(57)【要約】【課題】露光光源を利用してウェハのアライメントマークを撮像可能とする。【解決手段】感光材が塗布されていない状態で、ウェハ２６の位置を調整してウェハ２６に形成された基準マーク３０を感光材を感光する露光光を用いて撮像装置１４に撮像させる（Ｓ４）。次いで、ウェハ２６に露光光１２が照射されていない状態で、ウェハ２６に感光材膜３８を塗布する（Ｓ６）。次いで、撮像で得られた基準マーク３０の位置情報に基づいて、ウェハ２６の位置を調整し、マスク２０を介して露光光１２をウェハ２６に照射する（Ｓ８）。【選択図】図４
2011108681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンをウェハに転写する露光方法であって、
ウェハに感光材が塗布されていない状態で、ウェハの位置を調整してウェハに形成された基準マークを感光材を感光する露光光を用いて撮像装置に撮像させる撮像工程と、
撮像工程後に、ウェハに露光光が照射されていない状態で、ウェハに感光材を塗布する感光材塗布工程と、
撮像工程後に、撮像工程で得られたウェハの基準マークの位置情報に基づいて、ウェハの位置を調整する位置調整工程と、
感光材塗布工程及び位置調整工程後に、マスクを介して露光光をウェハに照射する露光工程と、を有する露光方法。
【請求項２】
前記露光工程では、マスクを通過した露光光が投影光学系を介してウェハに照射され、
前記撮像装置は、投影光学系の光軸上に配置されており、
前記撮像工程では、ウェハに形成された基準マークが投影光学系を介して撮像装置に撮像されることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
露光光源と、
パターンが形成されたマスクを支持する第１ステージと、
露光光源からの光がマスクを介して照射されるウェハを支持する第２ステージと、
ウェハに形成された基準マークを撮像するための撮像装置と、
第２ステージの位置を調整する位置調整装置と、
第２ステージに支持されたウェハに感光材を塗布する感光材塗布装置と、
ウェハの基準マークを露光光源の光を用いて撮像装置に撮像させると共に、その基準マークの撮像後に、露光光源の光がウェハに照射されていない状態で感光材塗布装置を駆動して第２ステージに支持されたウェハに感光材を塗布する制御装置と、を有している露光装置。
【請求項４】
制御装置が、
ウェハに感光材が塗布されていない状態で、位置調整装置を駆動することで第２ステージの位置を調整してウェハの基準マークを露光光源の光を用いて撮像装置に撮像させる撮像ステップと、
撮像ステップの後に、ウェハに露光光源からの光が照射されていない状態で、感光材塗布装置を駆動してウェハに感光材を塗布する感光材塗布ステップと、
撮像ステップの後に、撮像ステップで得られたウェハの基準マークの位置情報に基づいて位置調整装置を駆動することで第２ステージの位置を調整する位置調整ステップと、
感光材塗布ステップ及び位置調整ステップの後に、露光光源からの光をマスクを介してウェハに照射する露光ステップと、を実行することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
第１ステージと第２ステージの間に配置され、第１ステージに支持されたマスクを通過した露光光を第２ステージに支持されたウェハに投影する投影光学系をさらに有しており、
前記撮像装置は、投影光学系の光軸上に配置されており、投影光学系を介してウェハに形成された基準マークを撮影することを特徴とする請求項３又は４に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおいて、マスク（フォトマスク又はレチクルとも呼ばれる）に形成されたパターンをウェハに転写する露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の露光装置は、露光光源と、マスクを支持するマスクステージと、ウェハを支持するウェハステージを備えている。ウェハステージに支持されるウェハには、露光光源からの光がマスクを介して照射される。これによって、マスクに形成されたパターンがウェハに転写される。