成となり、図の様にマスク１の上に構成せず、マスク１と投影光学系２との間に構成する事になろうとも本発明の本質をなんら損なうものではない。
【００４３】
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。
【００４４】
図４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。
【００４５】
図５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１５（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。
【００４６】
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。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明は、非露光光ＴＴＬ方式でウエハを観察、位置検出する検出系のベ−スライン補正をする為に、マスクステ−ジ上に固設されたマスク基準プレ−トと、ウエハステ−ジ上に固設されたウエハ基準プレ−トを構成し、それぞれに形成された位置合わせマ−クの相対的位置関係を検出する検出系を構成した事により、非露光光ＴＴＬ方式のベ−スライン補正を、マスクステ−ジ上に固設されたマスク基準プレ−ト基準で実施することが可能となり、その結果基準マスク不要で、スル−プットへの影響が少ない高速かつ高精度なベ−スライン補正を達成する事ができ、ひいては高精度なマスクとウエハの位置合わせを達成するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の要部概略図
【図２】本発明の各基準プレ−トの要部概略図
【図３】本発明の第３の実施例の要部概略図
【図４】半導体デバイス製造フローを説明する図
【図５】ウエハプロセスを説明する図
【符号の説明】
１  マスク
２  投影光学系
３  ウエハ
４  マスクステ−ジ
５  ウエハステ−ジ
９Ｌ、９Ｒ  観察顕微鏡
１０、１１  マスク基準プレ−ト
１２  ウエハ基準プレ−ト
２１  パタ−ン領域
２２  転写領域
３１  非露光ＴＴＬ観察顕微鏡
５０、５１  位置合わせ用マ−ク（マスク基準プレ−ト側）
５５、６０、６１  位置合わせ用マ−ク（ウエハ基準プレ−ト側）
８０、８１、８２  ミラ−
１０１  マ−ク検出手段
１０２  演算処理回路
１０３  駆動制御手段
【図１】
0003584121.tif 000002
【図２】
0003584121.tif 000003
【図３】
0003584121.tif 000004
【図４】
0003584121.tif 000005
【図５】
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