(57)【要約】【課題】露光装置において、計測アライメントマーク数を増やしても、ウエハ処理時間の増加を低減する。【解決手段】基板のショット配列方向とほぼ平行にステージをスキャン駆動し、ステージ駆動中に１つ以上のアライメントマークを撮像し、ステージ位置と撮像したアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出し、原板のパターンを基板に転写する露光装置において、位置合わせ用光学系内にゲート機能を有する光増幅器を備え、アライメントマークが検出領域内にあるときにごく短い時間のゲート信号を与え、アライメントマークの瞬間像を撮像し、光増幅器にゲート信号を与えたときのステージ位置とアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を支持し少なくとも基板面方向に移動可能であり一定のサンプリング周期で位置を検出可能なステージを有し、該基板上のアライメントマークを検出するアライメント検出系とアライメントマークを照明する光源を備えた照明系を有し、基板のショット配列方向とほぼ平行にステージをスキャン駆動し、ステージ駆動中に１つ以上のアライメントマークを撮像し、ステージ位置と撮像したアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出し、原板のパターンを基板に転写する露光装置において、アライメント検出系内にゲート機能を有する光増幅器を備え、アライメントマークが検出領域内にあるときにごく短い時間のゲート信号を与え、アライメントマークの瞬間像を撮像し、光増幅器にゲート信号を与えたときのステージ位置とアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
該照明系の光源にフラッシュランプを用い、光増幅器にゲート信号を与えるときにフラッシュランプが発光するように同期制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
スキャン駆動中に１つ以上のアライメントマークを検出する際、ステージ位置サンプリング周期時間の整数倍で検出アライメントマーク間を移動するスキャン速度でステージを駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
光増幅器にゲート信号を与えたときのステージ位置を、ゲート信号を与えたときのステージ位置サンプル情報と、ゲート信号前後のサンプル情報を少なくとも１つ以上用いて統計処理することによって算出することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の露光方法を用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、露光方法および露光装置に関する。具体的には、マスクやレチクル等の原板と半導体ウエハ等の基板とを精度よく位置合わせ（アライメント）して原板のパターンを基板に露光する露光方法および露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造等に用いられる露光装置の背景技術例を述べる。従来、露光装置のウエハアライメントは配列格子状に並んだ複数のショットの中からサンプルショットを選択し、ステップ計測と呼ばれる方式で計測していた。ステップ計測はステージの移動と静止を繰り返すため、スループットが上げられないと言う問題があった。そこで、次から述べるようなスキャン計測と呼ばれる手段でアライメントを行うようになってきた。そのスキャン計測の例について述べる。
【０００３】
図７は、従来の露光装置における代表的なスキャン計測手段を示す要部概略図である。図７において、Ｒは原版であるレチクル、Ｗは露光するための基板であるウエハ、ＷＭはアライメントマーク、１は投影光学系である。また、Ｓは位置合わせ用光学系であり、２は照明手段、３はビームスプリッタ、４と５は結像光学系、８はＣＣＤなどの撮像手段、９はＡ／Ｄ変換手段、１０は積算手段、１１はマーク位置検出手段、１２は計測値補正手段、１３は周期的にステージ位置をサンプリング可能なレーザ干渉計、１４はステージ駆動手段、１５は２次元に移動可能なＸＹステージ、１６はタイミング制御手段、１７はステージ位置記憶手段である。次に、アライメント計測手順について説明する。
【０００４】
