JP2005311145A - 露光装置、露光方法、デバイス製造方法、パターン形成装置および位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 デバイス設計に制約を生じることなく、高い重ね合わせ精度を達成することができる露光装置及び方法を提供する。
【解決手段】 所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて前記所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え、前記パターン形成手段は、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置を合わせるための位置合わせマークを、前記所望のパターンが形成される面と略同一面上に有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、露光装置及び方法に係り、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光装置及び方法に関する。本発明は、マイクロミラーアレイなどの空間変調素子（パターン形成手段）を用いたマスクレス型の露光装置に好適である。さらには、スクリーン上に画像を表示するプロジェクタなどの投射型画像表示装置（パターン形成装置）にも好適である。

半導体集積回路は、巨大なパーソナルコンピュータ市場が牽引力となって急速に微細化が進んでおり、現在、９０ｎｍのデザインルールを達成している。パーソナルコンピュータに使用される中央演算装置（ＭＰＵ）やメモリ（ＤＲＡＭ）は、汎用性が高く、市場も大きいため、非常に多数のデバイスが生産されている。また、ＭＰＵやメモリは、パーソナルコンピュータのメーカー及び型式が違っても同じデバイスが使用されているため、同一の半導体デバイスが大量に生産されている。

一方、デジタルテレビ、多機能な携帯電話、ネットワークなどの普及に伴い、今後は、情報家電が半導体デバイスの最も大きな市場となると予測される。情報家電は、それぞれのメーカー及び型式によって独自の半導体デバイス（システムＬＳＩ）が使用されているため、非常に多種のデバイスが生産されることになる。更に、情報家電は、消費者のニーズに合わせて設計、生産する。従って、消費者のニーズは一様でないため、様々な製品を生産する必要があり、一機種の生産台数は限られることになる。また、個人のニーズは非常に流動的であり、消費者のニーズに合わせてタイミングよく市場に製品を投入していくことが求められる。

ＭＰＵやメモリに代表される従来の半導体デバイスは、同一のものを大量に、長期間に渡って生産することができたが、情報家電の半導体デバイス（システムＬＳＩ）は、多種少量を短期間に、且つ、市場投入のタイミングを逃すことなく生産することが要求される。

半導体デバイスを生産する際に重要な技術であるリソグラフィー（焼き付け）技術としては、マスク（レチクル）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。かかる投影露光装置は、半導体デバイスの微細化及び高集積化に対応し、例えば、位相シフトマスクの導入などによって、現在では、露光波長よりも小さなパターンを転写することができる。なお、位相シフトマスクは、従来のマスク（バイナリマスク）に比べて複雑であるため、高価なものとなっている。

同一のデバイスを大量に生産する場合、マスクコストはデバイス一つ当たりに換算すると小さなものとなるが、生産量の少ないシステムＬＳＩを生産する場合では、マスクコストの比率が大きく、高価なマスク（位相シフトマスクなど）を使用すると、デバイスが高価なものとなってしまう。情報家電は、従来の家電電化製品と同様に価格競争が激しいため、高価な半導体デバイスを使用することは避けたい。

そこで、システムＬＳＩの生産においては、直接描画方式の露光装置（以下、「マスクレス露光装置」と称する。）を用いることが着目されている。マスクレス露光装置は、マスクを使用しないため、デバイスの回路設計を行った後、マスクを製作することなくデバイスの生産を開始することができる。そのため、マスクコストの削減だけではなく、デバイスの生産時間も短縮することが可能である。

マスクレス露光装置としては、例えば、電子ビーム露光装置がある。しかし、電子ビーム露光装置は、スループットが非常に低いため、実際のデバイス生産に使用することができず、レチクルライタの描画や先端デバイスの研究開発など限られた用途でしか使用されていないのが現状である。そこで、予め内蔵してあるパターンを一括露光することでスループットを向上させる電子ビーム露光装置などが提案されている。

一方、従来の露光装置と同様な光源を用いたマスクレス露光装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、マイクロミラーを多数配置した空間変調素子を従来の露光装置のマスクに相当する位置に配置し、かかる空間変調素子によって回路パターンを生成することでマスクレスを実現するものである。具体的には、数千個の１０μｍ程度のマイクロミラーの駆動を制御する（各マイクロミラーの傾きにより光の反射を制御する）ことで回路パターンを生成し、かかる回路パターンを縮小投影することで転写を行う。電子ビーム露光装置は、ウェハを真空雰囲気に配置する必要があったが、空間変調素子を用いた露光装置は大気中で露光が可能であるため、真空装置などが不要となるメリットもある。

