JP2593440B2 - 投影型露光装置 - Google Patents

投影型露光装置

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JP2593440B2 JP28670585A JP28670585A JP2593440B2 JP 2593440 B2 JP2593440 B2 JP 2593440B2 JP 28670585 A JP28670585 A JP 28670585A JP 28670585 A JP28670585 A JP 28670585A JP 2593440 B2 JP2593440 B2 JP 2593440B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明はマスクやレチクル上の原画パターン（回路パ
ターン等）の像を投影光学系を介してウェハ等の感光基
板に露光する投影型露光装置に関する。
（発明の背景） この種の投影型露光装置は高解像力の投影レンズを有
し、露光すべき半導体ウェハ等の感光基板上でサブミク
ロンの線幅でパターンの転写が可能となってきた。一般
に投影レンズのイメージフィールドはウェハ全面に対し
て小さな面積しかないので、この種の装置ではレチクル
（マスクと同様）上のパターンの投影像に対してウェハ
を歩進させては露光することを繰り返す、所謂ステップ
・アンド・リピート方式を採用している。この場合、ウ
ェハ全面に同一の回路パターンのみを繰り返し形成する
なら、そのウェハのある層を露光するためのレチクルは
１枚でよい訳である。ところがウェハ上の一部分に実用
回路パターン以外にテスト回路用のパターンを作り込む
場合は、ある層に対して常に２枚以上のレチクルを用意
しておく必要がある。通常、投影型露光装置で露光でき
るレチクルは一枚であるため、実用回路パターンを露光
するためのレチクルと、テスト回路用のパターンを露光
するためのレチクルとを交換する必要がある。この際、
その２つのレチクルには共通の位置にアライメントマー
クが形成されており、レチクル交換のたびにこのマーク
を使ってレチクルを装置に対して位置決めする作業（レ
チクルアライメント）が不可欠であり、レチクル交換、
レチクルアライメントに要する時間的な損失が必然的に
伴う。
また別の手法として、一枚のレチクル上に異なる回路
パターン（実用回路やテスト回路）を予め複数形成して
おき、必要とする回路パターン以外が照明されないよう
に、レチクルブラインド（照明視野絞り）で開口の寸法
や形状を制限し、照明された回路パターンの投影像がウ
ェハ上の所定位置に露光されるように、ウェハを載置す
るステージを位置決めする方式もある。この場合、レチ
クルブラインドを全開にすれば、複数の回路パターンの
全てが投影レンズを介してウェハに投影されるように定
めておく必要がある。従って投影レンズのイメージフィ
ールド内にしめる個々の回路パターンの像の寸法が大き
くできないといった問題がある。また投影レンズのイメ
ージフィールド内を分割して使うため、分割された領域
の夫々での像のディストーションが露光ショット上微妙
に異なることになり、これは重ね合わせ露光を行なう際
の重ね合わせ精度の向上を阻むことにもなる。
特に近年、チップインテグレーション、あるいはウェ
ハインテグレーションと呼ばれる手法でVLSIを作成する
ことが提案されているが、その場合、露光できる回路パ
ターン像の寸法は、投影レンズのイメージフィールドの
みで制限される程度に大きく取れることが望まれ、かつ
回路パターンの交換も短時間に行なわれることが望まれ
ている。さらに投影レンズのイメージフィールド等の制
限で決まる最大露光ショット面積よりも大きな回路パタ
ーンを作る場合は、画面合成という手法が使われるが、
この際にも高速な回路パターン（原画パターン）の交換
が望まれる。
しかしながら、現在のところ実用に耐え得るだけの高
速性と高精度とを兼ね備えた装置はなく、チップインテ
グレーション、ウェハインテグレーション又は画面合成
を前提にした使い方のできる投影露光装置の実用化が強
