(57)【要約】【課題】  本発明は、デバイスによるパターン領域の大きさに拘らず複数のアライメントマークを同時観察できるようにし、かつアライメントマークの配置場所に縛られることなくレチクル設計ができる露光装置を提供することである。【解決手段】  露光光で第１物体のパターンを第２物体上に投影する投影光学系と該第２物体の露光位置とは異なる場所で、該露光光とは波長の異なる検出光で、該第２物体上の位置合わせマークを照明し、該マークの位置情報を検出し、該第１物体と該第２物体との相対的位置合わせを行う計測装置を複数有し、半導体デバイスプロセスの熱処理によって生じる該第２物体の各パターン領域の変形量を検出し補正する手段を有している露光装置において、該計測装置の少なくとも１つが移動可能な手段を有していることを特徴とする。【選択図】  図１
2006005197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光で第１物体のパターンを第２物体上に投影する投影光学系と該第２物体の露光位置とは異なる場所で、該露光光とは波長の異なる検出光で、該第２物体上の位置合わせマークを照明し、該マークの位置情報を検出し、該第１物体と該第２物体との相対的位置合わせを行う計測装置を複数有し、半導体デバイスプロセスの熱処理によって生じる該第２物体の各パターン領域の変形量を検出し補正する手段を有する露光装置において、該計測装置の少なくとも１つが移動可能な手段を有していることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置において、前記第１物体の回路パターンを前記第２物体上に投影して転写し半導体デバイスを製造する際、各パターンの露光領域内に複数配置された前記位置合わせマークを同時に計測することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２に記載の露光装置において、前記移動手段は直動駆動機構を具備し、直動ガイド等を介して、前記各パターンの露光領域内に複数配置された前記位置合わせマークを同時に観察できる位置に移動することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の露光装置において、前記移動手段はレーザー測長器または光学スケール等の計測手段を具備し、前記計測装置の移動量および位置関係をモニターしていることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の露光装置において、前記移動手段は前記位置合わせマークを同時に観察できる位置に移動した後に、静止するためのロック機構を具備していることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体デバイスまたは液晶ディスプレイ用パネルの製造方法に関し、特に半導体素子または液晶ディスプレイ用パネルの製造装置において、投影光学系によりレチクルまたはマスク面上の回路パターンの像をウエハまたはガラスプレート上の各パターン領域に順次投影露光して該ウエハまたはプレートの各パターン領域に転写して複数個の半導体デバイスを製造するために使用する。所謂ステッパまたはスキャナーと呼ばれる半導体素子または液晶ディスプレイ用パネル製造用の露光装置に好適なものである、特に高い重ね合わせ精度および露光動作の高速化に関するものである。また、本発明においては半導体デバイス製造用露光装置及び液晶ディスプレイ用パネル露光装置をスッテパと総称する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造用の投影露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パターンを投影光学系により第２物体としてのウエハ上に投影し露光するが、この投影露光に先立て観察装置（検出手段）を用いてウエハ面上のアライメントマーク（ＡＡマーク）を検出し、この検出結果に基づいてレチクルとウエハとの位置整合、所謂アライメントを行っている。
【０００３】
半導体集積回路のパターンが微細化するのに伴い、投影露光装置においては、デバイスプロセスの熱処理によって生じるウエハの変形量を検出し補正する必要が生じてきた。例えば特開昭６４−８９３２７号公報や特開平８−１９１０４５に開示されているように、ＴＴＬ方式やオフアクシス方式の顕微鏡でレチクルとウエハの位置整合、所謂アライメントを行う機能が備えられていた。
【０００４】