また、システムＬＳＩは、ウェハ上に回路パターンを何層も重ねることで製造されるため、微細なパターンと下層との位置あわせ（重ね合わせ）において、非常に高い精度が求められている。そこで、集光されたスポットビームを用いて露光を行う際に、下地の歪に沿って描画位置を補正することによって高い重ね合わせ精度を達成する方法が種々提案されている。例えば、下地ウェハの回路パターン内に格子状に配置した歪計測用マークから歪データ（下地転写に用いた露光装置の光学系の歪と露光後のプロセスによって生じる歪）を取得し、かかる歪に基づいて電子ビームの露光位置を補正する（例えば、特許文献２参照。）。
米国特許第５３３０８７８号 特開昭６２−５８６２１号公報

しかしながら、空間変調素子を用いた露光装置に関しては、現在まで下地ウェハと描画すべきパターンとの位置合わせ（重ね合わせ）方法が開示されていない。

また、従来の位置合わせ方法では、下地ウェハの各チップパターン内に、本来のデバイスの機能には不要である歪計測用マークを配置する必要があるため、デバイス設計に制約が生じてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、デバイス設計に制約を生じることなく、高い重ね合わせ精度を達成することができる露光装置及び方法を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて前記所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え、前記パターン形成手段は、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置を合わせるための位置合わせマークを、前記所望のパターンが形成される面と略同一面上に有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて前記所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え、前記パターン形成手段側には、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置合わせを行うための第１の位置合わせマークを、前記パターン形成手段のパターン形成面と略同一面上に配置し、前記被処理体側には、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置合わせを行うための第２の位置合わせマークを、前記投影光学系の焦点面と略同一面上に配置することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光方法は、複数の画素を駆動させて形成される第１のパターンを、被処理体に形成された第２のパターンと整合するように露光する露光方法であって、理想位置に対する前記第２のパターンのずれ量を補正データとして格納するステップと、前記補正データを基に、前記第１のパターンを形成するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのパターン生成装置は、複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて所望のパターンを形成するパターン形成装置であって、前記パターンを形成する面と略同一面上に、前記所望のパターンの位置の基準となるマークを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての位置合わせ方法は、複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え前記所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置における前記所望のパターンと前記被処理体の位置合わせ方法であって、前記被処理体を載置するステージ上に設けられ、前記被処理体の被処理面と略同一面上に配置された基準マークと、前記パターン形成手段のパターン形成面と略同一面上に配置された位置合わせマークとが合致する際の前記ステージの位置を取得する第１の取得ステップと、前記基準マークの位置が、前記被処理体の位置を計測する計測手段の計測基準位置に合致する際の前記ステージの位置を取得する第２の取得ステップと、前記第１の取得ステップで取得された結果および前記第２の取得ステップで取得された結果に基づいてオフセットを算出する算出ステップと、前記オフセットを基に、前記計測手段の計測結果を用いて前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置合わせを行うステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、デバイス設計に制約を生じることなく、高い重ね合わせ精度を達成することができる露光装置及び方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての露光装置１を説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。

露光装置１は、空間変調素子（パターン形成手段）としてのマイクロミラーアレイによって形成した回路パターン（半導体集積回路）をウェハに露光するマスクレス型の投影露光装置である。即ち、露光装置１は、マスクを用いる露光装置のマスクに相当する位置にマイクロミラーアレイを配置し、ミラーの傾きによって反射又は遮光を選択することで回路パターンを形成する。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下の、例えば、システムＬＳＩのリソグラフィー工程に好適である。

露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、ビームスプリッタ２０と、投影光学系３０と、ウェハ４０を載置するウェハステージ５０と、オフアクシススコープ（計測手段）６０と、マイクロミラーアレイ１００と、ミラー駆動機構１３０と、アライメントスコープ（検出手段）１５０と、制御部１７０とを有する。

