(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計上のショット領域を基準としたとき、それぞれ異なる２次元的形状誤差をもつ複数のショット領域に対応した複数のマスクパターンを備えたことを特徴とする投影露光装置用フォトマスク。
【請求項２】
前記複数の変形マスクパターンが、設計上のショット領域に対して直交度のずれもしくは回転ずれが生じているショット領域に対応するマスクパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置用フォトマスク。
【請求項３】
前記複数のマスクパターンが、平行四辺形、菱形、台形、樽型、糸巻型のいずれかのフィールド形状を有することを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置用フォトマスク。
【請求項４】
前記フォトマスクが、設計上のショット領域の形状と等しいフィールドを有するマスクパターンをさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投影露光装置用フォトマスク。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された投影露光装置用フォトマスクを備えた投影露光装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載された投影露光用フォトマスクを投影露光装置に用いて基板を製造する基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レチクルなどのフォトマスクに形成されたパターンを基板に転写する投影露光装置に関し、特に、変形した基板に対するアライメント（位置合わせ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影露光装置を用いて製造される半導体素子、液晶表示素子、パッケージ基板などのデバイスの多くは、多層構造になっており、パターンを重ねて転写することによって基板が製造される。２層目以降のパターンを基板に転写する場合、基板上にあらかじめ形成されたショット領域とマスク上のパターン像との位置合わせ、すなわちフォトマスクと基板との位置合わせを正確に行う必要がある。
【０００３】
位置合わせ方式としては、グローバルアライメント（ＧＡ）方式が知られている。そこでは、基板上のグリッドに沿って複数のショット領域が規定されており、グリッド上には、各ショット領域を定めるようにアライメントマークが形成されている。そして、複数のショット領域を含むグローバルアライメント領域を定め、その領域を規定するサンプル用アライメントマークの位置座標を検出する。
【０００４】
２層目以降のパターンを転写するとき、ステージの位置合わせ精度誤差、基板伸縮などに起因してショット間の配列誤差が生じている。そこで、計測されたサンプル用アライメントマークの位置座標と設計上のサンプル用アライメントマークの位置座標との差から、ショット間の配列誤差を算出し、オフセット補正、スケーリング補正などによって位置合わせを行う（例えば、特許文献１参照）。一方、基板伸縮に対応するスケーリング補正については、投影光学系の変倍レンズの位置を調整することによって、マスクパターンの投影像を拡大／縮小補正することができる（特許文献２参照）。
【０００５】
基板の変形は、座標軸に沿った縦横の線形伸縮だけでなく、対角方向その他の方向への伸縮など様々であり、菱形、台形などに変形する場合もある。このような変形は、スケーリング補正で修正することは難しい。そこで、マスク基板とワーク基板との光路上にワーク基板と同様に変形させたプレートを設け、変形に対応するマスクパターン像を転写する方法が知られている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６９５６２号公報
【特許文献２】特開２００４−２９５４６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４８２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
