JP2006165377A - Exposure device, exposure method, mask and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、相補露光技術に使用される露光装置および露光方法、並びに当該露光に用いるマスク、並びに当該マスクによりパターンが形成された半導体装置に関する。 The present invention relates to, for example, an exposure apparatus and an exposure method used in complementary exposure technology, a mask used for the exposure, and a semiconductor device in which a pattern is formed by the mask.
半導体素子製造のためのリソグラフィ工程では、各層の異なるパターン同士を正確に重ね合わせる必要があるため、光学的なアライメント計測技術が用いられている。 In a lithography process for manufacturing a semiconductor element, it is necessary to accurately superimpose different patterns of each layer, and therefore an optical alignment measurement technique is used.
ＬＥＥＰＬ（low energy electron beam proximity projection lithography)露光機におけるアライメント方式は、Ｘ線リソグラフィ用に開発されたアライメントカメラを斜めに傾けてマーク像を検出する斜方結像方式が採用され、マスクのマスクマークとウエハのウエハマークを同時に検出し、その相対位置およびマスクとウエハ間のギャップを計測することができる（特許文献１参照）。 The alignment method used in the LEEPL (low energy electron beam proximity projection lithography) exposure tool is an oblique imaging method that detects the mark image by tilting the alignment camera developed for X-ray lithography. And the wafer mark of the wafer can be detected simultaneously, and the relative position and the gap between the mask and the wafer can be measured (see Patent Document 1).
斜方結像方式では、アライメントマークとして２次元配列パターンを用い、パターンエッジからの後方散乱光を光学的に拡大した像から、マスクマークとウエハマークの相対位置を計測する。エッジ散乱光の照明として白色光を用いることにより、薄膜の変化に対する高い適応性を実現することができるという優れた特徴をもつ。
本来、斜方結像方式でのアライメント顕微鏡単体は、観測方向に対し直交する１方向の位置検出に使用されているため、周辺のチップへの転写においてウエハ側に対応するアライメントマーク（ウエハマーク）が１つしか観測されない場合は、１方向のみしか位置検出できない。 Originally, an alignment microscope alone in the oblique imaging method is used for position detection in one direction orthogonal to the observation direction, and therefore, an alignment mark (wafer mark) corresponding to the wafer side in transfer to a peripheral chip. When only one is observed, the position can be detected only in one direction.
このため、２分割以上された相補分割マスクの４隅を使ってアライメントを実行する際、ウエハ外周領域の露光では、全てのマスクマークに対応するウエハマークが存在しない為アライメント計測が実行できず、未露光となり歩留まり低下の問題が生じている。尚、ショットサイズが大きくなるほど歩留まりは低下する為、デバイス適用に向けては重要な課題となる。 For this reason, when performing alignment using the four corners of the complementary division mask divided into two or more, in the exposure of the wafer outer peripheral area, since there are no wafer marks corresponding to all the mask marks, alignment measurement cannot be executed. Unexposed, resulting in a problem of yield reduction. Since the yield decreases as the shot size increases, this is an important issue for device application.
また、縮小投影型露光装置で現在主流となっている高スループット位置合わせ方式であるグローバルアライメントはＬＥＥＰＬ露光機においても採用可能であるが、ウエハ全体を平均化してアライメント係数を算出するため、下地ウエハの高次の歪みは補正できないという欠点がある。 In addition, global alignment, which is a high-throughput alignment method that is currently mainstream in reduced projection type exposure apparatuses, can also be adopted in LEEPL exposure machines, but since the entire wafer is averaged to calculate the alignment factor, the underlying wafer is used. However, there is a drawback that it is impossible to correct higher-order distortion.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理基板の全ての領域に、マスクをダイバイダイアライメント方式でアライメントすることができ、高精度なアライメントおよびパターン転写を実現することができる露光装置および露光方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to realize alignment with high precision and pattern transfer by aligning a mask with a die-by-die alignment method in all regions of a substrate to be processed. It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus and an exposure method that can be used.
本発明の他の目的は、斜めから観察する場合においても、２次元位置を検出することが可能なマスクマークをもつマスクを提供することにある。
本発明の他の目的は、斜めから観察する場合においても、２次元位置を検出することが可能な基板マークをもつ半導体装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a mask having a mask mark capable of detecting a two-dimensional position even when observed from an oblique direction.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a substrate mark capable of detecting a two-dimensional position even when observed from an oblique direction.
上記の目的を達成するため、本発明の露光装置は、複数の基板マークを備える被処理基板と、前記被処理基板に対向配置され、複数のマスクマークを備えるマスクと、前記マスクに荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射手段と、前記荷電粒子線照射手段の光軸に対して傾いた方向から前記基板マークおよび前記マスクマークを観察する観察手段と、前記被処理基板と前記マスクとの間の間隔を検出する間隔検出手段と、前記観察手段による観察結果と、前記間隔検出手段により検出された前記間隔に基づいて、前記被処理基板と前記マスクの相対位置を算出する制御手段と、前記制御手段により算出された前記相対位置に基づいて、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に、前記マスクあるいは前記被処理基板を移動させるステージとを有し、前記基板マークおよび前記マスクマークは、前記第１軸方向および前記第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように、前記パターンの間隔が不規則に規定されたものである。 In order to achieve the above object, an exposure apparatus according to the present invention includes a substrate to be processed having a plurality of substrate marks, a mask disposed opposite to the substrate to be processed and having a plurality of mask marks, and a charged particle beam on the mask. A charged particle beam irradiating means for irradiating, an observing means for observing the substrate mark and the mask mark from a direction inclined with respect to the optical axis of the charged particle beam irradiating means, and between the substrate to be processed and the mask An interval detection means for detecting an interval between the substrate, a control result for calculating a relative position between the substrate to be processed and the mask based on the observation result by the observation means, and the interval detected by the interval detection means; Based on the relative position calculated by the control means, the mask or the substrate to be processed is moved in a first axis direction and a second axis direction intersecting the first axis direction. The substrate mark and the mask mark include a pattern repeatedly arranged in the first axis direction and the second axis direction, and in either the first axis direction or the second axis direction The interval between the patterns is irregularly defined so that the mark center position can be detected.
上記の本発明の露光装置では、例えば、観察手段により、パターンの間隔が不規則に規定された方向から基板マークおよびマスクマークが観察される。観察方向と交差する方向では、観察手段により観察されたマーク位置に基づいて被処理基板とマスクとの位置ずれが検出される。観察方向については、観察手段により観察されたマーク相対位置と、間隔検出手段により検出された間隔に基づいて、制御手段により、被処理基板とマスクとの位置ずれが検出される。
第１軸方向および第２軸方向のずれ量が算出されると、制御手段によりステージが制御されて、マスクと被処理基板が適切な位置にアライメントされる。アライメント後、荷電粒子線がマスクに照射されて、マスク内の回路パターンが被処理基板に転写される。
In the above exposure apparatus of the present invention, for example, the substrate mark and the mask mark are observed from the direction in which the pattern interval is irregularly defined by the observation means. In a direction crossing the observation direction, a positional deviation between the substrate to be processed and the mask is detected based on the mark position observed by the observation means. Regarding the observation direction, the control means detects the positional deviation between the substrate to be processed and the mask based on the mark relative position observed by the observation means and the interval detected by the interval detection means.