また、露光装置１は、装置全体を支持するステージ定盤ＳＳＰと、フレームＦＭと、除振器ＮＶＭとを有する。ステージ定盤ＳＳＰは、後述するウェハステージ５０の移動の基準面にもなっている。フレームＦＭは、ステージ定盤ＳＳＰに配置された光学系などを支持する。除振器ＮＶＭは、ステージ定盤ＳＳＰの下部に設置され、床面からの振動を遮断する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンを形成するマイクロミラーアレイ１００を照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。

光源部１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更にスペックルを低減させるために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系１４は、光源部１２から射出される照明光ＬＬを装置内へ導く機能を有する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

ビームスプリッタ２０は、照明光学系１４が導入した照明光ＬＬをマイクロミラーアレイ１００の方向に反射する。また、ビームスプリッタ２０は、マイクロミラーアレイ１００で反射され、回路パターンを反映する光を投影光学系３０へ透過する。後述するマイクロミラーアレイ１００は、複数の微細なミラー各々について光の反射及び非反射を選択することによって像形成をするため、露光光を折り返す必要がある。そこで、本実施形態では、照明光学系１４とマイクロミラーアレイ１００との間にビームスプリッタ２０を配置している。但し、ビームスプリッタ２０を使用しない露光装置も構成可能である。

投影光学系３０は、マイクロミラーアレイ１００で形成されたパターンを縮小し、ウェハ４０の表面で結像する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

ウェハ４０は、被処理体であり、フォトレジスト（感光体）が基板上に塗布されている。ウェハ４０には、マイクロミラーアレイ１００が形成した回路パターンがパターニングされる。ウェハ４０は、別の実施形態では、液晶基板やその他の被処理体に置換される。

ウェハステージ５０は、ウェハチャック５２を介してウェハ４０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、例えば、リニアモーターで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウェハ４０を移動させることができる。なお、ウェハステージ５０は、ウェハ全面を露光するために、ウェハ４０をＹ軸方向に移動させるものとする。また、ウェハステージ５０は、マイクロミラーアレイが形成するパターン（第１のパターン）とウェハ４０面上の回路パターン又は下地パターン（第２のパターン）との位置合わせを行う機能を有する。ここで、ウェハ４０の面内で移動方向をＹ軸、それに垂直な方向をＸ軸、ウェハ４０の面に垂直な方向をＺ軸とする。

オフアクシススコープ６０は、ウェハ４０の位置を検出する機能を有し、例えば、光源と、ビームスプリッタと、レンズと、光電変換素子とから構成される。オフアクシススコープ６０は、光電変換素子とウェハ４０又は後述する基準マーク７０からの反射光の反射点が略共役となるように配置されており、投影光学系３０の光軸方向（Ｚ軸方向）におけるウェハ４０（又は基準マーク７０）の位置ずれは、光電変換素子上で位置ずれとして検出される。

基準マーク（第２の位置合わせマーク）７０は、ウェハチャック５２上のウェハ４０近傍の所定の範囲に、ウェハ４０の上面（即ち、投影光学系３０の焦点面）との高さを略一致させるように配置されている。基準マーク７０は、例えば、ＣｒやＡｌ等の金属で形成され、露光解像線幅近傍（ウェハ側での寸法）のライン状の開口を有するライン・アンド・スペースのパターンで構成される。また、基準マーク７０は、後述するように、ベースラインの補正にも使用される。

マイクロミラーアレイ１００は、転写されるべき回路パターンを形成する。具体的には、マイクロミラーアレイ１００を構成する複数の微細なミラーについて光の反射及び非反射を選択することによって回路パターンを形成する。マイクロミラーアレイ１００は、ミラー駆動機構１３０によって姿勢が調整される。ミラー駆動機構１３０は、マイクロミラーアレイ１００の位置及び姿勢を変えることができるが、通常の露光の際には、主に、光軸に対して回転する方向にマイクロミラーアレイ１００を微小角度回転させる。

マイクロミラーアレイ１００は、本実施形態では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術によって形成された正方形の微細な平面ミラーを多数配置して構成され、個々のミラーの大きさは、１０μｍ程度である。マイクロミラーアレイ１００を形成するミラーの数は、縦横で数千個×数千個であり、総数は、数百万個である。一個のミラーの大きさを１０μｍとすると、マイクロミラーアレイ１００のパターンを形成する形成部の大きさは、２０ｍｍ程度である。