上記記述においてウエハの変形量を検出し補正する技術は解決されている。しかしながら、ガラスウエハに半導体デバイスをパターニングすると、デバイスプロセスの熱処理の影響による該ガラスウエハの変形量が大きいため、該変形量を精度良く測定するためには各パターン領域の少なくとも３箇所は測定しなければならず、前記アライメントマークを計測装置が検出できる位置に順次送り込まなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
デバイスプロセスの熱処理によってウエハが変形する。その変形量を検出するために各パターン領域の複数のアライメントマークを観察しているが、デバイスによってパターン領域の大きさが異なるため、１つのパターン内の複数のアライメントマークを同時に観察できないという問題がある。また、複数のアライメントマークを同時計測できるように該アライメントマークを配置すると、レチクル設計の自由度が小さくなってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、アライメントマーク観察顕微鏡に移動手段を持たせることで、デバイスによるパターン領域の大きさに拘らず複数のアライメントマークを同時観察できるようにし、かつアライメントマークの配置場所に縛られることなくレチクル設計ができる露光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明では、露光光で第１物体のパターンを第２物体上に投影する投影光学系と該第２物体の露光位置とは異なる場所で、該露光光とは波長の異なる検出光で、該第２物体上の位置合わせマークを照明し、該マークの位置情報を検出し、該第１物体と該第２物体との相対的位置合わせを行う計測装置を複数有し、半導体デバイスプロセスの熱処理によって生じる該第２物体の各パターン領域の変形量を検出し補正する手段を有している露光装置において、該計測装置の少なくとも１つが移動可能な手段を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記計測手段は、移動可能な手段を有し、前記第２物体の各パターン領域内に配置された位置合わせマークを同時に観察できる手段を有している。また、前記移動手段は前記位置合わせマークの計測ポイントへ誤差無く正確に移動できる手段を有していることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、デバイスによってパターン領域の大きさが異なっても、デバイスプロセスによるウエハの変形量を投影露光動作を妨げることなく短時間に精度良く計測することが可能になる。こうして、得られたウエハの変形量に対応する倍率変化等を公知の補正手段により適宜補正することができる。この結果、露光する回路パターン領域の大きさや、使用するウエハの種類にかかわらず常に安定した露光を維持することができ、像の重ね合わせ精度等が著しく向上しかつ高スループットの露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施例に係わる露光装置の全体概略図である。同図において、露光光源１ａを発した光は第１物体としてのレチクル３を照射し、そのパターン像を投影光学系４によって第２物体としてのウエハ５に転写する。ウエハ５は定盤８上に配置されたウエハステージ７の上に固定されている。レチクル３はレチクルステージ３ａにレチクル位置合わせ装置（不図示）により位置決めされた後、保持されており、レチクルステージ３ａはレチクルステージ駆動手段（不図示）によりＸ、Ｙ、Ｚ、θ方向に移動される。
【００１１】
ウエハステージ７は駆動系（不図示）によってＸＹ平面内（投影光学系４の光軸と垂直面内）に移動できるようになっており、その移動量はそれぞれ不図示のＸ及びＹ方向用のレーザー測長器でモニターしている。また、この可動ステージ７はＺ方向（投影光学系４の光軸方向）にも移動可能であり、可動ステージ７のＺ方向の位置も不図示のＺ方向位置検出手段によりモニターしている。
【００１２】
ウエハステージ７上にはウエハステージ基準マーク７ａが載置され、レチクルステージ３ａ上にはレチクル基準プレート３ｂが載置される。２は第１計測手段としてのＴＴＬ−ＯＮＡＸＩＳ用のアライメント顕微鏡（以下ＴＴＬ顕微鏡と略す）である。ＴＴＬ顕微鏡２はレチクル基準マーク３ｂと投影レンズ４を通してウエハステージ７上のウエハステージ基準マーク７ａを同時に観察し、レチクルステージとウエハステージの位置合わせを行う。また、経時変化に対して位置関係を補正することができるため、その位置関係は保たれている。