When the shift amounts in the first and second axial directions are calculated, the stage is controlled by the control means, and the mask and the substrate to be processed are aligned at appropriate positions. After alignment, a charged particle beam is irradiated on the mask, and the circuit pattern in the mask is transferred to the substrate to be processed.
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、複数の基板マークをもつ被処理基板に対して、複数のマスクマークをもつマスクを対向配置させた状態で、前記被処理基板と前記マスクの相対位置を変えて繰り返し露光する露光方法であって、前記基板マークおよび前記マスクマークは、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように、前記パターンの間隔が不規則に規定されており、複数の前記マスクマークに対応する全ての基板マークが存在する被処理基板の中央領域の露光において、各マスクマークと各基板マークとの相対位置に基づいて、前記マスクと前記被処理基板のアライメントを行い、前記マスクマークに対応する前記基板マークが１つしか存在しない被処理基板の外周領域の露光において、１組の前記基板マークおよび前記マスクマークから第１軸方向および第２軸方向の双方の相対位置を検出して、前記マスクと前記被処理基板のアライメントを行うものである。 In order to achieve the above object, the exposure method of the present invention provides the substrate to be processed and the mask in a state where a mask having a plurality of mask marks is opposed to a substrate to be processed having a plurality of substrate marks. The substrate mark and the mask mark include a pattern that is repeatedly arranged in a first axis direction and a second axis direction that intersects the first axis direction, All of the substrates corresponding to the plurality of mask marks are irregularly defined so that the mark center position can be detected in either the first axis direction or the second axis direction. In the exposure of the central region of the substrate to be processed where the mark exists, the alignment of the mask and the substrate to be processed is based on the relative position of each mask mark and each substrate mark. In the exposure of the outer peripheral region of the substrate to be processed where only one substrate mark corresponding to the mask mark exists, both the first and second axial directions from the set of the substrate mark and the mask mark The relative position is detected, and the mask and the substrate to be processed are aligned.
上記の本発明の露光方法では、基板マークおよびマスクマークが、第１軸方向あるいは第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように、パターンの間隔が不規則に規定されていることから、不規則に規定された方向に沿ってマークを観察することにより、マークの第１軸方向および第２軸方向の位置が検出される。
複数のマスクマークに対応する全ての基板マークが存在する被処理基板の中央領域の露光では、一組のマスクマークと基板マークからは第１軸方向あるいは第２軸方向の位置のみを検出する。全てのマーク位置検出結果を組み合わせることにより、マスクと被処理基板の第１軸方向および第２軸方向の位置誤差が求まる。従って、この位置誤差を解消するように、マスクあるいは被処理基板のアライメントを行って、露光処理が施される。
マスクマークに対応する基板マークが１つしか存在しない被処理基板の外周領域の露光では、１組の基板マークおよびマスクマークから第１軸方向および第２軸方向の双方の相対位置を検出する。そして、この位置誤差を解消するように、マスクあるいは被処理基板のアライメントを行って、露光処理が施される。
マスクマークに対応する基板マークが２つ以上あるが、全てはない場合には、上記の２種類の方法を組み合わせることにより、アライメントがなされる。
In the exposure method of the present invention described above, the pattern interval is irregularly defined so that the substrate mark and the mask mark can detect the mark center position in either the first axis direction or the second axis direction. Therefore, the position of the mark in the first axis direction and the second axis direction is detected by observing the mark along an irregularly defined direction.
In the exposure of the central region of the substrate to be processed where all the substrate marks corresponding to the plurality of mask marks exist, only the position in the first axis direction or the second axis direction is detected from one set of mask marks and substrate marks. By combining all the mark position detection results, the position errors of the mask and the substrate to be processed in the first axis direction and the second axis direction can be obtained. Therefore, exposure processing is performed by aligning the mask or the substrate to be processed so as to eliminate this positional error.
In the exposure of the outer peripheral area of the substrate to be processed in which only one substrate mark corresponding to the mask mark exists, the relative positions in both the first axis direction and the second axis direction are detected from one set of substrate mark and mask mark. Then, the mask or the substrate to be processed is aligned and the exposure process is performed so as to eliminate this position error.
If there are two or more substrate marks corresponding to the mask mark but not all, the alignment is performed by combining the above two methods.
上記の目的を達成するため、本発明のマスクは、複数の相補露光領域を備え、被処理基板に対して各相補露光領域を重ねて露光することによりパターンを転写するマスクであって、各相補露光領域はアライメント用のマスクマークを備え、前記マスクマークは、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように前記パターンの間隔が不規則に規定されたものである。 In order to achieve the above object, the mask of the present invention comprises a plurality of complementary exposure regions, and is a mask for transferring a pattern by exposing each complementary exposure region on a substrate to be processed. The exposure area includes a mask mark for alignment, and the mask mark includes a pattern repeatedly arranged in a first axis direction and a second axis direction intersecting the first axis direction, and the first axis direction or the first axis direction is included. The interval between the patterns is irregularly defined so that the mark center position can be detected in either of the two axial directions.
上記の本発明のマスクでは、例えば、パターンの間隔が不規則に規定された方向からマスクマークを観察することにより、観測方向およびこれに交差する方向のマーク検出が可能となる。従って、１つのマスクマークのみを用いて被処理基板とマスクとのアライメントが可能となる。 In the mask of the present invention described above, for example, by observing the mask mark from a direction in which the pattern interval is irregularly defined, it is possible to detect the mark in the observation direction and the direction crossing the observation direction. Therefore, it becomes possible to align the substrate to be processed and the mask using only one mask mark.
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置は、アライメント用の基板マークが形成された半導体装置であって、前記基板マークは、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように前記パターンの間隔が不規則に規定されたものである。 In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which a substrate mark for alignment is formed, and the substrate mark is a second axis that intersects the first axis direction and the first axis direction. The pattern includes patterns repeatedly arranged in the axial direction, and the interval between the patterns is irregularly defined so that the mark center position can be detected in either the first axial direction or the second axial direction. .
上記の本発明の半導体装置は、１つの被処理基板から複数のものが作製されたものである。被処理基板に含まれる各半導体装置に、上記の基板マークが形成されていると、例えば、パターンの間隔が不規則に規定された方向から基板マークを観察することにより、観測方向およびこれに交差する方向のマーク検出が可能となる。従って、１つの基板マークのみを用いて被処理基板とマスクとのアライメントが可能となる。 A plurality of semiconductor devices of the present invention are manufactured from one substrate to be processed. When the above-mentioned substrate mark is formed on each semiconductor device included in the substrate to be processed, for example, by observing the substrate mark from a direction in which the pattern interval is irregularly defined, the observation direction and the crossing are observed. It is possible to detect the mark in the direction in which it is performed. Therefore, it becomes possible to align the substrate to be processed and the mask using only one substrate mark.
