(57)【要約】【課題】重ね合わせ精度の向上を図り、高精度のアライメントを実現する露光装置及びアライメント方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】恒温チャンバー１０内において、照明系１１が併設され、フォトマスクであるレチクル１２を保持して位置決めするレチクルステージ１３、投影光学系１４、アライメント系１５及びこれに連動するシャッター１６、半導体基板Ｗａｆを保持するウェハステージ１７、ステージ位置計測系１８が配備されている。アライメント系１５は、露光光と同じ波長のアライメント光を使用する。かつ、投影光学系１４を介するＴＴＬ方式で、直接半導体基板Ｗａｆ上に設けられた位置合わせ用のマークＭＫを検出する。この位置合わせ用のマークＭＫは、例えば実素子領域外、例えばチップ間のスクライブ領域に配される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光が照明されフォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層に投影する投影光学系と、
前記投影光学系の光軸に垂直な面内で前記感光性被覆層が設けられた基板を移動させるステージ機構と、
前記ステージ機構における移動量を計測するステージ位置計測系と、
前記基板上の所定領域に設けられた位置合わせ用のマークに前記露光光と同じ波長のアライメント光を照射するアライメント系と、
前記フォトマスク上部に近接し、少なくとも前記アライメント系の制御に応じてアライメント時のみ開いてアライメント光を通し、それ以外は閉じるシャッターと、
を具備したことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記シャッターは、前記フォトマスクの実素子パターン領域外のアライメントマークを有する領域において所定のアライメントマークへのアライメント光の照射／遮光を制御することを特徴とした請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記露光光の照明と前記アライメント光は光源が共有され、アライメント時には露光光の照明が所定領域に制限されることを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
【請求項４】
前記露光光の照明と前記アライメント光はそれぞれ光源が別々になっていることを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
【請求項５】
露光光が照明されるフォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層の所定領域に投影するためのアライメントに関し、前記基板上における実素子領域外に位置合わせ用のマークが設けられ、前記位置合わせ用のマークに前記露光光と同じ波長のアライメント光が照射されることを特徴とする露光装置におけるアライメント方法。
【請求項６】
前記請求項１〜４いずれか一つに記載の露光装置を用いて製造されることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記請求項５に記載された露光装置におけるアライメント方法を用いて製造されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造に係り、特に半導体基板への集積回路のパターンを繰り返し順次露光していく製造ライン中の露光装置及び露光制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ製造に必要な回路パターンは、複数のフォトマスク（レチクル）パターンによって半導体ウェハに順次露光される。例えば、所定のレチクルがセットされた縮小投影露光装置（図示せず）は、ウェハ上の被投影領域を次々とずらしながら繰り返しパターンを投影露光する（ステップ・アンド・リピート方式）。または、レチクルとウェハを投影光学系に対して同期走査し、繰り返しパターンを投影露光する（ステップ・アンド・スキャン方式）。これにより、半導体ウェハ内に所定個数分の集積回路チップ領域を取得する。
【０００３】
集積回路チップ領域の一つの領域についてそれぞれ複数回のパターン露光が行われる。よって、露光処理の重ね合わせ確度はアライメントの精度に大きく依存する。例えば３つのアライメント技術を次に示す。
図３（ａ）は、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ｌｅｎｓ）方式であり、露光波長とは異なる波長のアライメント光が投影レンズを介する。アライメント光は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザなどフォトレジストが感光しない光源を用いる。これにより、ウェハのスクライブライン領域内に存在するアライメントマークに従って位置合わせ（アライメント）が行われる。
図３（ｂ）は、ＴＴＬ方式であるが、露光波長と同じ波長でアライメントがなされる。従って、ウェハ上のフォトレジストに感光しないようにウェハステージ上の基準マークとのアライメント検出となる。その後、ステージ精度を頼りに露光位置までウェハを移動させる。このウェハへの移動量はベースラインと呼ばれ、重ね合わせ精度に大きく依存する。
図３（ｃ）は、オフアクシス方式である。アライメント光は投影レンズを介さず、投影レンズとは別に設けたアライメント顕微鏡を使用してウェハの位置決めをし、ステージ精度を頼りに露光位置までウェハを移動させる。
【０００４】