現在の先端半導体デバイスの製造に使用されているマスクは、デバイスサイズの４倍乃至５倍の大きさであり、１００ｍｍ角程度である。また、デバイスのパターンサイズは、１００ｎｍ程度の大きさしかないため、マスクのパターンサイズも１μｍより小さい。従って、マイクロミラーアレイ１００をそのまま従来の露光装置に搭載しても所望のパターンサイズを得ることができない。そこで、投影光学系３０を、例えば、１００倍程度の縮小倍率を有するように構成する。これにより、マイクロミラーアレイ１００の大きさを２０ｍｍ×２０ｍｍとすると、ウェハ面上での露光画角は、２００μｍ×２００μｍとなる。

本実施形態のマイクロミラーアレイ１００を図２に示す。図２は、マイクロミラーアレイ１００を微小なミラーの反射面側から見た平面図である。図２を参照するに、マイクロミラーアレイ１００の表面（反射面）には、複数の微細なミラー（ミラーアレイ）１０２と、アライメントマーク（第１の位置合わせマーク）１０４が４箇所に配置されている。図２において、ミラーアレイ１０２は、模式的に少数しか図示されていないが、実際には、上述したように数千個×数千個の微細なミラーが配置されている。アライメントマーク１０４は、ミラーアレイ１０２の反射面と同一平面上に形成されており、クロムなどでパターンが描画されている。ミラーアレイ１０２は、Ｓｉ微細加工プロセスで製造するため、ミラーを製造する時に同様なプロセスを通すことで、同一平面上にアライメントマーク１０４を容易に形成することができる。

アライメントスコープ１５０は、マイクロミラーアレイ１００の表面位置を検出する。アライメントスコープ１５０は、例えば、露光光と実質的に同一の光源（露光光の波長と実質的に同じ光を発する光源）と、かかる光源からの光を照明部に導光するファイバーと、マイクロミラーアレイ１００上のアライメントマーク１０４を照明する照明部と、アライメントマーク１０４からの光の光量を検出するセンサーとから構成される。

制御部１７０は、図示しないＣＰＵ、メモリを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部１７０は、照明装置１０、ウェハステージ５０（即ち、ウェハステージ５０の図示しない移動機構）、ミラー駆動機構１３０と電気的に接続されている。ＣＰＵは、ＭＰＵなど名前の如何を問わずいかなるプロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリは、ＲＯＭ及びＲＡＭより構成され、露光装置１を動作するファームウェアを格納する。

制御部１７０は、本実施形態では、マイクロミラーアレイ１００で形成するパターンを制御する。制御部１７０は、図示しないインターフェースを介して描画データを取り込み、露光ショットごとのパターンデータを生成する。更に、制御部１７０は、生成したパターンデータに従って、マイクロミラーアレイ１００のミラーアレイ１０２の反射及び非反射を選択する。また、制御部１７０は、後述するように、位置補正データの生成やウェハ４０の位置合わせに係る制御なども行う。

次に、露光装置１の動作について説明する。図示しない搬送系によって搬送されたウェハ４０をウェハチャック５２を介してウェハステージ５０に保持した後、ウェハ４０上に形成されたウェハアライメントマーク（以下、「ＷＡマーク」と称する。）をオフアクシススコープ６０で検出することによって、ウェハ４０の装置上の座標を計測する。かかる計測結果に基づいて、ウェハ４０を投影光学系３０の下に移動し、２００μｍ角ごとに逐次露光をする。露光において、光源部１２から発せられた光束は、照明光学系１４及びビームスプリッタ２０により、マイクロミラーアレイ１００を、例えば、ケーラー照明する。マイクロミラーアレイ１００で反射され回路パターンを反映する光は、ビームスプリッタ２０を透過し、投影光学系３０によりウェハ４０上に結像される。

なお、半導体デバイスのチップサイズは１０ｍｍ程度であり、一回の露光では、全面を露光することができない。そこで、回路パターンを分割し、制御部１７０の制御によってマイクロミラーアレイ１００で順次パターンを形成し、それぞれの位置に相当するパターンを転写する。露光を行う度にウェハステージ５０を停止して逐次露光を行ってもよいが、露光時間に対して十分に遅い速度で連続移動しながらパルス発光で露光してもよい。