本発明の露光装置および露光方法によれば、被処理基板の全ての領域に、マスクをダイバイダイアライメント方式でアライメントすることができ、高精度なアライメントおよびパターン転写を実現することができる。
本発明のマスクによれば、１つのマスクマークを用いて２次元位置を検出することができることから、高精度なアライメントの実現に寄与することができる。
本発明の半導体装置によれば、１つの基板マークを用いて２次元位置を検出することができることから、高精度なアライメントの実現に寄与することができる。
According to the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, the mask can be aligned in all regions of the substrate to be processed by the die-by-die alignment method, and highly accurate alignment and pattern transfer can be realized.
According to the mask of the present invention, since a two-dimensional position can be detected using one mask mark, it is possible to contribute to the realization of highly accurate alignment.
According to the semiconductor device of the present invention, since a two-dimensional position can be detected using one substrate mark, it can contribute to the realization of highly accurate alignment.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、一例としてＬＥＥＰＬに使用されるマスクおよび露光方法について説明するが、これに限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, a mask and an exposure method used for LEEPL will be described as an example, but the present invention is not limited to this.
図１は、本実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
図１に示す露光装置は、露光光として電子ビームＥＢを出射する電子銃１を備えており、この電子銃１から出射された電子ビームＥＢの経路を法線とする状態で、マスクＭが配置され、このマスクＭとの間に間隔を保って、ステージ１０にウエハ（被処理基板）Ｗが配置されている。ステージ１０は、ウエハＷをｘｙｚ方向に移動させかつθ（回転角）だけ回転させる。ウエハＷの表面とマスクＭの表面との間に約５０μｍの間隔が設けられるようにウエハＷが配置される。
FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus according to this embodiment.
The exposure apparatus shown in FIG. 1 includes an electron gun 1 that emits an electron beam EB as exposure light, and a mask M is arranged with the path of the electron beam EB emitted from the electron gun 1 as a normal line. Then, a wafer (substrate to be processed) W is placed on the
電子銃１とマスクＭとの間には、電子ビームＥＢの経路を囲む状態で、電子銃１側から順に、電子ビームＥＢを制限するアパーチャ２と、電子ビームＥＢを平行化するコンデンサレンズ３と、ラスターまたはベクトル走査モードの何れかで且つマスクＭに垂直に入射するように電子ビームＥＢを偏向させる一対の主偏向器４ａ，４ｂと、電子ビームの照射位置の微調整を行うために電子ビームを偏向させる一対の副偏向器５ａ，５ｂとを有する。
Between the electron gun 1 and the mask M, an aperture 2 for limiting the electron beam EB and a condenser lens 3 for collimating the electron beam EB in order from the electron gun 1 side in a state surrounding the path of the electron beam EB. A pair of
マスクＭの斜め上方には、マスクＭのマスクマークおよびウエハＷのウエハマークを観察するためのアライメントカメラ６が設置されている。アライメントカメラ６は、アライメント光として白色光を用い、マークからの散乱光を検出し、マスクマークとウエハマーク（基板マーク）の相対位置を計測する。アライメントカメラ６は、後述するように、ｘ方向のアライメントおよびｙ方向のアライメントを精度良く行うため、４台設置されている。
An
間隔検出手段７は、例えば静電容量センサにより構成され、マスクＭとウエハＷの間隔を検出する。間隔検出手段７による検出値は、制御部８に出力される。 The interval detection means 7 is composed of, for example, a capacitance sensor, and detects the interval between the mask M and the wafer W. The value detected by the interval detection means 7 is output to the control unit 8.
制御部８は、アライメントカメラ６、間隔検出手段７、主偏向器４ａ，４ｂ、副偏向器５ａ，５ｂ等に接続されており、露光装置の全体の動作を制御する。制御部８は、後述するように、アライメントカメラ６からの観察画像と、間隔検出手段７により検出された間隔に基づいてマスクＭとウエハＷの相対位置を計測し、マスクＭに対してウエハＷが適切な位置にくるようステージ駆動部９に制御信号を出力する。
The control unit 8 is connected to the
ステージ駆動部９は、制御部８に接続されており、制御部８からの制御信号に基づいて、ステージ１０の位置を制御し、ウエハＷとマスクＭとの相対位置を調整する。
The stage driving unit 9 is connected to the control unit 8 and controls the position of the
以上のような構成の露光装置を用いて露光を行う場合には、まず、ステージ１０上に、表面にレジストＲを塗布してなるウエハＷを載置する。次に、電子銃１から出射された電子ビームＥＢを、アパーチャ２、コンデンサレンズ３で成形しつつ、上述した偏向器４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂにより、マスクＭへの電子ビームＥＢの照射位置を調整する。そして、このマスクＭのパターンを通過した電子ビームが、ウエハＷ表面のレジストＲに照射されることにより、レジストＲに対してパターン露光が行われる。
When performing exposure using the exposure apparatus configured as described above, first, a wafer W formed by applying a resist R on the surface is placed on the
図２（ａ）は、マスクＭの一例を示す平面図であり、図２（ｂ）は、マスクＭの要部断面図である。 2A is a plan view showing an example of the mask M, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part of the mask M. As shown in FIG.
本実施形態に係るマスクＭは、図中点線で区分けした右上の第１の相補露光領域１１と、図中点線で区分けした左上の第２の相補露光領域１２と、図中点線で区分けした左下の第３の相補露光領域１３と、図中点線で区分けした右下の第４の相補露光領域１４の４つの相補露光領域を有する。ウエハＷに転写すべき回路パターンは、各相補露光領域１１〜１４に分割して形成され、各相補露光領域１１〜１４をウエハＷの同じ位置に露光する（相補露光）ことにより、ウエハＷに回路パターンが転写される。本実施形態では、４つの相補露光領域１１〜１４の全体の領域を露光領域と称する。
The mask M according to this embodiment includes a first
各相補露光領域１１〜１４は、パターン形成膜２１と、パターン形成膜２１の強度を補強するための補強部２２とを有する。パターン形成膜２１は、３００ｎｍ〜２μｍの厚さのＳｉ、ＳｉＣ、ダイアモンド等により形成される。図２（ｂ）の断面図に示すように、パターン形成膜２１には、パターン形成膜２１を貫通する貫通孔２３によりマスクパターンが形成される。基板２０および補強部２２の厚さは、例えば７００μｍ程度である。
Each
等倍近接露光では、ウエハＷに転写すべき回路パターンと等倍のマスクパターンが各相補露光領域１１〜１４のパターン形成膜２１に形成される。補強部２２の位置には、マスクパターンを配置できず、この結果、補強部２２に対応する位置には、ウエハＷにパターンを転写できない。従って、各相補露光領域１１〜１４を重ねた際に補強部２２の位置がずれるように、補強部２２が配置されている。
In the same size proximity exposure, a circuit pattern to be transferred to the wafer W and a mask pattern of the same size are formed on the
このように補強部２２を配置することにより、チップＣｈの全ての位置に、相補露光が可能なように構成される。相補露光とは、１つの層の回路パターンを複数の相補露光領域に分割し、相補露光領域を重ねて露光することにより、一つの回路パターンをウエハＷに転写することを称する。
By arranging the reinforcing
図３は、４つの相補露光領域１１〜１４を含む露光領域の平面図である。 FIG. 3 is a plan view of an exposure region including four complementary exposure regions 11-14.