く望まれてきた。
（発明の目的） 本発明はチップインテグレーション、ウェハインテグ
レーション等によるVLSIを作成する場合等に好適な高速
原画パターン交換と高精度な位置合わせ（重ね合わせ）
を同時に達成し得る投影型露光装置を得ることを目的と
する。
（発明の概要） 本発明はウェハ等の感光基板を載置して、その基板を
投影光学系の光軸と略垂直な像平面に沿って２次元移動
させる第１ステージ（13:13a、13b）と、該第１ステー
ジの２次元的な位置を計測することによって感光基板の
光軸に対する座標位置を検出する第１位置検出手段（干
渉計16）と、互いに異なる複数の原画パターン（PT1、P
T2…）の夫々が互いに重ならず、各原画パターンの所定
の露光中心点（O1、O2…）が予め定められた間隔で位置
するようにマスク（レチクル）を保持するとともに、複
数の原画パターンのそれぞれを、前記投影光学系の投影
領域内に位置決めするように少なくとも１次元方向に移
動させる第２ステージ（７）と、第１位置検出手段によ
り定められた座標系（xy座標系）と同一方向の座標軸を
有する座標系に従って第２ステージの２次元的な位置を
検出する第２位置検出手段（干渉計11）とを設けること
を技術的要点としている。
（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例による投影型露光装置
の主要部分の構成を示す斜視図であり、第２図は第１図
の主要部分の構成を含む全体的な配置を示す構成図であ
る。第２図において、不図示の照明光源からの光は結像
レンズ群１、照明視野絞りとしてのレチクルブラインド
２、結像レンズ群３を介してダイクロイックミラー４で
反射され、コンデンサーレンズ５を介してレチクルＲを
均一な照度分布で照射する。レチクルブラインド２は４
枚の独立に可動なブレードを有し、そのブレードの夫々
は同図中矢印Ａで示すように、ブラインド駆動部６によ
って動かされる。このレチクルブラインド２によって規
定される矩形の開口部は、レチクルＲのパターンPTが形
成された面と光学的に共役になるように配置されてい
る。このためレチクルブラインド２による開口部の像が
照明光によってレチクルＲ上に投影されることになる。
さて、レチクルＲは本発明の第２ステージとしてのレ
チクルステージ７に載置される。レチクルステージ７は
装置の固定部と一体のコラム８上を、駆動部（モータ
等）９によって２次元的に移動する。レチクルステージ
７にはレチクルＲ上のパターンPTが遮光されないだけの
開口部7aが形成されており、コラム８の上部にはこの装
置で露光し得る最大寸法のパターン像が遮光されないだ
けの開口部8aが形成されている。そしてコラム８の上端
部分にレチクルステージ７のガイド面が形成されてい
る。レチクルステージ７の端部には、本発明の第２位置
検出手段としてのレーザ干渉測長器（以下干渉計と呼
ぶ）11からの平行なレーザビームを反射するための移動
鏡10が固定されている。この干渉計11はレチクルステー
ジ７の２次元的な位置（座標値）を計測するものであ
り、そのレーザビームは好ましくはレチクルＲのパター
ンPTの面（パターン面）と同一な平面内に位置するよう
に定められる。そしてこの干渉計11はコラム８に固定さ
れる。ところでレチクルＲのパターンPTの像は投影レン
ズ12を介してウェハＷ上に結像される。投影レンズ12は
その光軸AXがレチクルＲのパターン面、及びウェハＷの
表面と垂直となるように、かつ照明光学系（１、３、５
等）の光軸と一致するようにコラム８に対して不動に配
置されている。ウェハＷは本発明の第１ステージとして
のウェハステージ13上に載置され、このステージ13はコ
ラム８と一体となっているベース14上を、駆動部15によ
って２次元的に移動する。ウェハステージ13上にも本発
明における第１位置検出手段としてのレーザ干渉測長器
（以下干渉計と呼ぶ）16からの平行なレーザビームを反
射するための移動鏡17が固定されている。干渉計16はウ
ェハステージ13の２次元的な位置（座標値）を計測する
ものであり、そのレーザビームは好ましくはウェハＷの