上述のアライメントは、従来の露光装置と同様に、オフアクシススコープ６０を用いてウェハ４０の座標を計測することによって行っている。しかし、オフアクシススコープ６０での計測は、露光光軸とアライメントスコープ１５０との光軸が一致していないため、高精度なアライメントを行うためには、アライメントスコープ１５０の検出位置とパターンが描画される位置との距離の精密な補正（ベースライン補正）を行う必要がある。上述したように、本実施形態では、ベースライン補正のために、マイクロミラーアレイ１００にはアライメントマーク１０４が、ウェハステージ５０上には基準マーク７０が配置されている。

図３は、ベースライン補正を行っている状態の露光装置１を示す概略断面図である。図３を参照するに、ベースライン補正においては、まず、ウェハチャック５２上のウェハ４０近傍（ウェハチャック５２の端部）に配置された基準マーク７０を投影光学系３０の下に移動し、マイクロミラーアレイ１００上に配置されたアライメントマーク１０４が投影される位置に略一致させる。アライメントスコープ１５０は、マイクロミラーアレイ１００の表面位置を計測するように配置されているが、ベースライン補正を行う際は、図示しない移動手段によってマーク検出のために移動し、基準マーク７０及びアライメントマーク１０４の像を検出することができる。基準マーク７０及びアライメントマーク１０４が投影光学系３０の共役な位置にあるため、アライメントスコープ１５０は、基準マーク７０及びアライメントマーク１０４を同時に撮像することができる。たとえば、基準マーク７０の形状を１本のライン形状とし、アライメントマーク１０４を２本のライン形状とする。アライメントスコープ１５０は、基準マーク７０のラインがアライメントマーク１０４の２本のラインの中央に位置するときに両者の座標が一致することになる。アライメントスコープ１５０が撮像した像に画像処理を施すことによって、基準マーク７０の位置とアライメントマーク１０４との相対的な位置関係を高精度に検出することが可能となる。そして、基準マーク７０の位置とアライメントマーク１０４の位置が一致したときのウェハステージ５０の座標を記憶する。本実施形態では、アライメントスコープ１５０は、照明光ＬＬと同一波長の光を用いてマークの検出を行っている。照明光ＬＬと同一波長の光を用いることによって、投影光学系３０の収差による影響が露光時とベースライン補正時と同じになるため好ましい。

次に、基準マーク７０をオフアクシススコープ６０の計測位置（図３の破線で示した位置）に移動し、基準マーク７０の位置とオフアクシススコープ６０の計測基準位置が一致したときのウェハステージ５０の座標を記憶する。

基準マーク７０の位置とアライメントマーク１０４の位置が一致したときのウェハステージ５０の座標と、基準マーク７０の位置とオフアクシススコープ６０の計測基準位置が一致したときのウェハステージ５０の座標との差分（オフセット）がベースラインである。なお、ミラーアレイ１０２とアライメントマーク１０４との相対位置は、マイクロミラーアレイ１００を作製する際に正確に計測してあり既知である。

このように、本実施形態の露光装置１では、オフアクシススコープ６０と露光光軸のベースライン補正を行うことが可能となる。また、ウェハステージ５０の駆動（走り）方向とミラーアレイ１０２の姿勢についても補正が可能となる。かかる補正は、ウェハステージ５０の座標を変えることによっても、ミラー駆動機構１３０を駆動することによっても可能である。

なお、本実施形態では、図２に示すように、マイクロミラーアレイ１００上のアライメントマーク１０４は４箇所に配置されているが、２箇所に配置するだけでもミラー配置の回転方向のずれを計測することができる。但し、アライメントマーク１０４を４箇所に配置することで、計測精度をより向上させることができるのは言うまでもない。

更に、図４に示すように、アライメントマーク１０４を、マイクロミラーアレイ１００のミラーアレイ１０２の内部にパターニングしてもよい。この場合、アライメントマーク１０４がパターニングされているミラー１０２ａは露光に使用しない。ここで、図４は、マイクロミラーアレイ１００を微小なミラーの反射面側から見た平面図である。

また、マイクロミラーアレイ１００自身によってアライメントマークを形成し、かかるアライメントマークを検出することによってベースライン補正を行うことも可能である。ミラー１０２ａにアライメントマーク１０４を形成することや、マイクロミラーアレイ１００自身でアライメントマークを形成することによって、ミラーアレイ１０２以外の位置にアライメントマーク１０４を配置するよりも、ミラーアレイ１０２と同一平面上にアライメントマーク１０４を形成することができるため、より精度が向上する。