基板の変形具合は一様でなく、様々な歪みが基板に生じている。特に、セラミックあるいは樹脂製の基板の場合、基板は複雑な歪みを伴って変形する。このような基板の歪み、あるいは装置特性などに起因してショット領域の形状が実際には設計上定めた形状とは異なる場合、座標軸方向に沿った伸縮を前提としたスケーリング補正では対処できない。
【０００８】
投影露光装置は、高精度、高解像度のパターン形成に用いられる露光装置であり、半導体チップなどの用途に合わせて基板の多くはシリコンウェハを使用する。シリコンウェハの場合、その材質上ショット領域の変形は顕著に現れない。
【０００９】
しかしながら、セラミックや樹脂によって成形される基板（例えばインターポーザ基板）に対しても、高解像度のパターンを形成するために投影露光装置を使用することが必要とされている。この場合、ＧＡ方式によってショット領域の配列誤差を補正するように位置合わせを行っても、ショット領域自身の複雑な変形に対処できない。その結果、各層間でスルーホールの位置ずれが生じる恐れがあり、パターンの重ね合わせ精度が悪化する。
【００１０】
したがって、様々なショット領域の変形に対しても、位置合わせを精度よく行うことが求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の投影露光装置用フォトマスクは、ステップ＆リピート方式に従ってマスクパターンを基板に転写する（縮小、等倍などの）投影露光装置に使用されるフォトマスクであり、フォトマスクを用いて基板を製造することができる。
【００１２】
例えば、投影露光装置では、２次元配列された複数のショット領域と複数のショット領域の配列に沿って設けられる複数のアライメントマークとを形成した基板を、フォトマスクに形成されたマスクパターンの投影エリアに対し間欠的に相対移動させる走査部と、ステップ＆リピート方式に従い、マスクパターンを複数のショット領域に転写する露光制御部とを備える。
【００１３】
本発明のフォトマスクでは、設計上のショット領域を基準としたとき、それぞれ異なる２次元的形状誤差をもつ複数のショット領域に対応した複数のマスクパターンを備えている。
【００１４】
基板の変形等により、実際に計測されるショット領域の形状、エリア位置は、基準となる設計上のショット領域の形状（例えば矩形状）、エリア位置からずれており、これを「形状誤差」として計測し、検出する。ここで、「２次元的な形状誤差」とは、基板上に規定される座標軸とは異なる方向に関してショット領域が変形、変動することに起因するショット領域の変形を表しており、例えば、座標軸（１軸あるいは２軸）に沿ったスケーリング（拡大、縮小）以外の形状誤差が含まれる。
【００１５】
また、設計上のショット領域が矩形状である場合、菱形、平行四辺形、台形、樽型、糸巻型、扇形など非矩形状に変形するようなときの設計上との相違、あるいは、回転ずれなどエリア全体の位置と設計上のエリア位置との相違なども、２次元的形状誤差に含まれるものとする。このようなショット領域の２次元的形状誤差は、基板の座標軸とは異なる方向に沿った歪み、装置の特性などに起因する。一方、「形状誤差の異なる」には、例えば平行四辺形、台形など、ショット領域の変形した形状タイプが異なる場合、また、直交度のずれ量、すなわち座標軸に対する角度の大きさの違いなど、変形量が異なる場合、さらには、ショット領域の位置変動の変動量の相違も含まれる。
【００１６】
このようなフォトマスクを投影用露光装置に用いることにより、複数のマスクパターンの中から、計測したショット領域の２次元的に形状誤差に対応するフィールド（エリア）をもつマスクパターンを選ぶことにより、マスクパターンをそのショット領域にずれなく重ね合わせることができる。例えば、変形したショット領域の形状が等しいフィールドをもつマスクパターン、直交度のずれ量など変形量が一致するフィールドをもつマスクパターン、ショット領域の変動位置が等しいフィールドをもつマスクパターンが選択されるなど、形状誤差に関し、エリア変形の種類、変形量、エリア変動量が同じ傾向にあるマスクパターンを選択することが可能である。
【００１７】