図３に示すように、各相補露光領域１１〜１４に、４つのマスクマークＭＭが形成されている。ウエハＷの中央領域における露光では、１つのマスクマークＭＭはｘ方向あるいはｙ方向のいずれかの相対位置の検出に用いられる。なお、各相補露光領域１１〜１４に、１つのマスクマークが配置されていれば、これらの配置に限定はない。 As shown in FIG. 3, four mask marks MM are formed in each of the complementary exposure regions 11-14. In exposure in the central region of the wafer W, one mask mark MM is used to detect the relative position in either the x direction or the y direction. In addition, if one mask mark is arrange | positioned in each complementary exposure area | regions 11-14, there will be no limitation in these arrangement | positioning.
マスクマークＭＭは、図示の簡略化のため矩形状に描いているが、後述するように、微細なパターンが２次元に配列されて構成されたものである。マスクマークを構成するパターンは、ウエハＷに転写するパターンと同様にパターン形成膜２１に貫通孔により形成しても、パターン形成膜２１を貫通しない溝により形成してもよい。
The mask mark MM is drawn in a rectangular shape for the sake of simplicity of illustration, but as will be described later, the mask mark MM is configured by two-dimensionally arranging fine patterns. The pattern constituting the mask mark may be formed by a through hole in the
従来では、１つのウエハマークあるいはマスクマークからは、後述する理由により、ｘ方向あるいはｙ方向のいずれかの相対位置しか検出できなかったが、本実施形態では、マーク形状を工夫することにより、ウエハの外周領域の露光においては、マスクマークＭＭをｘ方向およびｙ方向の双方のアライメントに使用する構成となっている。 Conventionally, only a relative position in either the x direction or the y direction can be detected from one wafer mark or mask mark for the reasons described later. However, in this embodiment, the wafer is devised by devising the mark shape. In the exposure of the outer peripheral area, the mask mark MM is used for alignment in both the x direction and the y direction.
図４は、アライメントカメラ６によるマスクＭとウエハＷのアライメントを説明するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining alignment between the mask M and the wafer W by the
各アライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２，６ｙ１，６ｙ２は、通常、観察方向とは直交する方向のマーク位置を検出する。すなわち、ｘ方向（第１軸方向）から斜めにマスクマークＭＭとウエハマークＷＭを観察するアライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２は、ｙ方向のマーク位置を検出する。ｙ方向（第２軸方向）から斜めにマスクマークＭＭとウエハマークＷＭを観察するアライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２は、ｘ方向のマーク位置を検出する。 Each alignment camera 6x1, 6x2, 6y1, 6y2 normally detects a mark position in a direction orthogonal to the observation direction. That is, the alignment cameras 6y1 and 6y2 that observe the mask mark MM and the wafer mark WM obliquely from the x direction (first axis direction) detect the mark position in the y direction. The alignment cameras 6x1 and 6x2 that observe the mask mark MM and the wafer mark WM obliquely from the y direction (second axis direction) detect the mark position in the x direction.
ただし、本実施形態では、例えばウエハＷの外周領域の露光であって、マスクマークＭＭに対応するウエハマークＷＭが１つしかない場合には、１つのアライメントカメラでｘ方向およびｙ方向の双方のマーク位置を検出する。 However, in the present embodiment, for example, when exposure is performed on the outer peripheral area of the wafer W and there is only one wafer mark WM corresponding to the mask mark MM, both the x direction and the y direction are obtained by one alignment camera. Detect the mark position.
アライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２とアライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２とを区別する必要がない場合には、単にアライメントカメラ６と称する。上記したように、本実施形態では、アライメントカメラ６により、マスクマークＭＭとウエハマークＷＭとを斜め上方から観察する構成を採用する。マスク面の法線方向からマスクマークＭＭとウエハマークＷＭとを観察すると、アライメントカメラ６がマスクに重なってしまい、アライメント後にアライメントカメラ６を移動させる工程が必要となり、露光のスループットが低下するためである。
When there is no need to distinguish between the alignment cameras 6x1 and 6x2 and the alignment cameras 6y1 and 6y2, they are simply referred to as the
本実施形態では、ウエハＷの外周領域の露光において１つのアライメントカメラ６でｘ方向およびｙ方向におけるウエハＷとマスクＭの相対位置を検出できるように、ウエハＷ側に形成されたウエハマークＷＭと、マスクＭに形成されるマスクマークＭＭのパターン形状を工夫している。
In this embodiment, the wafer mark WM formed on the wafer W side so that the relative position of the wafer W and the mask M in the x direction and the y direction can be detected by one
図５（ａ）は、ウエハマークＷＭとマスクマークＭＭを示す平面図であり、図５（ｂ）は側面図である。なお、図５（ａ）では、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２によりｘ方向（図中、矢印で示す）から斜めに観察されるマーク形状を示している。 FIG. 5A is a plan view showing the wafer mark WM and the mask mark MM, and FIG. 5B is a side view. 5A shows a mark shape observed obliquely from the x direction (indicated by an arrow in the figure) by the alignment cameras 6y1 and 6y2.
図５（ａ）に示すように、マスクマークＭＭは、ｘ方向およびｙ方向に繰り返し配列された矩形状のパターンｐを含む。パターンｐは、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２による観察方向と直交する方向（ｙ方向）に周期的に配列されている。また、パターンｐは、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２による観察方向（ｘ方向）に対しては、マーク中心位置を検出し得るようにパターンｐの間隔が不規則に規定されている。本実施形態では、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２の観察方向（ｘ方向）におけるマーク中心位置の中心パターンＰａと、当該中心パターンＰａに隣接するパターンＰｂとの間隔が、他の位置におけるパターン配列間隔に比べて大きく設定されている。なお、アライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２により観察されるマスクマークは、図５（ａ）に図示したマスクマークＭＭを９０度回転させた構成である。 As shown in FIG. 5A, the mask mark MM includes a rectangular pattern p that is repeatedly arranged in the x direction and the y direction. The pattern p is periodically arranged in a direction (y direction) perpendicular to the observation direction by the alignment cameras 6y1 and 6y2. In addition, with respect to the pattern p, with respect to the observation direction (x direction) by the alignment cameras 6y1 and 6y2, the interval between the patterns p is irregularly defined so that the mark center position can be detected. In the present embodiment, the interval between the center pattern Pa at the mark center position in the observation direction (x direction) of the alignment cameras 6y1 and 6y2 and the pattern Pb adjacent to the center pattern Pa is compared with the pattern arrangement interval at other positions. Is set large. Note that the mask mark observed by the alignment cameras 6x1 and 6x2 has a configuration obtained by rotating the mask mark MM illustrated in FIG. 5A by 90 degrees.