表面より厳密に言えばレチクルＲのパターンPTの像の投
影レンズ12による結像平面と同一な平面内に位置するよ
うに定められている。
さて主制御部18はブラインド駆動部６へのブラインド
開口の寸法を制御するための指令を出力したり、干渉計
11、16からの位置情報を入力して、レチクルＲやウェハ
Ｗの位置を知り、駆動部９、15に所定の駆動指令を出力
したりする。この主制御部18は、ウェハステージ13に対
してはステップ・アンド・リピート方式による露光が行
なわれるように、直交座標系xyのｘ方向とｙ方向との夫
々にステッピング動作等をさせ、レチクルステージ７に
対してはパターンPTの交換のための移動動作、あるいは
レチクルＲのアライメント時の微動動作等をさせるもの
である。この主制御部18による装置の動作シーケンス等
は後で詳細に説明する。尚、上記説明では省略したが、
レチクルステージ７にはレチクルＲをステージ７に対し
て微小量回転させるためのθテーブルが組み込まれてお
り、アライメント時に干渉計11による計測座標系内にお
いてレチクルＲが回転してステージ７に保持されること
を修正する。同様にウェハステージ13にはウェハＷをス
テージ13に対して微小量回転させるためのθテーブルが
組み込まれており、アライメント時に干渉計16の計測座
標系内においてウェハＷが回転してステージ13に保持さ
れることを修正する。
また、第２図において、レチクルＲを装置に対してア
ライメントするために、レチクルＲとコンデンサーレン
ズ５との間にはミラー20a、20bを含むアライメントセン
サー21a、21bが配置されている。ミラー20a、20bはレチ
クルＲの周辺に設けられたアライメントマークを観察可
能に斜設されるものであり、アライメントマークの位置
に応じて矢印Ｂに示すように可動してもよいし、所定の
位置に固定しておいてもよい。このアライメントセンサ
ー21a、21bは自己照明光学系を備えているものが好まし
い。さらにアライメントセンサー21a、21bはミラー20
a、20bが光軸AXに向って繰り出されたとき、パターンPT
の周辺部に形成されたステップアライメントマークと、
ウェハＷ上の露光すべきん領域に設けられたマークの投
影レンズ12による逆投影像とを同時に検出可能な構成に
しておくと、さらに好都合である。
ところで第１図に示すように、本実施例においてはレ
チクルＲに互いに異なる２つのパターンPT1、PT2が形成
されている。矩形状のパターンPT1、PT2の露光中心点は
夫々O1、O2であり、パターンPT1の周囲には所定の幅で
クロム等の遮光帯SB1が形成され、パターンPT2の周囲に
も所定の幅で遮光帯SB2が形成されている。このレチク
ルＲ上で中心点O1とO2のｘ方向及びｙ方向の間隔はレチ
クルの設計時から予めわかっている。第１図において干
渉計11からの２つのレーザビームL2x、L2yは夫々直交座
標系xyのｘ軸とｙ軸とに平行に配置され、移動鏡10a、1
0bに入射する。移動鏡10aはレチクルＲのｙ方向に伸び
た一辺とほぼ同等の長さでｙ方向に伸びた反射面を有
し、移動鏡10bはレチクルＲのｘ方向に伸びた一辺とほ
ぼ同等の長さでｘ方向に伸びた反射面を有し、レチクル
ステージ７の移動ストローク内でレーザビームL2x、L2y
が夫々移動鏡10a、10bからはずれないように定められて
いる。そしてレーザビームL2yとL2xとを含む平面は光軸
AXと垂直に定められ、レーザビームL2yとL2xとの延長線
は光軸AXで交わるように定められる。またレチクルＲの
４辺の夫々にはレチクルアライメント用のマークRM1、R
M2、RM3、RM4が形成されている。マークRM1とRM3はレチ
クルＲの中心を通るｙ軸の平行な線上に配置され、マー
クRM2とRM4はレチクルＲの中心を通るｘ軸と平行な線上
に配置される。
一方、ウェハステージ13はベース14上をｘ方向に移動
するｘステージ13bと、このｘステージ13b上をｙ方向に
移動するｙステージ13aとで構成される。そして干渉計1
6からの２つのレーザビームL1x、L1yは夫々直交座標系x
yのｘ軸とｙ軸とに平行に配置され、移動鏡17a、17bに