図５はウエハでありショットが配列格子状に並んでいる。各ショット間のスクライブラインにはアライメントマークＷＭが配置されている。位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲がウエハＷの各ショット領域周辺（スクライブライン）にあるウエハアライメントマークＷＭ上を進むようにレーザ干渉計の出力をモニタしつつＸＹステージを移動する。その移動の途中でタイミング制御手段１６はレーザ干渉計１３の出力をモニタしウエハＷのショット領域周辺に形成されているショットサイズおきに並んだ複数のウエハアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察視野内に入るタイミングでＣＣＤ８にトリガ信号を出す。ステージ位置記憶手段１７はこのときのステージ位置を記憶する。ショットサイズを移動する毎にＣＣＤ８とステージとで同期を取りながらアライメントマークＷＭ画像を取得しマーク位置計測を行う。この動作を図５のウエハＷ上に矢印で記したよう複数のスクライブラインで繰り返してショットの格子配列を統計処理により求めるに十分な数のウエハアライメントマークＷＭを検出する。
【０００５】
上記流れを詳しく説明する。まず、これから計測するスクライブラインの延長上に位置合わせ用光学系の観察範囲が来るようにＸＹステージを駆動する。そしてスクライブラインに沿うようにＸＹステージを駆動する。ＸＹステージをスキャン駆動し、ウエハアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察視野内に入る位置にＸＹステージがきたらタイミング制御手段１６はＣＣＤ８にＣＣＤ蓄積パルスを出す。ステージ位置記憶手段１７はこのときのステージ位置を記憶する。
【０００６】
このようにＸＹステージ、ＣＣＤ８で同期を取ることによりアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲に入った時のステージ位置とアライメントマークＷＭの画像を取得することが可能になる。図６（ａ）はＹ方向にステージをスキャン駆動させた場合のウエハマークＷＭ画像の例である。その後はＡ／Ｄ変換手段９でデジタル信号に変換し積算手段１０にて図６（ａ）に示すような積算範囲で積算し同図（ｂ）のようなＸ方向の１次元波形に変換する。その後は公知の方法（特許文献１参照）で、位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲におけるアライメントマークＷＭの位置を算出する。このようにステージをＹ方向にスキャン駆動させるときはアライメントマークＷＭのＸ方向を計測し、ステージをＸ方向にスキャン駆動させる場合はアライメントマークＷＭのＹ方向を計測する。次に計測値補正手段１２にて算出した位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲におけるアライメントマークＷＭ位置とアライメントマークＷＭ撮像時のステージ位置から、アライメントマークＷＭの基板上位置を算出する。複数のスクライブラインで計測が終了した後、公知のグローバルアライメント方式でショットの格子配列を統計処理により求める（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２７５０１０号公報
【特許文献２】特開平０９−２１８７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上に述べたように、スキャン駆動中アライメントマークを撮像しアライメントマーク撮像時のステージ位置と撮像したアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出することで計測サンプルショット数及び計測アライメントマーク数を増やしたときのウエハ処理時間の増加を低減できる。しかし、従来の露光装置では撮像したアライメントマーク画像が図６（ａ）のようにスキャン駆動方向にボケてしまうためスキャン駆動方向と同方向にはアライメントマークを計測することができず、ステージをＹ方向にスキャン駆動させる場合はＸ方向の計測、ステージをＸ方向にスキャン駆動させる場合はＹ方向の計測というように、スキャン駆動をＸＹ両方向に行はなければならなかった。
【０００９】
近年の位置合わせ精度やスループットの更なる向上に対する要望にともない、今まで以上に計測サンプルショット数を増やす必要が出てきた。従来露光装置ではＸ方向、Ｙ方向それぞれ別にスキャン駆動と計測を行わなくてはならず、スループットやサンプルショット数を上げることに限界があった。
【００１０】