ウェハの所望の位置にマスクのパターンを転写するためには、ウェハの位置を調整しなければならない。このために、ウェハにはアライメントマーク（基準マークとも呼ばれる）が形成されている。ウェハの位置調整では、まず、ウェハステージを駆動することでウェハの位置を調整して、ウェハのアライメントマークを撮像装置で撮像する。ウェハのアライメントマークを撮像することにより得られた位置情報（アライメントマークを撮像したときのウェハステージの位置）に基づいてウェハステージの位置を調整することで、ウェハの所望の位置にマスクのパターンが転写される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号WO２００２−０４７１３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の露光装置では、ウェハの位置調整のためのウェハのアライメントマークの撮像が、ウェハに感光材を塗布した後に行われていた。このため、ウェハに塗布された感光材を感光することなくウェハのアライメントマークを撮像するためには、感光材を感光しない非感光波長のアライメント用光源が必要となるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決する。すなわち本発明は、従来技術で必要とされたウェハのアライメントマークを撮像するための非感光波長のアライメント用光源を不要とする技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の露光方法は、マスクに形成されたパターンをウェハに転写する露光方法に関する。この露光方法は、撮像工程と感光材塗布工程と位置調整工程と露光工程を有している。撮像工程では、ウェハに感光材が塗布されていない状態で、ウェハの位置を調整してウェハに形成された基準マークを感光材を感光する露光光を用いて撮像装置に撮像させる。感光材塗布工程では、撮像工程後に、ウェハに露光光が照射されていない状態で、ウェハに感光材を塗布する。位置調整工程では、撮像工程後に、撮像工程で得られたウェハの基準マークの位置情報に基づいて、ウェハの位置を調整する。露光工程では、感光材塗布工程及び位置調整工程後に、露光光をマスクを介してウェハに照射する。
なお、感光材塗布工程と位置調整工程は、いずれを先に実行してもよい。すなわち、感光材塗布工程を実行した後に位置調整工程を実行してもよいし、位置調整工程を実行した後に感光材塗布工程を実行してもよい。
【０００７】
この露光方法では、ウェハに感光材が塗布されていない状態でウェハの基準マークを撮像し、その後に、ウェハに感光材を塗布する。このため、ウェハの基準マークを、感光材を感光する露光光を利用して撮像することができる。したがって、従来必要とされた非感光波長のアライメント用光源を不要とすることができる。
【０００８】
上記の露光方法では、露光工程において、マスクを通過した露光光が投影光学系を介してウェハに照射されるようにしてもよい。かかる場合、撮像装置は、投影光学系の光軸上に配置されており、撮像工程では、ウェハに形成された基準マークが投影光学系を介して撮像装置に撮像されることが好ましい。
このような構成によると、投影光学系の光軸と撮影光学系の光軸が同一の光軸となるため、投影光学系と撮影光学系の間にベースラインが無くなる。このため、ウェハとマスクの位置合わせ精度を向上することができる。
【０００９】
また、本発明は、上記した課題を解決することができる新規な露光装置を提供する。本発明の露光装置は、露光光源と、パターンが形成されたマスクを支持する第１ステージと、露光光源からの光がマスクを介して照射されるウェハを支持する第２ステージと、ウェハに形成された基準マークを撮像するための撮像装置と、第２ステージの位置を調整する位置調整装置と、第２ステージに支持されたウェハに感光材を塗布する感光材塗布装置と、ウェハの基準マークを露光光源の光を用いて撮像装置に撮像させると共に、その基準マークの撮像後に、露光光源の光がウェハに照射されていない状態で感光材塗布装置を駆動して第２ステージに支持されたウェハに感光材を塗布する制御装置と、を有してもよい。