露光装置１は、図５に示すように、マイクロミラーアレイ１００の反射面の反対側にアライメントスコープ１５０を配置し、マイクロミラーアレイの反射面の反対側からアライメントマーク１０４を検出する構成としてもよい。ここで、図５は、本発明の露光装置１の構成を示す概略断面図である。

マイクロミラーアレイの反射面の反対側からアライメントマーク１０４を検出する場合のマイクロミラーアレイ１００Ａを図６に示す。図６を参照するに、透明基板１０６の上に、ミラーアレイ１０２が配置されている。ミラーアレイ１０２は、上述したように、Ｓｉ微細加工プロセス等で製造される。

ミラーアレイ１０２の反射面は、図６（ｂ）に示すように、透明基板１０６の表面と同一平面上に配置されるように形成される。また、ミラーアレイ１０２の周囲には、図６（ａ）に示すように、４つのアライメントマーク１０４が形成されている。アライメントマーク１０４は、透明基板１０６の上に形成されているため、マイクロミラーアレイ１００Ａの反射面の反対側からアライメントマーク１０４を検出することが可能となっている。マイクロミラーアレイ１００Ａの反射面の反対側からアライメントマーク１０４を検出することで、ベースライン補正の際に、アライメントマーク１０４を照明する照明部が不要になる利点がある。

次に、露光装置１によって達成することができる高精度な重ね合わせ精度について説明する。露光装置１におけるウェハ４０とパターンとのアライメントは、オフアクシススコープ６０によって、ウェハ４０上の回路パターンが描画（転写）された領域と、スクライブライン上に配置されたＷＡマークを計測し、かかる計測結果を露光位置に反映させることで重ね合わせを行う。

露光に先立って、複数のＷＡマークを計測し、チップ（半導体デバイス１個又は複数個分の回路パターンが描画された領域であり、ステッパーの露光ショットに相当する）の配置、倍率のデータを取得する。そして、取得したデータに基づいて、順次露光を行っていく。かかる方法は、グローバルアライメント方式と呼ばれ、１枚のウェハ全体でのチップの配置に従って露光を行うため、チップごとの全てのＷＡマークを計測する必要がなく、アライメントに要する時間を短縮することができるという利点がある。

しかし、グローバルアライメント方式の場合、チップ内の歪成分を除去することはできない。そこで、本実施形態の露光装置１は、チップ内の歪に応じてパターンを描画する機能も更に有する。

具体的には、制御部１７０が、位置補正データを保持（格納）する機能を有し、露光ショットの位置補正を基に、描画データを補正することによって、ウェハ４０の歪に応じてパターンを描画することで、チップ内の歪に合わせることが可能となっている。なお、露光装置の場合、チップ内の歪は、投影光学系の歪収差や、露光後のプロセスなどによってウェハが歪むことによっても発生する。

ここで、位置補正データの生成について説明する。図７は、通常のレイアウトの一部に、歪計測用のマークを配置した歪計測マークショット４４を露光したウェハ４０を示している。図７に示すウェハ４０をプロセスに通し、その後、長寸法測定機などを用いてチップ４２内の歪の計測を行う。かかる計測結果を位置補正データとして制御部１７０に格納し、位置補正を行う。ウェハ４０の一部のショットを歪計測マークショット４４として露光することで、各チップ４２内に歪計測用のマークを設置する必要がないため、デバイスの設計を制約することがない。

図７に示す歪計測マークショット４４は、ウェハ４０の中心部から半径方向に分散して配置されている。これは、プロセスによるウェハの歪は、半径方向に依存する傾向があるからである。本実施形態では、半径方向に同じ距離にあるショットは、同じ歪みが生じているものとして同じ位置補正データを用いて補正を行う。

ウェハの歪を補正しながらパターンを転写する様子を図８に示す。ＳＵＣは、設計上の座標系（設計座標）であり、歪が全く存在しない場合は、この格子状の設計座標に沿って露光ショットＥＰＳの逐次露光を行う。ＣＤＴは、位置補正データの座標系（補正座標）を示しており、下地ウェハの歪の計測結果から内挿して算出したものである。歪が存在する場合は、この補正座標ＣＤＴに沿って露光ショットＥＰＳの逐次露光を行う。