これらのことから、本発明はスキャン駆動中にスキャン駆動方向にかかわらずアライメントマークのＸＹ両方向を計測し、スループットを低下させずにサンプルショット数増やすことが可能な露光装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の露光方法は、基板を支持し少なくとも基板面方向に移動可能であり一定のサンプリング周期で位置を検出可能なステージを有し、該基板上のアライメントマークを検出する位置合わせ用光学系とアライメントマークを照明する光源を備えた照明系を有し、基板のショット配列方向とほぼ平行にステージをスキャン駆動し、ステージ駆動中に１つ以上のアライメントマークを撮像し、ステージ位置と撮像したアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出し、原板のパターンを基板に転写する露光装置において、位置合わせ用光学系内にゲート機能を有する光増幅器を備え、アライメントマークが検出領域内にあるときにごく短い時間のゲート信号を与え、アライメントマークの瞬間像を撮像し、光増幅器にゲート信号を与えたときのステージ位置とアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アライメント検出系内にゲート機能を有する光増幅器を備え、アライメントマークが検出領域内にあるときにごく短い時間のゲート信号を与え、アライメントマークの瞬間像を撮像し、光増幅器にゲート信号を与えたときのステージ位置とアライメントマーク像位置からアライメントマークの基板上位置を算出することでスキャン速度を上げ計測サンプルショット数を増やしてもスループットへの影響を低減する事が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の代表的な装置構成例
【図２】実施例１を説明する
【図３】実施例１の計測タイミングを説明する図
【図４】実施例１の撮像画面及び計測処理を説明する図
【図５】背景技術を説明する図
【図６】背景技術の撮像画面及び計測処理を説明する図
【図７】背景技術の装置構成例を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
半導体製造等に用いられる露光装置の第１の実施例を述べる。図１は、従来の露光装置における代表的な位置検出手段を示す要部概略図である。図１において、Ｒは原版であるレチクル、Ｗは露光するための基板であるウエハ、ＷＭはアライメントマーク、１は投影光学系である。また、Ｓは位置合わせ用光学系であり、２は外部同期可能なフラッシュランプなどの照明手段、３はビームスプリッタ、４と５と６は結像光学系、７はイメージインテンシファイアなどのゲート動作が可能な光増幅器、８はＣＣＤなどの撮像手段、９はＡ／Ｄ変換手段、１０は積算手段、１１はマーク位置検出手段、１２は計測値補正手段、１３は周期的にステージ位置をサンプリング可能なレーザ干渉計、１４はステージ駆動手段、１５は２次元に移動可能なＸＹステージ、１６はタイミング制御手段、１７はステージ位置記憶手段である。次に、アライメント計測手順について説明する。
【００１６】
図２はウエハでありショットが配列格子状に並んでいる。各ショット間のスクライブラインにはアライメントマークＷＭが配置されている。位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲がウエハＷの各ショット領域周辺（スクライブライン）にあるウエハアライメントマークＷＭ上を進むようにレーザ干渉計の出力をモニタしつつＸＹステージを移動する。その移動の途中でタイミング制御手段１６はレーザ干渉計１３の出力をモニタしウエハＷのショット領域周辺に形成されているショットサイズおきに並んだ複数のウエハアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察視野内に入るタイミングでフラッシュランプ２、イメージインテンシファイア７、ＣＣＤ８にトリガ信号を出す。ステージ位置記憶手段１７はこのときのステージ位置を記憶する。ショットサイズを移動する毎にフラッシュランプ２イメージインテンシファイア７、ＣＣＤ８とステージとで同期を取りながらイメージインテンシファイア７で光増幅されたアライメントマークＷＭ画像を取得しマーク位置計測を行う。この動作を図２のウエハＷ上に矢印で記したよう複数のスクライブラインで繰り返してショットの格子配列を統計処理により求めるに十分な数のウエハアライメントマークＷＭを検出する。
【００１７】
上記流れを詳しく説明する。まず、これから計測するスクライブラインの延長上に位置合わせ用光学系の観察範囲が来るようにＸＹステージを駆動する。そしてスクライブラインに沿うようにＸＹステージを駆動する。その際の駆動速度は図３（ａ）のようにレーザ干渉計１３のステージ位置サンプリング周期時間の整数倍の時間でショットサイズを移動するような速度に設定する。計測するアライメントマークＷＭはショットサイズのピッチで並んでいるので、ウエハアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察視野内に入った瞬間のステージ位置をサンプリングするにはレーザ干渉計１３のステージ位置サンプリング周期の整数倍の時間でショットサイズを移動するような速度に設定する必要がある。
【００１８】