【００１０】
上記の露光装置では、第２ステージに支持されたウェハに感光材を塗布する感光材塗布装置を備えている。このため、感光材を塗布していない状態のウェハを第２ステージにセットし、次いで、ウェハの基準マークを撮像し、その後に、ウェハに感光材を塗布することができる。このため、露光光源からの光を用いてウェハに形成された基準マークを撮像することができ、従来必要とされた非感光波長のアライメント用光源を不要とすることができる。
【００１１】
また、上記の露光装置においては、制御装置が撮像ステップと感光材塗布ステップと位置調整ステップと露光ステップを実行するように構成されていてもよい。すなわち、撮像ステップでは、ウェハに感光材が塗布されていない状態で位置調整装置を駆動することで第２ステージの位置を調整して、ウェハの基準マークを露光光源の光を用いて撮像装置に撮像させる。感光材塗布ステップでは、撮像ステップの後に、ウェハに露光光源からの光が照射されていない状態で、感光材塗布装置を駆動してウェハに感光材を塗布する。位置調整ステップでは、撮像ステップの後に、撮像ステップで得られたウェハの基準マークの位置情報に基づいて位置調整装置を駆動することで第２ステージの位置を調整する。露光ステップでは、感光材塗布ステップ及び位置調整ステップの後に、露光光源からの光をマスクを介してウェハに照射する。制御装置がこのようなステップを実行することで、ウェハへの露光を好適に行うことができる。
【００１２】
さらに、上記の露光装置は、第１ステージと第２ステージの間に配置され、第１ステージに支持されたマスクを通過した露光光を第２ステージに支持されたウェハに投影する投影光学系をさらに有することができる。この場合においては、撮像装置は、投影光学系の光軸上に配置されており、投影光学系を介してウェハに形成された基準マークを撮影することが好ましい。このような構成によれば、投影光学系の光軸と撮影光学系の光軸が同一となるため、ウェハとマスクの位置合わせ精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例に係る露光装置の構成概略図。
【図２】実施例に係る感光材塗布時の露光装置の動作を説明するための図。
【図３】実施例に係る露光時の露光装置の動作を説明するための図。
【図４】実施例に係るアライメントの手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）感光材塗布装置は、ウェハ表面に感光材を噴射、滴下もしくは印刷する装置である。
（特徴２）感光材塗布装置は、フィルム状の感光材をウェハに貼付ける装置である。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の一実施例を、図１を参照して説明する。なお、本実施例において、「第１ステージ」はマスクステージ２２、「第２ステージ」はウェハステージ２８、「投影光学系」はレンズ部２４に対応する。さらに、「位置調整装置」は駆動装置３２に対応する。
【００１６】
露光装置２は、半導体装置を製造する装置として用いることができる。露光装置２は、マスク２０に形成されたパターン（回路パターン、素子パターン、配線パターン等）を投影レンズにより縮小し、縮小したパターンをウェハ２６上に投影する縮小投影型露光装置である。露光装置２は、露光光源１０と、撮像装置１４と、反射ミラー１８と、マスクステージ２２と、レンズ部２４と、ウェハステージ２８と、駆動装置３２と、制御装置３４と、感光材塗布装置３６を備えている。なお、以下の説明において、Ｚ軸方向とは、マスク２０からウェハ２６に投影される露光光１２の光軸と平行な方向（垂直方向）であり、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは、Ｚ軸方向に垂直な平面内で相互に直交する方向（水平方向）であり、回転軸方向とはＺ軸周りの回転方向をいう。
【００１７】