上記図（ａ）の構成は、アライメント光が露光光と異なる波長であるため、より高精度のアライメントが要求される場合、波長差によるアライメントずれが懸念される。
上記図（ｂ）の構成は、ベースラインが大きく、ステージの移動誤差、ウェハ内における各チップ領域の配列誤差などによる相対位置の精度によってアライメントずれの程度が変わる問題がある。
上記図（ｃ）の構成は、露光光は投影レンズを介さないため、投影レンズの変動によるベースライン変動が吸収できない。従って、より高精度のアライメントが要求される場合、実際の露光時でのアライメントずれが懸念される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のアライメントでは、より高精度のアライメントが要求される場合、アライメントずれが無視できなくなる恐れがある。
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたもので、重ね合わせ精度の向上を図り、高精度のアライメントを実現する露光装置及びアライメント方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る露光装置は、露光光が照射されフォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層に投影する投影光学系と、前記投影光学系の光軸に垂直な面内で前記感光性被覆層が設けられた基板を移動させるステージ機構と、前記ステージ機構における移動量を計測するステージ位置計測系と、前記基板上の所定領域に設けられた位置合わせ用のマークに前記露光光と同じ波長のアライメント光を照射するアライメント系と、前記フォトマスク上部に近接し、少なくとも前記アライメント系の制御に応じてアライメント時のみ開いてアライメント光を通し、それ以外は閉じるシャッターと、を具備したことを特徴とする。
【０００７】
上記本発明に係る露光装置によれば、アライメント光は露光光と同じ波長が用いられ、波長差によるアライメントずれの懸念は解消される。また、直接基板上に設けられた位置合わせ用のマークでアライメントするので、ステージ機構における相対位置の把握がし易く、アライメントずれは大幅に低減する。
【０００８】
上記本発明に係る露光装置において、前記シャッターは、前記フォトマスクの実素子パターン領域外のアライメントマークを有する領域において所定のアライメントマークへのアライメント光の照射／遮光を制御することを特徴としている。所定のアライメントマークの位置が変わればシャッターの開く領域もそれに応じて変える必要がある。
【０００９】
上述の本発明に係る露光装置において、前記露光光の照明と前記アライメント光は光源が共有され、アライメント時には露光光の照明が所定領域に制限されることを特徴とする。あるいは、上述の本発明に係る露光装置において、前記露光光の照明と前記アライメント光はそれぞれ光源が別々になっていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る露光装置におけるアライメント方法は、露光光が照射されるフォトマスクのパターン像を基板上の感光性被覆層の所定領域に投影するためのアライメントに関し、前記基板上における実素子領域外に位置合わせ用のマークが設けられ、前記位置合わせ用のマークに前記露光光と同じ波長のアライメント光が照射されることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係る露光装置におけるアライメント方法によれば、露光処理直前の段階で、アライメント露光光と同じ波長のアライメント光を用いて位置合わせが行われる。アライメント露光光と同じ波長のアライメント光を用いるため、基板上における実素子領域外に位置合わせ用のマークが設けられ、これに合わせる。
【００１２】
本発明に係る半導体装置は、上述の本発明に係るいずれかに記載の露光装置または露光装置におけるアライメント方法を用いて製造されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る露光装置の要部構成を示す概観図である。恒温チャンバー１０内において、照明系１１が併設され、フォトマスクであるレチクル１２を保持して位置決めするレチクルステージ１３、投影光学系１４、アライメント系１５及びこれに連動するシャッター１６、半導体基板Ｗａｆを保持するウェハステージ１７、ステージ位置計測系１８が配備されている。このような構成により、半導体基板Ｗａｆ上に塗布されたレジストに対しレチクルパターンに応じた露光処理を各々チップ領域毎に順次行うことができる。表示部１９はオペレータが操作できる場所に設置され、レシピ等様々な入出力業務や各種モニタが可能である。
【００１４】
この実施形態に係るアライメント系１５及びこれに連動するシャッター１６について説明する。アライメント系１５は、露光光と同じ波長のアライメント光を使用する。かつ、投影光学系１４を介するＴＴＬ方式で、直接半導体基板Ｗａｆ上に設けられた位置合わせ用のマークＭＫを検出する。この位置合わせ用のマークＭＫは、例えば実素子領域外、例えばチップ間のスクライブ領域に配される。
【００１５】
シャッター１６は、レチクル１２上部に近接し、少なくともアライメント系１５の制御に応じてアライメント時のみ必要領域が開口しアライメント光を通し、それ以外は閉じる。露光時にはレチクル１２上の別のアライメントマークの転写のため必要領域が開口されてもよい。すなわち、シャッター１６は、レチクル１２の実素子パターン領域外のアライメントマークを有する領域において所定のアライメントマークへのアライメント光の照射／遮光を制御する。
【００１６】