ウエハマークＷＭは、アライメントカメラ６による観察方向と直交する方向（ｙ方向）において、１つのマスクマークＭＭを挟むように、２つ配置されている。各ウエハマークＷＭは、マスクマークＭＭと同様のパターン形状を有する。なお、アライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２により観察されるウエハマークは、図５（ａ）に図示したウエハマークＷＭを９０度回転させた構成である。
Two wafer marks WM are arranged so as to sandwich one mask mark MM in a direction (y direction) orthogonal to an observation direction by the
次に、アライメントカメラ６によるマーク位置の検出原理について説明する。
Next, the principle of mark position detection by the
図５（ｂ）に示すように、アライメントカメラ６の光軸ＯＡは、マスクマークＭＭの主面の法線（ｚ軸）から角度αだけ傾いている。光軸ＯＡに沿ってマスクマークＭＭおよびウエハマークＷＭに入射した照明光は、矩形状の各パターンＰのエッジで散乱される。エッジ以外の領域に照射された光は、正反射して、アライメントカメラ６には入射しない。従って、アライメントカメラ６では、各パターンＰのエッジからの散乱光のみが検出される。
As shown in FIG. 5B, the optical axis OA of the
ここで、光軸ＯＡに対して垂直な平面が焦点面Ｆｓとなる。焦点面Ｆｓとは、光学系の焦点を含む面、すなわちピントの合っている面である。マスクマークＭＭおよびウエハマークＷＭの各パターンＰのエッジのうち、焦点面Ｆｓ上にあるエッジからの散乱光は合焦するが、焦点面Ｆｓから遠ざかるに従ってピントがぼける。従って、マスクマークＭＭおよびウエハマークＷＭの各パターンＰのエッジのうち、焦点面Ｆｓに最も近い位置にあるエッジからの散乱光による像が最も鮮明になり、焦点面Ｆｓから離れたエッジからの散乱光による像はぼける。 Here, a plane perpendicular to the optical axis OA is the focal plane Fs. The focal plane Fs is a plane including the focal point of the optical system, that is, a focused surface. Of the edges of each pattern P of the mask mark MM and the wafer mark WM, the scattered light from the edge on the focal plane Fs is focused, but the focus is defocused as the distance from the focal plane Fs increases. Therefore, among the edges of the patterns P of the mask mark MM and the wafer mark WM, the image by the scattered light from the edge closest to the focal plane Fs becomes the clearest, and the scattering from the edge away from the focal plane Fs. The light image is blurred.
図５（ｂ）に示すように、焦点面Ｆｓは、光軸ＯＡと直交する方向に伸びている。従って、光軸ＯＡに直交する方向に配列したパターンＰの像は鮮明に観測されるが、光軸ＯＡに沿った方向に配列したパターンＰの像は、焦点面Ｆｓ上にあるパターンＰを除いてぼけてしまう。これが従来、１つのアライメントカメラ６では、光軸に直交する方向のマーク位置検出にのみ使用されていた理由である。
As shown in FIG. 5B, the focal plane Fs extends in a direction orthogonal to the optical axis OA. Therefore, the image of the pattern P arranged in the direction orthogonal to the optical axis OA is clearly observed, but the image of the pattern P arranged in the direction along the optical axis OA excludes the pattern P on the focal plane Fs. I'm out of focus. This is the reason why the
図６（ａ）は、従来のマスクマークＭＭ’とウエハマークＷＭ’のパターン形状を示す図である。上記のマスクマークＭＭ’とウエハマークＷＭ’をｙ方向から観察した場合において、ｘ方向に沿ったパターンＰからの検出信号を図６（ｂ）に示し、ｙ方向に沿ったパターンＰからの検出信号を図６（ｃ）に示す。 FIG. 6A is a diagram showing the pattern shapes of the conventional mask mark MM ′ and wafer mark WM ′. When the above-described mask mark MM ′ and wafer mark WM ′ are observed from the y direction, a detection signal from the pattern P along the x direction is shown in FIG. 6B, and the detection from the pattern P along the y direction is shown. The signal is shown in FIG.
従来のマスクマークＭＭ’とウエハマークＷＭ’は、それぞれ２次元に周期的にパターンＰが配置されて構成されている。観察方向とは直交する方向に沿ったパターンＰの列は、上記した理由により、図６（ｂ）に示すように鮮明に観察される。このため、各マークの両端位置の中点をマーク中心位置として検出できる。しかしながら、観察方向に沿った方向のパターンＰの列は、図６（ｃ）に示すように、焦点面Ｆｓ上にあるパターンＰを除いて信号が弱くなる。このため、マスクマークＭＭ’とウエハマークＷＭ’の両端Ｅにおける信号が弱くなるため、マークの中心位置が検出できなかった。 The conventional mask mark MM 'and wafer mark WM' are each configured by periodically arranging patterns P in two dimensions. The row of the pattern P along the direction orthogonal to the observation direction is clearly observed as shown in FIG. 6B for the reason described above. For this reason, the midpoint of both end positions of each mark can be detected as the mark center position. However, as shown in FIG. 6C, the signal of the column of patterns P in the direction along the observation direction is weak except for the pattern P on the focal plane Fs. For this reason, the signal at both ends E of the mask mark MM 'and the wafer mark WM' becomes weak, so that the center position of the mark cannot be detected.
図７（ａ）は、本実施形態に係るマスクマークＭＭとウエハマークＷＭのパターン形状を示す図である。上記のマスクマークＭＭとウエハマークＷＭをｙ方向から観察した場合において、ｘ方向に沿ったパターンＰからの検出信号を図７（ｂ）に示し、ｙ方向に沿ったパターンＰからの検出信号を図７（ｃ）に示す。 FIG. 7A is a diagram showing pattern shapes of the mask mark MM and the wafer mark WM according to the present embodiment. When the mask mark MM and the wafer mark WM are observed from the y direction, a detection signal from the pattern P along the x direction is shown in FIG. 7B, and a detection signal from the pattern P along the y direction is shown. As shown in FIG.
本実施形態では、マスクマークＭＭとウエハマークＷＭは、アライメント光学系の観察方向におけるマーク中心位置の中心パターンＰａと、当該中心パターンＰａに隣接するパターンＰｂとの間隔が、他の位置におけるパターン配列間隔に比べて大きく設定されている。従って、マスクマークＭＭとウエハマークＷＭの両端位置が検出できなくても、中心パターンＰａの信号を検出することにより、マスクマークＭＭとウエハマークＷＭの中心位置を検出することができる。 In this embodiment, the mask mark MM and the wafer mark WM are arranged such that the distance between the center pattern Pa at the center position of the mark in the observation direction of the alignment optical system and the pattern Pb adjacent to the center pattern Pa is a pattern arrangement at another position. It is set larger than the interval. Therefore, even if the positions of both ends of the mask mark MM and the wafer mark WM cannot be detected, the center position of the mask mark MM and the wafer mark WM can be detected by detecting the signal of the center pattern Pa.