露光光源１０は、ウェハ２６に塗布される感光材（フォトレジスト膜とも呼ぶ）を感光する波長の光を照射可能な光源である。本実施例の露光光源１０には高圧水銀ランプを用いるが、エキシマレーザーやその他のレーザー装置等を用いることもできる。露光光源１０から出射された露光光１２は、反射ミラー１８によって反射され、マスクステージ２２に支持されたマスク２０に照射される。マスク２０に照射された露光光１２は、レンズ部２４を介してウェハ２６に照射される。
【００１８】
反射ミラー１８は、入射する光を波長や照射角度に応じて、反射もしくは透過するミラーである。反射ミラー１８には、ハーフミラーを用いることができる。図１に示すように、反射ミラー１８は、露光光源１０からの露光光１２をマスク２０へ向けて反射する一方で、ウェハ２６で反射されて撮像装置１４に向かう光１６を透過させる。撮像装置１４は、反射した露光光１２の光軸と、ウェハ２６で反射されて撮像装置１４に向かう光１６の光軸とが一致するように設置されている。すなわち、撮像装置１４は、後述するレンズ部２４の光軸上に配置されており、撮像装置１４の光軸とレンズ部２４の光軸が同一となっている。
【００１９】
撮像装置１４は、撮像対象から反射される光を受光することによって像を得る装置である。撮像装置１４には、例えば、ＣＣＤ素子等の光電変換素子を用いることができる。撮像装置１４は、反射ミラー１８の上方（図１のＺ軸方向）に配置されている。さらに撮像装置１４は、ウェハ２６から反射された光１６を、レンズ部２４、マスク２０及び反射ミラー１８を介して受光する。これによって、撮像装置１４は、ウェハ２６上に形成された基準マーク３０を撮像することができる。なお、撮像装置１４によって撮像された画像データは、制御装置３４に出力される。
【００２０】
レンズ部２４は、複数のレンズから構成されており、マスク２０を介して入射する光を縮小してウェハ２６に投影する。例えば、レンズ部２４には、マスク２０に形成された回路パターンを、例えば１／４倍、１／５倍又は１／１０倍に縮小してウェハ２６に投影するようにレンズ群が配されている。レンズ部２４は、マスクステージ２２の下方（図１のＺ軸方向）に配置されている。なお、レンズ部２４は、倍率を変更可能な複数のレンズ群で構成されているが、単一のレンズで構成することもできる。
【００２１】
マスクステージ２２は、反射ミラー１８とレンズ部２４の間に配置されている。マスクステージ２２は、その中心に開口部が形成されており、その開口部の周縁でマスク２０の周縁部を支持するようになっている。露光光源１０からマスク２０に照射された露光光１２は、マスクステージ２２の開口部からレンズ部２４に入射するようになっている。なお、マスクステージ２２は、図示しないフレームに固定されており、露光光源１０及びレンズ部２４等との位置関係は一定となっている。
【００２２】
マスクステージ２２に支持されるマスク２０には、製造する半導体装置に応じた回路パターン等が形成されている。マスク２０は、通常はガラス板であり、その表面に回路パターンが印刷されている。マスク２０に露光光１２が照射されると、マスク２０に形成されたパターンが、レンズ部２４を介してウェハ２６に投影されるようになっている。
【００２３】
ウェハステージ２８は、レンズ部２４の下方（図１の軸方向）に配置されており、レンズ部２４を挟んでマスクステージ２２と対向している。ウェハステージ２８は、その上面にウェハ２６を支持する。また、ウェハステージ２８は、駆動装置３２に接続され、駆動装置３２によって駆動される。
【００２４】
ウェハステージ２８に支持されるウェハ２６は、マスク２０に形成されたパターンが投影される基板である。ウェハ２６には、マスク２０のパターンを投影する位置を特定するための基準マーク３０が形成されている。本実施例では、撮像装置１４によって基準マーク３０を撮影するときには、ウェハ２６には感光材が塗布されていない。一方、ウェハ２６にマスク２０のパターンを転写するときは、感光材塗布装置３６によってウェハ２６には感光材が塗布された状態となっている。なお、ウェハ２６に塗布される感光材は、半導体製造プロセスに用いられる種々のものを使用することができ、露光光１２が投影されることによって物性が変化し、後に続くエッチングなどの処理から物質表面を保護する機能を有している。本願では、感光材の性質（ポジ型やネガ型）については特に限定されない。また、ウェハ２６は、図示しないロボットアームによってウェハステージ２８上に設置される。