ＸＹステージを前記駆動速度でスキャン駆動し、ウエハアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察視野内に入る位置にＸＹステージがきたらタイミング制御手段１６はフラッシュランプ２、イメージインテンシファイア７、ＣＣＤ８の同期が取れるようにそれぞれにフラッシュランプ発光トリガ、インテンシファイアゲート信号、ＣＣＤ蓄積パルスを出す。ステージ位置記憶手段１７はこのときのステージ位置Ｐｔ０を記憶する。この際タイミング制御手段１６はレーザ干渉計のサンプリング周期に合わせ、ステージ位置がＰｔ０である瞬間にフラッシュランプの発光ピークが合うようにフラッシュランプ発光トリガを出力する。ＣＣＤ蓄積パルスはイメージインテンシファイアゲート信号が十分に含まれる期間分出力する。また、図３（ｂ）はタイミングチャートを拡大した図であるが図のようにイメージインテンシファイアゲート信号はステージ位置がＰｔ０である瞬間にゲート信号の時間中心が合うように出力する。イメージインテンシファイアゲート時間はＸＹステージ駆動中の画像を取得しても画像のブレの影響がないようなごく短い時間に設定する。
【００１９】
このようにＸＹステージ、フラッシュランプ２、イメージインテンシファイア７、ＣＣＤ８で同期を取ることによりアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲に入った瞬間のステージ位置Ｐｔ０とアライメントマークＷＭの画像を取得することが可能になる。その後はＡ／Ｄ変換手段９でデジタル信号に変換し積算手段１０にて図４（ａ）に示すような積算範囲で積算し同図（ｂ）のようなＸＹ別に１次元波形に変換する。その後は公知の方法（特許文献１参照）で、位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲におけるアライメントマークＷＭの位置を算出する。次に計測値補正手段１２にて算出した位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲におけるアライメントマークＷＭ位置とアライメントマークＷＭ撮像時のステージ位置から、アライメントマークＷＭの基板上位置を算出する。複数のスクライブラインで計測が終了した後、公知のグローバルアライメント方式でショットの格子配列を統計処理により求める（特許文献２参照）。
【００２０】
本実施例では照明手段２は外部同期可能なフラッシュランプと記したが、フラッシュランプに限らずレーザダイオードやハロゲンランプなどの連続発光可能な照明手段でもかまわない。連続発光可能な照明手段を使用し常に点灯しておく場合は特に照明手段との同期は意識する必要はない。
【００２１】
また、本実施例ではステージ位置記憶手段１７はアライメントマークＷＭが位置合わせ用光学系Ｓの観察範囲に入った瞬間のステージ位置Ｐｔ０を記憶しアライメントマークＷＭ撮像時のステージ位置としていたが、レーザ干渉計１３の計測誤差を低減するためにステージ位置Ｐｔ０および前後のステージ位置、例えばＰｔ−２〜Ｐｔ２の５点のステージ位置を記憶し、平均などの統計処理によってアライメントマークＷＭ撮像時のステージ位置としてもよい。
【００２２】
また、ステージ位置Ｐｔ−２〜Ｐｔ２の区間で補完処理を行い、イメージインテンシファイア７のゲート期間で積分し平均ステージ位置を求めても良い。複数のステージ位置を統計処理することでレーザ干渉計１３の計測誤差を低減することができる。
【００２３】
以上、本発明を適用した実施例１について述べた。上述した様に本実施例ではステージをスキャン駆動しながらスキャン駆動方向によらずアライメントマークＷＭのＸＹ方向の位置を計測できるため、計測ショット数および計測アライメントマーク数を増やした時のウエハ処理時間の増加を低減する事が期待できる。
【００２４】
本発明は露光方法および露光装置に適用可能である。具体的には、マスクやレチクル等の原板と半導体ウエハ等の基板とを精度よく位置合わせ（アライメント）して原板のパターンを基板に露光する露光方法および露光装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  投影光学系、２  位置合わせ照明手段、３  ビームスプリッタ、４  結像光学系、
５  結像光学系、６  結像光学系、７  光増幅器、８  撮像手段、９  Ａ／Ｄ変換手段、
１０  積算手段、１１  位置検出手段、１２  計測値補正手段、
１３  ステージ位置計測手段、１４  ステージ駆動手段、１５  ステージ、
１６  タイミング制御手段、１７  ステージ位置記憶手段、Ｗ  ウエハ、
ＷＭ  ウエハマーク、Ｒ  レチクル、Ｓ  位置合わせ用光学系
【図４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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