例えば、複数のマスクパターンは、平行四辺形、菱形、台形、樽型、糸巻型のいずれかのフィールド形状を有する。ショット領域が実質的に変形せずに設計上のショット領域と形状が同じ場合もあることを考慮すれば、フォトマスクには、設計上のショット領域の形状と等しいフィールドを有するマスクパターンを設けるのがよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、投影露光装置において、マスクパターンを基板のショット領域に精度よく合わせて転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態である投影露光装置の概略的ブロック図である。
【図２】ショット領域が配列された基板を示した図である。
【図３】複数のマスクパターンが形成されたレチクルを示した図である。
【図４】基板の変形に起因するショット領域の形状誤差を示した図である。
【図５】ステップ＆リピート方式に基づく露光動作のプロセスを示した図である。
【図６】グローバルアライメント領域の変形形状の一例を示した図である。
【図７】第２の実施形態におけるグローバルアライメント領域の形状誤差とショット領域の形状誤差を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、第１の実施形態である投影露光装置の概略的ブロック図である。以下では、１層目のパターンが基板に形成され、２層目以降、基板のショット領域にマスクパターンを重ね合わせる露光プロセスを前提として説明する。
【００２２】
投影露光装置１０は、レチクル（フォトマスク）Ｒに形成されたマスクパターンを、ステップ＆リピート方式に従って基板（ワーク基板）Ｗに転写する露光装置であり、放電ランプなどの光源２０、投影光学系３４を備えている。レチクルＲは石英材などから構成されており、遮光領域をもつマスクパターンが形成されている。基板Ｗは、ここではシリコン、セラミックス、ガラスあるいは樹脂製の基板（例えば、インターポーザ基板）が適用される。
【００２３】
光源２０から放射された照明光は、ミラー２２を介してインテグレータ２４に入射し、照明光量が均一になる。均一となった照明光は、ミラー２６を介してコリメータレンズ２８に入射する。これにより、平行光がレチクルＲに入射する。光源２０は、ランプ駆動部２１によって駆動制御される。
【００２４】
レチクルＲにはマスクパターンが形成されており、マスクパターンが投影光学系３４の光源側焦点位置にあるように、レチクルＲがレチクル用ステージ３０に搭載されている。レチクルＲの前方（光源側）にはアパーチャー（図示せず）が設けられており、一部のマスクパターンにのみ照明光が入射する。
【００２５】
レチクルＲを搭載したステージ３０、基板Ｗを搭載したステージ４０には、互いに直交するＸ−Ｙ―Ｚの３軸座標系が規定されている。ステージ３０は、レチクルＲを焦点面に沿って移動させるようにＸ−Ｙ方向に移動可能であり、ステージ駆動部３２によって駆動される。またステージ３０は、Ｘ−Ｙ座標平面において回転も可能である。ステージ３０の位置座標は、ここではレーザ干渉計もしくはリニアエンコーダ（図示せず）によって測定される。
【００２６】
レチクルＲのマスクパターンのフィールド（エリア）を透過した光は、投影光学系３４によって基板Ｗにパターン光として投影される。基板Ｗは、その露光面が投影光学系３４の像側焦点位置と一致するように、基板用ステージ４０に搭載されている。
【００２７】
ステージ４０は、基板Ｗを焦点面に沿って移動させるようにＸ−Ｙ方向に移動可能であり、ステージ駆動部４２によって駆動される。また、ステージ４０は、焦点面（Ｘ−Ｙ方向）に垂直なＺ軸方向（投影光学系３４の光軸方向）へ移動可能であり、さらに、Ｘ−Ｙ座標平面において回転も可能である。ステージ４０の位置座標は、図示しないレーザ干渉計もしくはリニアエンコーダによって測定される。
【００２８】
制御部５０は、ステージ駆動部３２、４２を制御してレチクルＲ、基板Ｗを位置決めするとともに、ランプ駆動部２１を制御する。そして、ステップ＆リピート方式に基づく露光動作を実行する。制御部５０に設けられたメモリ（図示せず）には、レチクルＲのマスクパターン位置座標、基板Ｗに形成されたショット領域の設計上の位置座標、ステップ移動量などが記憶されている。
【００２９】