【００２５】
駆動装置３２は、制御装置３４に接続され、制御装置３４からの駆動制御命令に従い、ウェハステージ２８をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動する。ウェハステージ２８の位置情報（駆動装置３２の駆動情報（例えば、駆動装置３２に内蔵されているモータの回転角度等））は、制御装置３４に入力されるようになっている。制御装置３４は、駆動装置３２からの駆動情報に基づいて、ウェハステージ２８の位置を算出することができる。
【００２６】
感光材塗布装置３６は、ウェハ２６上に感光材を塗布する装置である。感光材塗布装置３６は、感光材を噴射するノズルを備えている。本実施例では、インクジェット型のノズルによって感光材を噴射するように構成されている。感光材塗布装置３６は、レンズ部２４の側方に設置されている。また、感光材塗布装置３６は、ノズルを下方向（Ｚ軸方向）に向けて設置されている。感光材塗布装置３６は、駆動装置３２と連動することによってウェハ２６の所定の位置に感光材を塗布することができる。
【００２７】
制御装置３４は、図示しないＣＰＵや記憶部を有しており、露光装置２の各部の動作を制御する。制御装置３４には、露光光源１０、撮像装置１４、駆動装置３２及び感光材塗布装置３６が接続されている。制御装置３４には、駆動装置３２からの駆動情報、撮像装置１４からの画像データが入力される。制御装置３４は、入力される各種情報に基づいて、露光光源１０と撮像装置１４と駆動装置３２と感光材塗布装置３６を制御する。
【００２８】
以上、本実施例の露光装置２の構成について詳述した。以下に、本実施例の露光装置２において、ウェハ２６にマスク２０のパターンを転写する手順の一例を図４を参照して説明する。
【００２９】
図４に示すように、制御装置３４は、まず、ロボットアームを駆動してウェハステージ２８にウェハ２６を設置する（Ｓ２）。このとき、ウェハ２６には感光材が塗布されていない。
【００３０】
次いで、制御装置３４は、ウェハ２６のアライメントを実施する（Ｓ４）。すなわち、制御装置３４は、まず、露光光源１０をオンする。これにより、露光光源１０から出射された露光光１２が、反射ミラー１８で反射してウェハ２６に照射される。次いで、制御装置３４は、撮像装置１４をオンして、露光光１２が照射されたウェハ２６の表面から反射される光の反射像の撮影を開始する。撮像装置１４によって撮影された画像データは、制御装置３４に入力される。次いで、制御装置３４は、撮像装置１４によって撮像される画像の中心に基準マーク３０が位置するように、駆動装置３２を駆動してウェハ２６の位置決めをする。そして、制御装置３４は、基準マーク３０が撮像装置１４で撮像される画像の中心となったときのウェハステージ２８の位置を、駆動装置３２からの駆動情報に基づいて算出して記憶する。
【００３１】
次に、制御装置３４は、ウェハ２６上に感光材を塗布する（Ｓ６）。具体的には、制御装置３４は、まず、露光光源１０と撮像装置１４の動作を停止させる。これにより、ウェハ２６への露光光１２の照射が停止する。次いで制御装置３４は、ウェハステージ２８上のウェハ２６が感光材塗布装置３６のノズルの下方に位置するように駆動装置３２を駆動する。ウェハ２６が感光材塗布装置３６の下方に移動すると、制御装置３４は、感光材塗布装置３６を駆動してウェハ２６に感光材を塗布する（図２の状態）。制御装置３４は、駆動装置３２の駆動と、感光材塗布装置３６の駆動を連動させて、ウェハ２６上に感光材膜３８を成膜する。なお、感光材を塗布する領域は、ウェハ２６にパターンが投影される領域（すなわち、半導体装置を形成する領域）のみとすることもできるし、ウェハ２６の全体とすることもできる。
【００３２】