入射する。レーザビームL1xとL1yとを含む平面は光軸AX
と垂直に定められ、レーザビームL1x、L1yとの延長線は
光軸AXで交わるように定められている。
さて第３図は上記レチクルＲの平面図であり、レチク
ルＲの外形に対してわずかに内側に定めた矩形がレチク
ルステージ７の開口部7aである。また想像線で示す矩形
領域AR1は、レチクルステージ７の移動ストロークによ
って制限される有効投影領域である。この領域AR1の内
にパターン又はマークがあれば、それはかならず投影レ
ンズ12によって投影される。そして領域AR1よりも内側
の想像線で示す矩形領域AR2は、レチクルステージ７の
移動ストロークによって制限される露光中心点の存在す
べき領域である。すなわち領域AR2内に露光中心点が存
在すれば、それは必らず投影レンズ12の光軸AXと一致す
るように位置決め可能である。第３図からも明らかなよ
うにパターンPT1とPT2は互いに重なり合うことなく、領
域AR1内に存在し、かつ露光中心点O1、O2も共に領域AR2
内に存在するように定められる。また本実施例でレチク
ルアライメント用のマークRM1、RM2、RM3、RM4はともに
領域AR1内に形成するものとし、さらに各パターンPT1、
PT2の夫々にはステップ・アライメント用のマークが付
随して設けられている。パターンPT1については中心O1
に関して放射状にマークS1、S2、S3、S4が設けられ、パ
ターンPT2については中心O2に関して放射状にマーク
S5、S6、S7、S8が設けられる。本実施例においてマーク
S1〜S4、S5〜S8は必らずしも必要ではないが、レチクル
ＲとウェハＷとのTTL（スルー・ザ・レンズ）方式によ
るアライメントの確認等を行なう際には必要となる。
尚、第１図、第２図には示していないが、ウェハＷ上
に形成されたアライメントマーク（ウェハマーク）を検
出して、ウェハのグローバルアライメントを行なった
り、ウェハ上の露光ショット毎のアライメントを行なっ
たりするためのウェハアライメントセンサーも設けられ
ている。また第３図に示した遮光帯SB1、SB2の幅はレチ
クルブラインド２の４枚のブレードの位置決め精度に応
じて定められている。例えばブラインド２による開口部
がレチクルＲ上でＫ倍に拡大されて投影されるものと
し、ブレードの設定精度が再現性を含めて±ａ（mm）で
あるとすると、遮光帯SB1、SB2の幅は少なくとも２・ａ
・Ｋ（mm）だけ必要となる。またそれ以外に、遮光帯SB
1、SB2の幅はレチクルブラインド２の投影像のレチクル
Ｒのパターン面上でのデフォーカス量も考慮して定めら
れる。例えばレチクルＲの厚さが微妙に異なる場合、あ
るレチクルに対してはパターン面にブラインド２のエッ
ジ像がシャープに結像しても、それよりわずかに厚さの
異なるレチクルの場合、エッジ像は多少ボケることがあ
る。従ってこのボケたエッジ像がパターンPT内に入り込
まないように、ブレードの設定精度を含めて、遮光帯SB
1、SB2の幅が決定される。
次に本装置の代表的な動作シーケンスを第４図のフロ
ーチャートを用いて説明するが、ここでは画面合成によ
るチップインテグレーションVLSIをウェハＷ上に露光す
る場合を一例として取りあげる。チップインテグレーシ
ョンとは第５図に示すように、ダイシングによって切り
出される１つのチップCP内に、固有の機能を持つ回路を
複数個同時に作成するものである。１つのチップCP内で
例えば機能Fu−Ａはプロセッサー部、機能Fu−Ｂはラン
ダム・アクセス・メモリ（RAM）部、機能Fu−Ｃはリー
ド・オンリー・メモリ（ROM）部、機能Fu−Ｄはアナロ
グ−デジタル（A/D）又はデジタル−アナログ（D/A）の
交換部、そして機能Fu−Ｅは各機能間の情報のやり取
り、入出力の情報のやり取り、おるいはチップ内の素子
の動作タイミグ等を制御する部分である。もちろん各機
能間は必要に応じて内部で相互に配線されるように構成
されている。第５図において、ウェハＷ上には一例とし
て９個のチップCP1〜CP9が規則的に配列されている。
本実施例においては、第５図に示すように９チップを