ここで、従来の電子ビーム露光装置における歪補正との違いについて説明する。従来の露光装置で下地露光を行ったウェハ４０に、本発明の露光装置１で上層をパターニングした一例を図９に示す。図９（ａ）は、下地のウェハ４０を示している。従来の露光装置においては、レチクルの回転方向がウェハ４０のステップ方向と一致していない場合、チップローテンションが発生する。つまり、図９（ａ）に示すように、チップ４２内の座標系とチップ４２の配置の座標系が傾いた状態となってしまう。

位置歪のみを補正して露光を行った場合を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）には、ウェハ４０の一部の２ショット分を示している。図９（ｂ）を参照するに、露光ショットＥＰＳをつなぐ部分において、段差が生じているのが分かる。その結果、露光したパターンをつなぐ精度（つなぎ精度）が低下してしまう。従来の電子ビーム露光装置の場合は、描画に用いるビームが円形であることや、ビームの大きさが非常に小さいために、つなぎ精度の低下が発生しなかった。

位置補正データに基づいて、露光ショットＥＰＳを傾けて露光した場合を図９（ｃ）に示す。図９（ｃ）には、図９（ｂ）と同様に、ウェハ４０の一部の２ショット分を示している。図９（ｃ）を参照するに、設計座標ＳＵＣに対して、チップローテーションに応じた補正座標ＣＤＴを算出し、かかる補正座標ＣＤＴに沿って露光ショットＥＳＰを逐次露光している。換言すれば、下地のウェハ４０の傾き（歪）にあわせて露光ショットＥＳＰを傾けることによって、つなぎ精度が低下することなくパターニングを行うことができる。露光装置１は、歪計測から得られたチップローテーションに基づいて、ミラー駆動機構１３０を介してマイクロミラーアレイ１００を回転させて露光を行う。

本実施形態では、チップローテーションと歪について別々に説明したが、実際の露光では、チップローテーションと歪が同時に存在することは言うまでもない。露光装置１は、位置補正データに基づいて、各々の露光ショットの位置と回転を補正しながら露光を行う。

このように、通常のグローバルアライメントによって各ショットの位置倍率を算出した後、各チップの露光を行う際には、ショット位置に対応した位置補正データに基づいて露光を行う。この結果、ショット内歪に対応したより高精度な重ね合わせが実現可能となる。

次に、長寸法測定機を用いずに位置補正データを取得する方法について説明する。図１０は、ウェハ４０上のある特定のチップを示した平面図である。図１０を参照するに、各チップの４隅（スクラブライン上）には、ＷＡマーク４８が配置されており、オフアクシススコープ６０によって、それぞれの位置計測が可能となっている。図８と同様に、ＳＵＣは設計座標、ＣＤＴは補正座標を示している。４つのＷＡマーク４８の位置を直線補間することで座標系を変換し、位置補正データ（即ち、補正座標ＣＤＴ）を生成している。４つのＷＡマーク４８の間にＷＡマークを更に配置することによって、２次元曲線近似を行うことも可能である。更に、ＷＡマークを配置して多次元での近似も可能である。

このように、スクラブライン上にＷＡマークを配置することによって、位置補正データを生成することが可能であるため、図７に示したように、歪計測マークショットを露光する必要がなくなる。換言すれば、回路パターン内部に歪計測用のマークを配置する必要がなくなり、回路パターンの設計に制約を生じることなく、高精度な重ね合わせを実現することができる。

露光装置１は、デバイス設計に制約を生じることなく、マイクロミラーアレイが形成する微細な回路パターンを、高精度に重ね合わせて露光することができるため、高いスループットで経済性よくデバイス（特に、システムＬＳＩ）を提供することができる。

以下、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ３（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ４（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ３によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ５（検査）では、ステップ４で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ６）される。