図８（ａ）は、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２によりｘ方向（図中、矢印で示す）から斜めに観察されたウエハマークＷＭとマスクマークＭＭを示す図であり、図８（ｂ）は側面図である。 FIG. 8A is a diagram showing the wafer mark WM and the mask mark MM observed obliquely from the x direction (indicated by arrows in the figure) by the alignment cameras 6y1 and 6y2, and FIG. 8B is a side view. It is.
観察方向と直交する方向では、マスクマークＭＭとウエハマークＷＭの中心位置が検出できる。このため、マスクマークＭＭと両側のウエハマークＷＭの中心位置の距離ｙ１，ｙ２を求めることにより、ウエハＷとマスクＭのずれ量は（ｙ１−ｙ２）／２となる。 In the direction orthogonal to the observation direction, the center positions of the mask mark MM and the wafer mark WM can be detected. Therefore, by obtaining the distances y1 and y2 between the center positions of the mask mark MM and the wafer marks WM on both sides, the amount of deviation between the wafer W and the mask M is (y1-y2) / 2.
観察方向に沿った方向では、マスクＭの主面の法線方向（ｚ軸方向）から傾いて観察しているため、仮に法線方向から見た場合にはマーク中心位置が一致する場合でも、観察方向に沿ってずれて観察される（より詳細には、マスクＭのマスクマークＭＭの方が、ウエハマークＷＭより上側にずれて観察される）。したがって、マスクＭとウエハＷの間隔Ｇに起因する基準シフト量Ｇｘが存在する。従って、観察画像により検出されるずれ量をＳｘとすると、Ｓｘ＝Ｇｘ＋Δｘとなる。従って、アライメントでは、Δｘ＝０とするようなステージ制御を行えばよい。 In the direction along the observation direction, since the observation is performed with an inclination from the normal direction (z-axis direction) of the main surface of the mask M, even if the mark center positions coincide when viewed from the normal direction, Observation is performed while being shifted along the observation direction (more specifically, the mask mark MM of the mask M is observed while being shifted upward from the wafer mark WM). Therefore, there is a reference shift amount Gx caused by the gap G between the mask M and the wafer W. Therefore, if the displacement amount detected from the observation image is Sx, Sx = Gx + Δx. Accordingly, in the alignment, stage control may be performed such that Δx = 0.
次に、ウエハＷの中央領域でのアライメント方法と、ウエハＷの外周領域でのアライメント方法について説明する。図９（ａ）は、ウエハＷの中央領域でのアライメント方法を説明するための図であり、図９（ｂ）は、ウエハＷの外周領域でのアライメント方向を説明するための図である。 Next, an alignment method in the central region of the wafer W and an alignment method in the outer peripheral region of the wafer W will be described. FIG. 9A is a diagram for explaining the alignment method in the central region of the wafer W, and FIG. 9B is a diagram for explaining the alignment direction in the outer peripheral region of the wafer W.
ウエハＷの中央領域とは、マスクＭの各相補露光領域に対応するチップが存在する領域と定義する。ウエハＷの外周領域とは、マスクＭの各相補露光領域に対応するチップが１つでも欠ける領域と定義する。図９（ａ）において、ドットを付したチップＣｈが、外周領域におけるチップである。本例では、マスクＭには４つの相補露光領域が存在するため、一回の露光で４つのチップが同時に露光される。 The central region of the wafer W is defined as a region where a chip corresponding to each complementary exposure region of the mask M exists. The outer peripheral area of the wafer W is defined as an area where even one chip corresponding to each complementary exposure area of the mask M is missing. In FIG. 9A, a chip Ch with dots is a chip in the outer peripheral region. In this example, since the mask M has four complementary exposure regions, four chips are simultaneously exposed by one exposure.
図９（ａ）に示すように、ウエハＷの中央領域では、マスクＭの４つの相補露光領域に対応するチップＣｈが存在する。このため、２つのアライメントカメラ６ｘ１、６ｘ２によりウエハＷとマスクＭのｘ方向のずれ量を算出し、２つのアライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２によりウエハＷとマスクＭのｙ方向のずれ量を算出する。また、マスクＭの４つのマスクマークを観察できることから、ウエハＷのチップＣｈに対する倍率誤差と回転誤差も検出できる。回転誤差は、対角方向にあるマークのずれ量に基づいて算出する。 As shown in FIG. 9A, in the central region of the wafer W, there are chips Ch corresponding to the four complementary exposure regions of the mask M. For this reason, the deviation amounts of the wafer W and the mask M in the x direction are calculated by the two alignment cameras 6x1 and 6x2, and the deviation amounts of the wafer W and the mask M in the y direction are calculated by the two alignment cameras 6y1 and 6y2. Further, since the four mask marks of the mask M can be observed, the magnification error and the rotation error of the wafer W with respect to the chip Ch can also be detected. The rotation error is calculated based on the shift amount of the mark in the diagonal direction.
図９（ｂ）は、ウエハＷの外周領域において、１つのアライメントカメラ６ｙ２のみでしかマークを検出できない場合の例である。この場合には、上記したように、アライメントカメラ６ｙ２により、一組のマスクマークとウエハマークを観察することにより、ｘ方向とｙ方向の双方におけるマスクＭとウエハＷのずれ量を求める。ここで、マスクＭの４隅のうちの１つのマークしか観察できないため、倍率誤差と回転誤差は求めることができない。従って、この場合には、当該露光位置に最も近いウエハＷの中央領域の露光において検出された値を用いる。例えば、図９（ｂ）において、ドットで付された４つのチップＣｈに対して露光する場合に得られた倍率誤差と回転誤差を用いる。 FIG. 9B shows an example in which a mark can be detected by only one alignment camera 6y2 in the outer peripheral region of the wafer W. In this case, as described above, the alignment camera 6y2 observes a set of mask marks and wafer marks, thereby obtaining a shift amount between the mask M and the wafer W in both the x direction and the y direction. Here, since only one mark of the four corners of the mask M can be observed, the magnification error and the rotation error cannot be obtained. Therefore, in this case, the value detected in the exposure of the central area of the wafer W closest to the exposure position is used. For example, in FIG. 9B, a magnification error and a rotation error obtained when exposure is performed on four chips Ch attached with dots.
なお、マスクＭのマスクマークＭＭに対応するウエハＷのウエハマークＷＭが、２つあるは３つ存在する場合には、１つのアライメントカメラ６から１つの軸方向のずれ量を求めるか、２つの軸方向のずれ量を求めるかは種々のバリエーションがあるため、特に限定はない。
When there are two or three wafer marks WM of the wafer W corresponding to the mask mark MM of the mask M, the amount of deviation in one axial direction is obtained from one
次に、ウエハＷへの露光方法の手順について、図１０を参照して説明する。 Next, the procedure of the method for exposing the wafer W will be described with reference to FIG.