露光するものとし、各チップ内には５つの個別の回路が
形成されるものとする。従って第１図、第３図に示した
レチクルＲ内には５つのパターンPT1、PT2、…PT5が形
成されているものとする。ここでレチクルＲ上のパター
ンPT1、PT2…PT5の各々パターン番号ｎ（Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ）で表わし、ウェハＷ上のチップ番号はｍで表わ
す。以下、本動作シーケンスをフローチャートのステッ
プ順に説明する。
〔ステップ100〕 まずレチクルＲをレチクルステージ７上の所定位置に
アライメントして載置する。このレチクルアライメント
は第２図に示したアライメントセンサー21a、21b等を用
いてマークRM1、RM2、RM3、RM4を検出することによって
行なわれる。この際同時にレチクルＲの微小な回転誤差
も修正される。アライメントセンサー21a、21bが第２図
に示したコラム８に一体に設けられているものとする
と、アライメントセンサー21a、21bのマークRMに対する
検出中心は光軸AXから一定距離だけ離れた固定位置とみ
なせるから、レチクルアライメント完了時は光軸AXがレ
チクルＲの中心点を通るように位置決めされる。このと
きのレチクルステージ７の座標位置は干渉計11により読
み取られ、レチクルＲの基準位置として主制御部18に記
憶される。尚、このステップにおいて、ウェハステージ
13上に公知の基準マーク（フィデューシャルマーク）が
設けられている場合は、レチクルステージ側の直交座標
系と、ウェハステージ側の直交座標系との対応を取るた
めに、アライメントセンサー21a、21bによって投影レン
ズ12を介して基準マークを検出する動作も必要に応じて
実行される。
〔ステップ101〕 次にウェハＷがウェハステージ13上の所定位置にプリ
アライメントされた状態で装置され、ウェハＷ上の予め
定められた位置に形成されたウェハマークを検出して、
ウェハＷのグローバルアライメントを実行する。この
際、ウェハＷの微小な回転誤差も修正される。このグロ
ーバルアライメントによって、ウェハＷ上の特定点と投
影レンズ12の光軸AXとの位置関係が規定され、干渉計16
の計測値のみに基づいて、ウェハＷ上の露光すべき領域
と投影レンズ12によるパターン投影像とを、干渉計16の
検出分解能で位置合わせすることができる。
〔ステップ102〕 次にパターン番号ｎとしてＡ（例えば機能Fu−Ａを構
成する回路パターン）を設定し、チップ番号ｍとして１
（例えばチップCP1）を設定する。
〔ステップ103〕 パターン番号ｎをＡとするパターンが第１図に示した
パターンPT1だとすると、主制御部18は干渉計11の計測
値を読み取りつつ、駆動部９を制御して露光中心点O1が
光軸AXと一致するようにレチクルステージ７を位置決め
する。この位置決めは、レチクルＲの中心点と光軸AXと
の一致する座標値がすでに正確にわかっていることか
ら、干渉計11の計測値のみに基づいてアライメントセン
サーを一切用いないオープン制御によって高速に実行さ
れる。しかも干渉計11の検出分解能決まる精度で位置決
めできる。この場合投影レンズ12の投影倍率が1/10（縮
小）で、干渉計16の検出分解能が0.01μｍだとすると、
レチクルＲ側の干渉計11の検出分解能は0.1μｍあれば
十分である。このことはレチクルステージ７を高速移動
させる際に極めて有利である。このためステージ７の最
高速度として1000mm/sec程度にすることもできるが、実
際的な制御上の問題から50〜100mm/sec程度である。し
かしながら、これでもパターン交換の所用時間はわずか
数秒以内であり、従来の装置にくらべて格段に高速であ
る。
〔ステップ104〕 次に選ばれたパターンＡ（パターンPT1）の寸法に対
応して、ブラインド２の開口寸法を設定する。これは駆
動部６によって行なわれる。尚このステップ104と先の
ステップ103とは、シーケンス上同時に実行させること
ができる。
〔ステップ105〕 次にウェハＷ上のチップｍ（一番初めはチップCP1）