図１２は、ステップ３のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によって（即ち、ステップ１で設計した回路パターンをマイクロミラーアレイで形成し）回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明では、パターン形成手段をマイクロミラーアレイとして説明したが、他の空間変調素子、例えば、液晶などを用いてもよい。また、パターンを形成する面と略同一面上にアライメントマークを有するパターン形成手段もパターン形成装置として本発明の一側面を構成するのは言うまでもない。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示すマイクロミラーアレイの反射面側の平面図である。 図１に示す露光装置のベースライン補正を行っている状態を示す概略断面図である。 図１に示すマイクロミラーアレイの反射面側の平面図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図５に示すマイクロミラーアレイを示す図であって、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図である。 レイアウトの一部に歪計測マークショットを露光するウェハを示す平面図である。 ウェハにおける設計座標及び補正座標を模式的に示した図である。 従来の露光装置で下地露光を行ったウェハに、本発明の露光装置で上層をパターニングした一例を示す図である。 ウェハ上のある特定のチップを示した平面図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すステップ３のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明装置
１２ 光源部
１４ 照明光学系
２０ ビームスプリッタ
３０ 投影光学系
４０ ウェハ
４２ チップ
４４ 歪計測マークショット
５０ ウェハステージ
５２ ウェハチャック
６０ オフアクシススコープ
７０ 基準マーク
１００及び１００Ａ マイクロミラーアレイ
１０２ ミラーアレイ
１０４ アライメントマーク
１０６ 透明基板
１３０ ミラー駆動機構
１７０ 制御部
ＬＬ 照明光

Claims (15)

1. 所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、
   複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて前記所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え、前記パターン形成手段は、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置を合わせるための位置合わせマークを、前記所望のパターンが形成される面と略同一面上に有することを特徴とする露光装置。
2. 前記パターン形成手段は、複数のミラーをアレイ状に配置したマイクロミラーアレイを有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記位置合わせマークは、前記ミラーの反射面上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記パターン形成手段は、前記位置合わせマークおよび前記マイクロミラーアレイを配置した透明基板を有し、前記位置合わせマークは前記マイクロミラーアレイの周囲に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
5. 前記位置合わせマークの検出を行う検出手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の露光装置。
6. 所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置であって、
   複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて前記所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え、
   前記パターン形成手段側には、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置合わせを行うための第１の位置合わせマークを、前記パターン形成手段のパターン形成面と略同一面上に配置し、
   前記被処理体側には、前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置合わせを行うための第２の位置合わせマークを、前記投影光学系の焦点面と略同一面上に配置することを特徴とする露光装置。
7. 複数の画素を駆動させて形成される第１のパターンを、被処理体に形成された第２のパターンと整合するように露光する露光方法であって、
   理想位置に対する前記第２のパターンのずれ量を補正データとして格納するステップと、
   前記補正データを基に、前記第１のパターンを形成するステップとを有することを特徴とする露光方法。
8. 前記補正データは、前記第２のパターンに含まれるマークの位置計測結果を基に作成されることを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
9. 前記マークは、前記第２のパターンのスクライブライン上に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
10. 前記補正データは、前記マークの位置計測結果に基づいて座標データを内挿することで作成されることを特徴とする請求項８または９に記載の露光方法。
11. 前記補正データは、前記第２のパターンの位置ずれ情報及び回転ずれ情報を含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の露光方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１つに記載の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする露光装置。
13. 請求項１〜６および１２のうちいずれか１つに記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
14. 複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて所望のパターンを形成するパターン形成装置であって、
    前記パターンを形成する面と略同一面上に、前記所望のパターンの位置の基準となるマークを有することを特徴とするパターン形成装置。
15. 複数の画素を有し、前記複数の画素を駆動させて所望のパターンを形成するパターン形成手段を備え前記所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光装置における前記所望のパターンと前記被処理体の位置合わせ方法であって、
    前記被処理体を載置するステージ上に設けられ、前記被処理体の被処理面と略同一面上に配置された基準マークと、前記パターン形成手段のパターン形成面と略同一面上に配置された位置合わせマークとが合致する際の前記ステージの位置を取得する第１の取得ステップと、
    前記基準マークの位置が、前記被処理体の位置を計測する計測手段の計測基準位置に合致する際の前記ステージの位置を取得する第２の取得ステップと、
    前記第１の取得ステップで取得された結果および前記第２の取得ステップで取得された結果に基づいてオフセットを算出する算出ステップと、
    前記オフセットを基に、前記計測手段の計測結果を用いて前記所望のパターンと前記被処理体の相対的な位置合わせを行うステップとを有することを特徴とする位置合わせ方法。