投影光学系３４の傍に配置されるアライメントマーク撮像部３６は、基板Ｗに形成されたアライメントマークを撮像するカメラ（あるいは顕微鏡）であり、ショット露光前にアライメントマークを撮像する。画像処理部３８は、アライメントマーク撮像部３６から送られてくる画像信号に基づいて、アライメントマークの位置座標を検出する。なお、ＴＴＬ方式によってアライメントマークを検出してもよい。
【００３０】
ステップ＆リピート方式に従い、制御部５０は、基板Ｗに形成された各ショット領域にレチクルＲのマスクパターンを順次転写していく。すなわち、制御部５０は、ショット領域間隔に従ってステージ４０を間欠的に移動させ、マスクパターンの投影位置に露光対象となるショット領域が位置決めされると、光源２０を駆動してパターン光をショット領域に投影させる。
【００３１】
マスクパターンの転写に先立って、制御部５０は、グローバルアライメント方式に従い、ショット領域の配列誤差を検出し、基板Ｗのショット領域とマスクパターンの投影エリアとの位置合わせを行う。さらに本実施形態では、基板の変形等に起因するショット領域の形状誤差を検出し、その形状誤差に適したマスクパターンを投影することによって、ショット領域とパターン投影エリアの位置合わせを行う。このとき、グローバルアライメント領域の形状誤差を検出し、その誤差をショット領域の形状誤差とみなす。
【００３２】
図２は、ショット領域が配列された基板を示した図である。図３は、複数のマスクパターンが形成されたレチクルを示した図である。図４は、基板の変形に起因するショット領域の形状誤差を示した図である。図２〜４を用いて、ショット領域の形状誤差について説明する。
【００３３】
図２に示すように、基板Ｗには、Ｘ−Ｙ座標系に従い、マトリクス状に一定間隔で配列させたショット領域ＳＡが形成されている。そして、ショット領域ＳＡの配列に沿って、位置合わせ用のアライメントマークＡＭが各ショット領域の四隅に形成されている。
【００３４】
グローバルアライメント方式では、所定数（１以上）のショット領域を包含するグローバルアライメントエリアを定め、統計演算によってショット領域の配列誤差および補正値を算出する。ここでは、隣接する４つのショット領域ＳＡごとにサンプル用（計測用）アライメントマークＳＭを定め、グローバルアライメント領域ＡＲＭを規定している。基板Ｗには、他にもグローバルアライメント領域（ここでは図示せず）が定められており、一例としてここでは合計４つのグローバルアライメント領域それぞれに同じ配列でショット領域が形成されている。
【００３５】
設計上のサンプル用アライメントマークＳＭの位置座標と実際に計測したサンプルアライメントマークＳＭの位置座標との差により、グローバルアライメント領域ＡＲＭ内におけるショット領域の直進度のずれ、回転誤差、基板Ｗの線形伸縮に起因するスケーリング誤差が検出される。制御部５０は、検出される統計誤差に基づいて、ショット領域ごとのオフセット値、スケーリング値、回転量の補正値を算出し、ステージ４０をＸ−Ｙ座標軸に沿って移動させ、あるいはＸ−Ｙ座標平面に沿って回転させる。
【００３６】
ショット領域の配列誤差のうち、スケーリング誤差は基板変形に起因する誤差であり、スケーリング補正値によって補正できる。しかしながら、Ｘ方向、あるいはＹ方向とは異なる方向に沿ったショット領域自身の変形については、補正値を求めることはできない。ショット領域の配列誤差は、Ｘ軸に沿った辺とＹ軸に沿った辺の直交度（９０°）をもつショット領域ＳＡの矩形形状が維持されることを前提としている。
【００３７】
しかしながら、樹脂製の基板Ｗ上では熱収縮等によって複雑な変形が生じており、ショット領域の矩形形状は、直交度が維持されない形状（ここでは、非矩形形状という）に変形している。直交度のずれが生じた場合、矩形形状は、平行四辺形（菱形）、台形などに変化する。また、直交度のずれの程度の相違により、非矩形形状も変わる。
【００３８】
図４には、ショット領域の変形具合を示している。ショット領域ＶＰ１は、基板変形のない状態で矩形形状が維持されており、基準となるショット領域形状である。基板Ｗに線形伸縮が生じた場合、基準のショット領域ＶＰ１は矩形形状を維持し、寸法のみ変化する。ショット領域ＶＰ２、ＶＰ３は、線形変形の形状を示している。