内のパターンＡを露光すべき位置にウェハステージ13を
ステッピングさせる。これによってパターンＡの投影像
とチップｍ内の露光すべき領域（Fu−Ａ）とは干渉計16
の検出分解能に応じた精度で位置決めされる。
〔ステップ106〕 次に第２図に示した照明光学系（レンズ群１、ブライ
ンド２、レンズ群３、コンデンサレンズ５等）を介して
照明光をレチクルＲのパターンＡ（PT1）に所定時間だ
け照射する。これによってパターンＡの投影像がウェハ
Ｗ表面のフォトレジストに露光される。この際、チップ
番号ｍを１だけ増加させる。
〔ステップ107〕 ここではウェハＷ上の全チップに対してパターンＡの
露光を行なったか否かを判断する。ウェハＷ上には９チ
ップあるのでｍ≦９の場合は再びステップ105に戻り、
同様にステッピングと露光が繰り返される。尚、ステッ
プ105におけるステッピングのピッチはチップの寸法と
同程度である。
〔ステップ108〕 さてステップ107で全チップに対してパターンＡの露
光が終了（ｍ＞９が真）と判断されると、ウェハステー
ジ13の位置をリセットし、ｍ＝１にセットする。
〔ステップ109〕 次にレチクルＲ上のパターンの全てに対して露光が終
了したか否かを判断する。ここで全て終了と判断された
ときは、１枚のウェハに対する露光が完了したものとし
てシーケンスを終了する。
〔ステップ110〕 ステップ109で否と判断されると、パターン番号ｎを
例えばＢ（パターンPT2）に変更する。このとき同時に
ステップ・アンド・リピート方式でウェハステージ13を
ステッピングさせるためのショット位置データを、例え
ばウェハ上の領域Fu−Ａの中心点と領域Fu−Ｂの中心点
との間隔分だけ補正しておく。
そして再びステップ103に戻り、同様の動作を繰り返
し実行する。
次に本実施例の第２の動作シーケンスを第６図のフロ
ーチャートに基づいて説明する。第４図のフローチャー
ト図と基本的に異なる点は、ウェハＷ上の１つのチップ
に対して露光すべきパターンを順次交換して露光した
後、ウェハのステッピングを行なうことだけである。そ
のため第４図の各ステップと同一に作用するステップに
ついては同一の符号をつけてある。第６図においてステ
ップ100のR.A.はレチクルアライメント、ステップ101の
W.G.Aはウェハグローバルアライメント、そしてステッ
プ102のｎ＝Ａ、ｍ＝１はパターン番号とチップ番号の
初期設定を表わし、ここまでは第４図の場合と全く同じ
である。
さて、次にステップ105が実行され、チップCP1内のパ
ターンＡの露光されるべき位置がステッピングにより位
置決めされる。このときのウェハステージ13の位置はチ
ップCP1のショット位置として記憶されている。次にス
テップ103でパターンＡ（PT1）が露光されるようにレチ
クルステージ７を位置決めし、ステップ104でブライン
ド２の開口寸法をパターンＡ（PT1）に合わせて設定
し、引き続きステップ106′で露光を行なう。このステ
ップ106′では第４図のステップ106のようにチップ番号
ｍを１だけインクリメントする必要はない。次にステッ
プ109にて、レチクルＲ上の全てのパターン（A,B,C,D,
E）が露光されたか否かを判断する。ここで次のパター
ンＢについて露光する場合は、ステップ110′に進み、
パターン番号ｎを変更する。このステップ110′では第
４図のステップ110のようにショット位置データの補正
は不要である。そしてステップ120において、パターン
Ａのショット位置とパターンＢのショット位置とのずれ
分、すなわち第５図に示した領域Fu−Ａの中心点とFu−
Ｂの中心点との間隔分だけウェハステージ13をずらして
おく。そして再びステップ103から第の動作を繰り返
し、ステップ19でレチクルＲ上のパターンについて全て
露光されたと判断されると、チップCP1についてFu−Ａ
〜Fu−Ｅの全ての露光が完了することになるので、ステ
ップ121に進む。ステップ121ではチップ番号ｍを１だけ
インクリメントし、かつパターン番号ｎをＡにセットす
るとともに、次のチップCP2のショット位置データを読