ウェハ２６の表面に感光材を塗布すると、制御装置３４は、ウェハ２６にマスク２０のパターンを露光する（Ｓ８）。すなわち、制御装置３４は、ウェハ２６の所定の位置にマスク２０のパターンが投影されるように、ステップＳ４で得られた基準マーク３０の位置情報に基づいて駆動装置３２を駆動する。駆動装置３２によるウェハ２６の位置決めが終わると、制御装置３４は、露光光源１０をオンする。これによって、露光光１２はマスクステージ２２に支持されたマスク２０に照射される。マスク２０に照射された露光光１２は、レンズ部２４を介してウェハ２６に照射される（図３の状態）。その結果、マスク２０のパターンがウェハ２６に転写される。なお、ウェハ２６には、パターンを投影するための複数の領域が設定されており、制御装置３４は、それぞれの領域の位置を特定するための情報を記憶している。このため、制御装置３４は、駆動装置３２を駆動することによるウェハ２６の位置決めと、露光光源１０をオンすることによるマスクのパターンの投影とを、パターンを投影する各領域に対して実行する。これによって、複数の領域のそれぞれにマスク２０のパターンが投影されたウェハ２６が得られる。
【００３３】
本実施例の露光装置２によれば、ウェハ２６のアライメントのための基準マーク３０を、露光光源１０を利用して撮像することができる。したがって、感光材膜３８を感光しない非感光波長のアライメント用光源を用意しなくてよい。これによって、設備費用が抑えられ、装置サイズや設置面積を低減することができる。
また、感光材が塗布されていない状態で、ウェハ２６の基準マーク３０を撮像するため、ウェハ２６の基準マーク３０を精度よく撮像することができる。このため、ウェハ２６の基準マーク３０の位置を精度良く計測することができ、マスク２０とウェハ２６の位置合せ（重ね合せ）の精度を向上することができる。
さらに、撮像装置１４は、撮像装置１４の光軸とレンズ部（投影光学系）２４の光軸とが同一となるため、マスク２０とウェハ２６の位置合せ（重ね合せ）の精度を向上することができる。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３５】
例えば、感光材塗布装置は、フィルム状の感光材膜をウェハ２６に貼り付ける装置とすることができる。このような装置を用いることで、ウェハ２６に短時間で感光材膜を形成することができる。あるいは、感光材塗布装置を、ウェハ２６に感光材の溶液を滴下する装置としてもよい。この場合は、駆動装置３２によってウェハ２６を回転させ、ウェハ２６に滴下された感光材の溶液を遠心力によってウェハ２６上に伸ばすことができる。この場合には、露光装置内に、感光材の溶液が飛散することを防止する手段を備えることが好ましい。
【００３６】
また、上述した実施例では、投影光学系の光軸と撮像装置の光軸が一致するようにしたが、本願の技術はこのような形態に限られない。例えば、露光光源からの光をウェハ露光用と撮影用に分岐して、撮影用に分岐した光を用いてウェハの基準マークを撮影してもよい。あるいは、露光光源とは別に露光光と同一の波長のアライメント用光源を設け、このアライメント用光源を用いて撮像するようにしてもよい。このような構成によると、撮像装置を設置する場所の自由度を広げることができる。
【００３７】
また、上述した実施例の露光装置は、マスクステージ２２を固定する一方でウェハステージ２８を移動させてマスク２０のパターンをウェハ２６の所望の位置に露光する投影露光装置（ステッパ）であったが、本発明はこのような実施例に限られない。例えば、マスクステージとウェハステージを固定してマスクのパターンをウェハに露光する投影露光装置（アライナー）とすることもできるし、マスクステージとウェハステージを互いに同期移動させながらマスクのパターンをウェハに露光する走査型の投影露光装置（スキャナ）とすることもできる。
【００３８】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
２  露光装置、１０  露光光源、１２  露光光、１４  撮像装置、１６  光、１８  反射ミラー、２０  マスク、２２  マスクステージ、２４  レンズ部、２６  ウェハ、２８  ウェハステージ、３０  基準マーク、３２  駆動装置、３４  制御装置、３６  感光材塗布装置、３８  感光材膜
【図１】
2011108681.tif 000003
【図２】
2011108681.tif 000004
【図３】
2011108681.tif 000005
【図４】
2011108681.tif 000006