ここでは、アライメント光は露光照明における露光光の光源を共有している。露光光は水銀ランプの輝線（ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（４３６ｎｍ）、またはＫｒＦエキシマレーザー光（２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシマレーザー光（１８９ｎｍ）その他を用いることが考えられる。アライメント時には照明系１１内部における図示しないブラインド等の制御で露光光を所定のアライメント領域に制限する。さらに、シャッター１６がレチクル１２の実素子パターン上を覆うように構成されていてもよい（破線１６１）。この場合、実際の露光時にはシャッター１６１がレチクル１２の遮光帯１２１上まで後退し、レチクル１２の実素子パターン露光の妨げにならない。もちろん所定のアライメントマーク転写のために、シャッター１６の必要領域が開口されてもよい。
【００１７】
上記実施形態における露光装置によれば、露光光が照明されるレチクル１２のパターン像を半導体基板Ｗａｆ上のフォトレジスト層の所定領域に投影する直前の段階で、アライメント露光光と同じ波長のアライメント光を用いて位置合わせが行われる。これにより、波長差によるアライメントずれの懸念は解消される。また、直接基板上に設けられた位置合わせ用のマークでアライメントするので、ベースラインが小さく、ステージ位置計測系１８における相対位置の把握がし易い。この結果、アライメントずれは大幅に低減する。
【００１８】
図２は、本発明の第２実施形態に係る露光装置の要部構成を示す概観図である。前記第１実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明する。恒温チャンバー１０内において、照明系１１が併設され、フォトマスクであるレチクル１２を保持して位置決めするレチクルステージ１３、投影光学系１４、アライメント系２５及びこれに連動するシャッター２６、半導体基板Ｗａｆを保持するウェハステージ１７、ステージ位置計測系１８が配備されている。このような構成により、半導体基板Ｗａｆ上に塗布されたレジストに対しレチクルパターンに応じた露光処理を各々チップ領域毎に順次行うことができる。表示部１９はオペレータが操作できる場所に設置され、レシピ等様々な入出力業務や各種モニタが可能である。
【００１９】
この実施形態に係るアライメント系２５及びこれに連動するシャッター２６について説明する。アライメント系２５は、前記第１実施形態と同様に露光光と同じ波長のアライメント光を使用し、ＴＴＬ方式で、直接半導体基板Ｗａｆ上に設けられた位置合わせ用のマークＭＫを検出する。この位置合わせ用のマークＭＫは、例えば実素子領域外、例えばチップ間のスクライブ領域に配される。シャッター２６は、レチクル１２上部に近接し、かつ露光光の光源と別に配備したアライメント光源２５１からのアライメント光を制御する。
【００２０】
シャッター２６は、少なくともアライメント系２５の制御に応じてアライメント時のみ必要領域が開口しアライメント光を通し、それ以外は閉じる。露光時にはレチクル１２上の別のアライメントマークの転写のため必要領域が開口されてもよい。さらに、シャッター２６がレチクル１２の実素子パターン上を覆うように構成されていてもよい（破線２６１）。この場合、実際の露光時にはシャッター２６１がレチクル１２の遮光帯１２１上まで後退し、レチクル１２の実素子パターン露光の妨げにならない。もちろん所定のアライメントマーク転写のために、シャッター２６の必要領域が開口されてもよい。すなわち、シャッター２６は、レチクル１２の実素子パターン領域外のアライメントマークを有する領域において所定のアライメントマークへのアライメント光の照射／遮光を制御する。アライメント光源２５１が小さい場合、シャッター２６の開口に応じて移動するようにすると精度はより向上する。
【００２１】
上記実施形態における露光装置においても、露光光が照明されるレチクル１２のパターン像を半導体基板Ｗａｆ上のフォトレジスト層の所定領域に投影する直前の段階で、アライメント露光光と同じ波長のアライメント光を用いて位置合わせが行われる。これにより、波長差によるアライメントずれの懸念は解消される。また、直接基板上に設けられた位置合わせ用のマークでアライメントするので、ベースラインが小さく、ステージ位置計測系１８における相対位置の把握がし易い。この結果、アライメントずれは大幅に低減する。
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、アライメント光は露光光と同じ波長が用いられ、波長差によるアライメントずれの懸念は解消される。また、直接基板上に設けられた位置合わせ用のマークでアライメントするので、ステージ機構における相対位置の把握がし易く、アライメントずれは大幅に低減する。この結果、重ね合わせ精度の向上を図り、高精度のアライメントを実現する露光装置及びアライメント方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る露光装置の要部構成を示す概観図。
【図２】第２実施形態に係る露光装置の要部構成を示す概観図。
【図３】それぞれ従来の露光装置のアライメント技術を示す概念図。
【符号の説明】
１０…恒温チャンバー、１１…照明系、１２…レチクル、１３…レチクルステージ、１４…投影光学系、１５，２５…アライメント系、１６，２６…シャッター、１７…ウェハステージ、１８…ステージ位置計測系、１９…表示部、ＭＫ…位置合わせ用のマーク、Ｗａｆ…基板。
【図１】
2004228215.tif 000003
【図２】
2004228215.tif 000004
【図３】
2004228215.tif 000005