【００３９】
一方、Ｘ方向／Ｙ方向に関して＋／−方向に向けて対向する辺に対して同程度の直交度のずれが生じると、ショット領域は平行四辺形状に変化する。ショット領域ＶＰ４は、−Ｘ方向に向けて直交度のずれが生じた平行四辺形（菱形）形状であり、ショット領域ＶＰ６は、−Ｙ方向に向けて直交度のずれが生じている。また、ショット領域ＶＰ５、ＶＰ７は、直交度のずれがより大きい非矩形状を示している。なお、直交度のずれは、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向に生じる場合もある。
【００４０】
さらに、基準ショット領域ＶＰ１は、ショット領域ＶＰ’で示すように、相対する辺が近づくように直交度のずれが生じ、台形形状のショット領域ＶＰ’のように変形する場合もある。このように、基板Ｗの歪みに起因するショット領域の矩形状から非矩形状への変形は様々である。
【００４１】
本実施形態では、基板の同一のパターン形成層（ここでは２層目）において様々な非矩形状へ変形したショット領域に合わせて、複数のマスクパターン（変形マスクパターン）がレチクルＲに形成されている。図３に示すように、ここでは８つのマスクパターンがレチクルＲに形成されており、各マスクパターンのフィールド形状（パターンエリア形状）は、ショット領域の変形形状に対応している。
【００４２】
ここでは、マスクパターンＰ１が基準ショット領域ＶＰ１に対応したフィールド形状をもつ。そして、マスクパターンＰ２〜Ｐ７が、ショット領域ＶＰ２〜ＶＰ７に対応したフィールド形状をもつ。この場合、マスクパターンは、そのフィールド形状に合わせてパターンを形成している。例えば、ショット領域ＶＰ４の場合、直線状の配線ラインは、直交度のずれ（θ）に沿って傾斜させている。
【００４３】
したがって、変形したショット領域形状を計測し、その変形した非矩形状に対応する（すなわち、変形の程度、変形の特徴が同じ傾向にある）マスクパターンを選ぶことにより、マスクパターンの投影像を、その変形したショット領域に精度よく重ね合わせることができる。なお、ショット領域は矩形状以外に定めることも可能であり（例えば、一部切欠き部分のある矩形など）、そのようなショット領域に対しても、形状誤差に応じてマスクパターンを用意すればよい。
【００４４】
スケーリング誤差のみのショット領域ＶＰ２、ＶＰ３については、投影光学系の調整などによってスケーリング補正し、スケーリング補正では対応できない形状誤差に対応したマスクパターンのみをレチクルＲに形成してもよい。また、投影光学系の調整に起因するパターン像の歪みに応じたマスクパターンを選択することも可能である。
【００４５】
図５は、ステップ＆リピート方式に基づく露光動作のプロセスを示した図である。図６は、グローバルアライメント領域の変形形状の一例を示した図である。
【００４６】
上述したように、基板Ｗには４つのグローバルアライメント領域ＡＲＯ、ＡＲＰ、ＡＲＮ、ＡＲＭが規定されており、グローバルアライメント領域それぞれについてショット領域の配列誤差および形状誤差が計測される（Ｓ１０１）。ショット領域の形状誤差は、グローバルアライメント領域の形状誤差をそのまま利用するため、サンプル用アライメントマークＳＭの位置座標を測定し、グローバルアライメント領域の直交度のずれ、スケーリング誤差から、ショット領域の形状誤差を算出する。
【００４７】
図６には、基板変形によるグローバルアライメント領域ＡＲＭの直交度のずれを示している。グローバルアライメント領域ＡＲＭについて統計演算により菱形、平行四辺形形状への変形が計測されると、その中のショット領域ＳＡについても、同様の矩形形状があるものとみなす。
【００４８】
そして、ショット領域の配列誤差に基づいてスケーリング値、オフセット量、回転量などの補正値が算出されるとともに、ショット領域の形状に対応するフィールド形状を有するマスクパターンが選択される（Ｓ１０２）。そして、ステージ３０の移動によって、選択されたマスクパターンを照明光が透過するようにレチクルＲが位置決めされるとともに、露光対象のショット領域がパターン投影エリアと一致するように、ステップ＆リピート式による露光を行う（Ｓ１０３）。１つのグローバルアライメント領域について露光が終了すると、他のグローバルアライメント領域に対しても同様の露光動作が行われる（Ｓ１０４）。このような露光動作が基板に対して多層的に行われることにより、基板が製造される。