【００１３】
６ａ、６ｂ、６ｃ（６ｂ、６ｃは図１に現れない）は第２計測手段としてのオフアクシス顕微鏡であり、これはＴＴＬ方式によらず露光される位置とは別の位置に置かれる。ウエハステージをオフアクシス顕微鏡の観察位置まで、ＴＴＬ顕微鏡で観察したウエハステージ基準マーク７ａを送り込み観察する。この送り込んだ量をレーザー測長器でモニターすることで第１計測装置と第２計測装置の位置合わせを行う。また、経時変化に対して位置関係を補正することができるため、その位置関係は保たれる。
【００１４】
ウエハ５上には、前工程までに形成された回路パターンと、この回路パターンとある定まった位置関係に配置された複数の位置合わせマーク（アライメントマーク）５ａ、５ｂ、５ｃが形成されている。前記オフアクシス顕微鏡６ａ、６ｂ、６ｃでウエハ５上の該位置合わせマーク（アライメントマーク）５ａ、５ｂ、５ｃのうち少なくとも２箇所を測定し、レチクル３との相対的な位置決めを行っている。
【００１５】
投影光学系４は不図示の鏡筒定盤に担持されており、後述するようにウエハの変形による倍率の補正手段として投影光学系４を構成する複数のレンズのうち所定のレンズが移動できるようにレンズ駆動手段が配設される。
【００１６】
図２、図３はそれぞれ本発明の一実施例に関する複数具備されたオフアクシス顕微鏡の一例を図示した概略図である。図２、図３においてはオフアクシス顕微鏡の駆動部は現れていない。６ｂ、６ｃのオフアクシス顕微鏡は矢印の方向に移動可能であり、それぞれ光学スケールまたはレーザー測長器で位置関係をモニターしているため位置関係は保たれ、該オフアクシス顕微鏡６ａ、６ｂ、６ｃはウエハ上の各パターン領域内に前工程までに形成された複数のウエハ位置合わせマーク（アライメントマーク）５ａ、５ｂ、５ｃを同時に観察し、デバイスプロセスの熱処理によって生じるウエハの変形量を測定する。
【００１７】
次にオフアクシス顕微鏡の移動手段ついて述べる。図４は本発明におけるオフアクシス顕微鏡駆動部の第一例である。
【００１８】
オフアクシス顕微鏡ユニット１１をリニアモーター９でエアベアリング１２を介して駆動し、移動量は１０の光学スケールで読み取る。また、リニアモーター９はボールネジ等を介したステッピングモーター、光学スケール１０はレーザー測長器を用いても構わない。停止させる方法として駆動モーターの励磁も考えられるが本発明においては熱の影響が懸念されるため、エアベアリング１２の供給エアを落としマグネット１３によるロックが望ましい。
【００１９】
図５は本発明におけるオフアクシス顕微鏡駆動部の第二例である。
【００２０】
第一例と異なる点はガイドに直動ガイド１６用い、停止させる方法として板バネ１５を介した吸着パット１４とマグネット１３によるロック機構をもつことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例による投影露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の投影光学系及びオフアクシス顕微鏡の配置を上方からみた平面図で、あるデバイスの一例である。
【図３】図１の投影光学系及びオフアクシス顕微鏡の配置を上方からみた平面図で、あるデバイスの一例である。
【図４】本発明におけるオフアクシス顕微鏡の第一実施例の駆動部を示す概略図である。
【図５】本発明におけるオフアクシス顕微鏡の第二実施例の駆動部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ａ  露光光源
１ｂ  ミラー
１ｃ  集光レンズ
２  ＴＴＬアライメント顕微鏡
３  レチクル
３ａ  レチクルステージ
３ｂ  レチクル基準マーク
４  投影光学系
５  ウエハ
５ａ〜５ｃ  位置合わせマーク
６ａ  基準オフアクシス顕微鏡
６ｂ  Ｙ移動可能オフアクシス顕微鏡
６ｃ  Ｘ移動可能オフアクシス顕微鏡
７  ウエハステージ
７ａ  ウエハステージ基準マーク
８  ウエハステージ定盤
９  リニアモーター
１０  光学スケール
１１  オフアクシス顕微鏡
１２  エアベアリング
１３  マグネット
１４  吸着パット
１５  板バネ
１６  直動ガイド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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