まず、各々のアライメントカメラ６において、検出方法の違いによる誤差を校正する。例えば、アライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２において、一組のマークからｙ方向の相対位置を検出した場合の値を、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２においてｙ方向の相対位置を検出した場合の値に合わせるような校正を行う。なお、逆に、アライメントカメラ６ｙ１，６ｙ２において、一組のマークからｘ方向の相対位置を検出した場合の値を、アライメントカメラ６ｘ１，６ｘ２においてｘ方向の相対位置を検出した場合の値に合わせるような校正を行う。
First, each
次に、図１０（ａ）に示すように、例えば、通常のダイバイダイアライメントによる露光を繰り返し行う。すなわち、１つのアライメントカメラ６からは、１つの軸方向における位置のみを検出する。これにより、４つのアライメントカメラ６からの検出結果を用いて、ウエハＷとマスクＭのｘ方向およびｙ方向における位置誤差の他、倍率誤差、および回転誤差が求められ、これらの誤差を解消するように露光を行う。なお、回転誤差はステージ１０を回転させることで解消し、倍率誤差は、副偏向器５ａ，５ｂにより電子線ＥＢを偏向させることにより解消する。
Next, as shown in FIG. 10A, for example, exposure by normal die-by-die alignment is repeatedly performed. That is, only one position in one axial direction is detected from one
図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すような、外周領域の露光においては、４つのアライメントカメラ６を用いたダイバイダイアライメントが不可能となるため、１〜３つのアライメントカメラ６を用いて、それぞれｘ方向およびｙ方向の位置検出を行う。
In the exposure of the outer peripheral region as shown in FIGS. 10B and 10C, die-by-die alignment using the four
上記の露光において、間隔検出手段７によりウエハＷとマスクＭの間隔をモニタして、常にウエハＷとマスクＭの間隔が一定となるように、制御部８によりステージ１０のｚ方向制御がなされる。
In the above exposure, the interval detection means 7 monitors the interval between the wafer W and the mask M, and the control unit 8 controls the z direction of the
従って、アライメントカメラ６による観測方向のマーク位置検出では、制御部８にウエハＷとマスクＭの間隔に起因する１つの基準シフト量Ｇｘを記憶させておけばよい。制御部８は、この基準シフト量Ｇｘとアライメントカメラ６からの観察画像によるマークずれ量に基づいて、実際のずれ量を算出する。また、上記したように、回転誤差および倍率誤差については、中央部での検出結果を用いる。
Therefore, in the detection of the mark position in the observation direction by the
制御部８によりステージ１０を制御することにより、これらの誤差を解消した後に、電子線ＥＢがマスクＭに照射されて、ウエハＷの露光が施される。その後、次のチップＣｈへとマスクＭを移動させる。
After the control unit 8 controls the
ウエハＷの全てのチップに、マスクＭの全ての相補露光領域を露光するまで、ステージ１０の移動動作、アライメント、露光を繰り返し行う。以上により、１つのウエハＷに対する露光が終了する。
The movement operation, alignment, and exposure of the
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置および露光方法によれば、ウエハＷの中央部においては、各アライメントカメラ６によりｘ方向あるいはｙ方向の位置を検出し、４つのアライメントカメラ６の結果を組み合わせることにより、ｘ方向およびｙ方向の位置誤差、倍率誤差、回転誤差を検出することができ、ウエハＷとマスクＭの正確なアライメントを実現できる。また、ウエハＷの外周部においては、１つのアライメントカメラ６によりｘ方向およびｙ方向の位置を検出し、倍率誤差および回転誤差については、近接する中央領域でのアライメント計測結果を参照することにより、ウエハＷとマスクＭの正確なアライメントを実現できる。
As described above, according to the exposure apparatus and the exposure method according to the present embodiment, each
この結果、ウエハＷの全てのチップＣｈに対して、マスクＭの各相補露光領域１１〜１４に形成された相補マスクパターンを正確に露光することができることから、ウエハＷの外周部におけるチップＣｈの歩留まりや、信頼性を向上させることができる。
As a result, it is possible to accurately expose the complementary mask patterns formed in the respective
また、露光中、アライメントカメラ６を移動させることなく、アライメントカメラ６を固定した状態で、ウエハのアライメントを行うことができることから、露光のスループットを低下させずに、露光精度を向上させることができる。
Further, since the wafer can be aligned with the
本実施形態に係るマスクによれば、ｘ方向およびｙ方向に繰り返し配列されたパターンＰを含み、アライメントカメラ６の観測方向に、マーク中心位置を検出し得るようにパターンＰの間隔が不規則に規定されたマスクマークＭＭが各相補露光領域１１〜１４に形成されていることから、１つのアライメントカメラにより観測方向およびこれに直交する方向のマーク検出が可能となる。従って、上記の露光装置および露光方法に使用されることにより、ウエハＷへの正確なパターン転写に寄与することができる。
The mask according to the present embodiment includes the pattern P repeatedly arranged in the x direction and the y direction, and the intervals between the patterns P are irregular so that the mark center position can be detected in the observation direction of the
本実施形態では、ウエハＷの各チップ（半導体装置）には、上記のマスクマークＭＭを挟むような配置で一対のウエハマークＷＭが形成されており、各ウエハマークＷＭが、マスクマークＭＭと同様のパターン形状を有している。すなわち、１つのウエハマークＷＭは、ｘ方向およびｙ方向に繰り返し配列されたパターンＰを含み、アライメントカメラ６の観測方向に、マーク中心位置を検出し得るようにパターンＰの間隔が不規則に規定されていることから、１つのアライメントカメラにより観測方向およびこれに直交する方向のマーク検出が可能となる。このため、上記の露光装置および露光方法に使用されることにより、正確なパターンが転写されることから、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
In the present embodiment, a pair of wafer marks WM is formed on each chip (semiconductor device) of the wafer W so as to sandwich the mask mark MM, and each wafer mark WM is the same as the mask mark MM. The pattern shape is as follows. That is, one wafer mark WM includes a pattern P repeatedly arranged in the x direction and the y direction, and the interval between the patterns P is irregularly defined so that the mark center position can be detected in the observation direction of the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、マスクマークＭＭおよびウエハマークＷＭは、アライメントカメラ６による観測方向にパターンＰが不規則に配置されている例を示したが、観測方向と直交する方向にもパターンＰが不規則に配置されていてもよい。また、マークを構成するパターンＰの配置は種々の変更が可能である。また、本実施形態では、ウエハＷを支持するステージ１０によりアライメントを行う例について説明したが、マスクを支持するステージによりマスクを移動させてもよい。さらに、本実施形態では、一例としてマスクＭの補強部２２の配置について説明したが、補強部２２の配置はこれに限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
For example, in the present embodiment, the mask mark MM and the wafer mark WM are shown as examples in which the pattern P is irregularly arranged in the observation direction by the
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１…電子銃、２…アパーチャ、３…コンデンサレンズ、４ａ，４ｂ…主偏向器、５ａ，５ｂ…副偏向器、６…アライメントカメラ、６ｘ１，６ｘ２…ｘ方向アライメントカメラ、６ｙ１，６ｙ２…ｙ方向アライメントカメラ、７…間隔検出手段、８…制御部、９…ステージ駆動部、１０…ステージ、１１…第１の相補露光領域、１２…第２の相補露光領域、１３…第３の相補露光領域、１４…第４の相補露光領域、２０…基板、２１…パターン形成膜、２２…補強部、２３…貫通孔、Ｍ…マスク、ＭＭ…マスクマーク、Ｗ…ウエハ、ＷＭ…ウエハマーク、Ｃｈ…チップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron gun, 2 ... Aperture, 3 ... Condenser lens, 4a, 4b ... Main deflector, 5a, 5b ... Sub deflector, 6 ... Alignment camera, 6x1, 6x2 ... x direction alignment camera, 6y1, 6y2 ... y direction Alignment camera, 7 ... interval detection means, 8 ... control unit, 9 ... stage drive unit, 10 ... stage, 11 ... first complementary exposure region, 12 ... second complementary exposure region, 13 ... third complementary exposure region , 14: Fourth complementary exposure region, 20: Substrate, 21: Pattern forming film, 22: Reinforcing part, 23: Through hole, M: Mask, MM ... Mask mark, W ... Wafer, WM ... Wafer mark, Ch ... Chip
Claims (9)
前記被処理基板に対向配置され、複数のマスクマークを備えるマスクと、
前記マスクに荷電粒子線を照射する荷電粒子線照射手段と、
前記荷電粒子線照射手段の光軸に対して傾いた方向から前記基板マークおよび前記マスクマークを観察する観察手段と、
前記被処理基板と前記マスクとの間の間隔を検出する間隔検出手段と、
前記観察手段による観察結果と、前記間隔検出手段により検出された前記間隔に基づいて、前記被処理基板と前記マスクの相対位置を算出する制御手段と、
前記制御手段により算出された前記相対位置に基づいて、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に、前記マスクあるいは前記被処理基板を移動させるステージとを有し、