【００４９】
このように本実施形態によれば、レチクルＲに対し、基板の所定のパターン形成層に形成されるショット領域の変形に対応した複数のマスクパターンを形成し、ステップ＆リピート方式に従って、複数のショット領域が形成された基板にマスクパターンを転写する。グローバルアライメント方式に従ってサンプル用アライメントマークの位置座標を計測し、グローバルアライメント領域の形状誤差からショット領域の形状誤差を検出する。そして、その形状誤差に対応する、すなわち変形具合が同じ傾向にあるフィールド形状を有するマスクパターンを選択する。
【００５０】
次に、図７を用いて、第２の実施形態である投影露光装置について説明する。第２の実施形態では、ショット領域の形状誤差をグローバルアライメントとは独立して計測する。
【００５１】
図７は、第２の実施形態におけるグローバルアライメント領域の形状誤差とショット領域の形状誤差を示した図である。
【００５２】
第２の実施形態では、グローバルアライメント領域ＡＲＭのサンプル用アライメントマークＳＭに基づいてショット領域の配列誤差を計測する一方、各ショット領域ＳＡの四隅に規定されたアライメントマークＡＭをアライメントマーク撮像部３６によって撮像し、各ショット領域の位置座標の平均値などの統計値を算出することにより、ショット領域ＳＡの形状誤差を算出する。
【００５３】
ここでは、ショット領域ＳＡが台形形状に変形するとともに、回転ずれ（Ｘ軸もしくはＹ軸に対するショット領域全体の回転）が生じており、回転ずれ量は、ショット領域の位置に応じて異なる。これにより、個々のショット領域について正確に形状誤差を計測することが可能となる。なお、第１の実施形態のグローバルアライメント方式の場合、グローバルアライメント領域の回転ずれを計測し、これをショット領域の回転ずれとみなして計測してもよい。
【００５４】
なお、形状誤差の平均値を求めず、個々の形状誤差を算出しても良い。あるいは、グローバルアライメント領域の中の特定の位置にあるショット領域の形状誤差を算出し、他のショット領域についても同様の形状誤差と推定しても良い。
【００５５】
第１、２の実施形態では、Ｘ―Ｙ座標軸とは異なる方向に沿った基板の歪みに応じて直交度のずれを考慮したマスクパターンを用意しているが、それ以外のショット領域の変形に対応したマスクパターンを用意することも可能である。例えば、糸巻型、樽型、扇形、かまぼこ型などのマスクパターンを形成することが可能である。
【００５６】
さらに、基板の歪み以外の原因によるショット領域の形状誤差（変形）に合わせてマスクパターンを用意してもよい。例えば、投影光学系のディストーションを補正するためのマスクパターンを形成してもよく、あるいは、基板の凹凸に起因するショット領域の形状変形に対応したマスクパターンを用意しても良い。
【００５７】
なお、アライメントマークは、穴など指標となるものであれば良い。フォトマスクは１枚に限定されず、複数のレチクルを用意して各レチクルに１つまたは複数のマスクパターンを形成しても良い。この場合、複数のレチクルを位置決め制御する。
【符号の説明】
【００５８】
１０  投影露光装置
３６  アライメントマーク撮像部（形状誤差計測部）
３８  画像処理部（形状誤差計測部）
４０  ステージ
４２  ステージ駆動部（走査部）
５０  制御部（操作部、露光制御部）
Ｗ  基板
Ｐ２〜Ｐ８  変形マスクパターン
ＳＡ  ショット領域
ＳＭ  サンプル用アライメントマーク
ＡＭ  アライメントマーク
ＡＲＭ  グローバルアライメント領域
Ｒ  レチクル（フォトマスク）
【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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【図６】
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【図７】
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