前記基板マークおよび前記マスクマークは、前記第１軸方向および前記第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように、前記パターンの間隔が不規則に規定された
露光装置。 A substrate to be processed having a plurality of substrate marks;
A mask disposed opposite to the substrate to be processed and provided with a plurality of mask marks;
Charged particle beam irradiation means for irradiating the mask with a charged particle beam;
Observation means for observing the substrate mark and the mask mark from a direction inclined with respect to the optical axis of the charged particle beam irradiation means;
An interval detecting means for detecting an interval between the substrate to be processed and the mask;
Control means for calculating a relative position between the substrate to be processed and the mask based on the observation result by the observation means and the interval detected by the interval detection means;
A stage for moving the mask or the substrate to be processed in a first axis direction and a second axis direction intersecting the first axis direction based on the relative position calculated by the control means;
The substrate mark and the mask mark include a pattern repeatedly arranged in the first axis direction and the second axis direction, and the mark center position is detected in either the first axis direction or the second axis direction. An exposure apparatus in which the interval between the patterns is irregularly defined.
請求項１記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 1, wherein the mask includes a plurality of complementary exposure regions for exposing the substrate to be processed in an overlapping manner, and the mask mark is disposed in each complementary exposure region.
前記基板マークおよび前記マスクマークは、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように、前記パターンの間隔が不規則に規定されており、
複数の前記マスクマークに対応する全ての基板マークが存在する被処理基板の中央領域の露光において、各マスクマークと各基板マークとの相対位置に基づいて、前記マスクと前記被処理基板のアライメントを行い、
前記マスクマークに対応する前記基板マークが１つしか存在しない被処理基板の外周領域の露光において、１組の前記基板マークおよび前記マスクマークから第１軸方向および第２軸方向の双方の相対位置を検出して、前記マスクと前記被処理基板のアライメントを行う
露光方法。 An exposure method for repeatedly exposing the substrate to be processed having a plurality of substrate marks in a state where a mask having a plurality of mask marks is arranged opposite to the substrate, and changing the relative positions of the substrate to be processed and the mask,
The substrate mark and the mask mark include a pattern that is repeatedly arranged in a first axis direction and a second axis direction that intersects the first axis direction, and in either the first axis direction or the second axis direction The interval between the patterns is irregularly defined so that the mark center position can be detected.
In the exposure of the central region of the substrate to be processed where all the substrate marks corresponding to the plurality of mask marks exist, the alignment of the mask and the substrate to be processed is performed based on the relative position between each mask mark and each substrate mark. Done
In exposure of the outer peripheral area of the substrate to be processed in which only one substrate mark corresponding to the mask mark exists, the relative position in both the first axis direction and the second axis direction from the set of the substrate mark and the mask mark An exposure method in which the mask and the substrate to be processed are aligned.
請求項３記載の露光方法。 The exposure method according to claim 3, wherein the mask includes a plurality of complementary exposure regions for exposing the substrate to be processed in a superimposed manner, and the mask mark is arranged in each complementary exposure region.
請求項３記載の露光方法。 The value detected in the exposure of the central region of the substrate to be processed closest to the exposure position is used for the rotation error and magnification error of the mask and the substrate to be processed in the exposure of the outer peripheral region of the substrate to be processed. Item 4. The exposure method according to Item 3.
各相補露光領域はアライメント用のマスクマークを備え、
前記マスクマークは、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように前記パターンの間隔が不規則に規定された
マスク。 A mask having a plurality of complementary exposure regions, and transferring a pattern by exposing each complementary exposure region on the substrate to be processed,
Each complementary exposure area has a mask mark for alignment,
The mask mark includes a pattern repeatedly arranged in a first axis direction and a second axis direction intersecting with the first axis direction, and the mark center position in either the first axis direction or the second axis direction A mask in which the interval of the pattern is irregularly defined so as to be detected.
請求項６記載のマスク。 In the mask mark, in either the first axis direction or the second axis direction, the interval between the center pattern at the mark center position and the pattern adjacent to the center pattern is larger than the pattern arrangement interval at other positions. The mask according to claim 6, wherein the mask is set to be large.
前記基板マークは、第１軸方向および当該第１軸方向と交差する第２軸方向に繰り返し配列されたパターンを含み、前記第１軸方向あるいは前記第２軸方向のいずれかにおいて、マーク中心位置を検出し得るように前記パターンの間隔が不規則に規定された
半導体装置。 A semiconductor device in which a substrate mark for alignment is formed,
The substrate mark includes a pattern repeatedly arranged in a first axis direction and a second axis direction intersecting with the first axis direction, and the mark center position in either the first axis direction or the second axis direction A semiconductor device in which the interval of the pattern is irregularly defined so as to be detected.
請求項８記載の半導体装置。
In the substrate mark, in either the first axis direction or the second axis direction, the interval between the center pattern at the mark center position and the pattern adjacent to the center pattern is larger than the pattern arrangement interval at other positions. The semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor device is set to be large.
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