み出しておく。そしてステップ107で、ｍ≦９と判断さ
れると、全チップに対する露光が終了したことになり、
ｍ＞９と判断されたときはステップ105から繰り返し同
様の動作が実行される。
第６図のシーケンスにおいて、レチクルステージ７の
制御とウェハステージ13の制御とを別々のプロセッサー
で行なえば、ステップ110′、120とステップ103、104と
は同時に実行することができる。
次に本発明の第２の実施例について、第７図を参照し
て説明する。第７図はレチクルステージ７上にパターン
の異なる４枚のレチクルR1、R2、R3、R4を配列させた場
合を示す。このように複数枚のレチクルを配列させてス
テージ７上に吸着固定しても第１の実施例と同様の効果
が得られる。第７図において、レチクルR1〜R4の夫々に
は１つのパターンPT1、PT2、PT3、PT4が形成されてい
る。そしてパターンPT1〜PT4の夫々の周囲には、遮光帯
を挟んでアライメントマークAMが４ケ所に形成されてい
る。またレチクルステージ７は、レチクルR1〜R4の各パ
ターンPT1〜PT4に対応する部分のみが開口部とされてい
る。このため第１の実施例にくらべてパターンPT1〜PT4
の平面度がよくなるといった利点がある。
さて実際の露光時には、各レチクルR1〜R2のアライメ
ントマークAMと、ウェハ上の露光すべき領域に付随した
ウェハマークとをアライメントセンサー21a、21bにより
同時に観察（所謂ダイ・バイ・ダイアライメント）し、
両マークの合わせ状態が最良になるようにウェハステー
ジ13、又はレチクルステージ７の少なくとも一方を微動
させてアライメントした後露光を行なうことが望まし
い。この場合、レチクルR1〜R4の夫々のレチクルステー
ジ７に対するアライメント精度はそれ程高くなくてもよ
いので、レチクルアライメントが４回必要であるがそれ
程時間をかけなくてもよいという利点がある。すなわ
ち、あるレチクルのパターンの露光中心点が光軸AXと一
致し得るような設計上の位置にレチクルステージ７を位
置決めしたとき、そのレチクルのアライメントマークAM
の夫々がアライメントセンサー21a、21bの検出視野に入
っている程度の精度（例えば±２μｍ）であればよい。
このように所謂ダイ・バイ・ダイアライメントを主に行
なう使い方をする場合、レチクル側の座標測定器は干渉
計11の代りにリニアエンコーダ等を用いてもよい。
また第１の実施例のようにオープン制御でレチクルス
テージ７やウェハステージ13を移動させるような使い方
をする場合は、レチクルをステージ７に吸着した後、レ
チクルR1〜R4の相互の露光中心間隔を計測しておけばよ
い。この場合、ウェハステージ13上に基準マークを設
け、この基準マークの投影レンズ12による逆投影像とレ
チクルR1〜R4の夫々のアライメントマークAMとをアライ
メントセンサー21a、21bで検出しつつ、両マークが一致
するようにアライメントした時点でのレチクルステージ
７の位置とウェハステージ13の位置とを求める。そして
これらの位置からパターンPT1〜PT2の夫々の露光中心点
の相対位置を求めておけばよい。
さらにレチクルR1〜R4の夫々について、θ回転の誤差
を補正するためのθテーブルを設けておくことも有効で
ある。
以上本発明の各実施例を説明したが、その他いくつか
の変形例が考えられる。第８図は第１の実施例のよう
に、１枚のレチクル上に複数のパターンを同時に形成し
ておく場合のレチクルの平面図である。レチクルＲの左
右のマークAMはダイ・バイ・ダイアライメント（又はレ
チクルアライメント）用に使われる。この例においては
隣接するパターン間の遮光帯SBを、両パターンで兼用す
るようにしたものである。遮光帯SBはパターンPT1、P
T2、PT3、PT4のいずれについても所定の幅で形成されて
いる。このためパターンの有効面積が大きくでき、配列
の自由度が高まるといった利点がある。尚、このように
一枚のレチクル上に複数のパターンを形成する場合は、
各パターンの露光中心点（O1、O2、O3、O4）の相互の位
置関係に狂いを生じることがないので、ダイ・バイ・ダ
イアライメント用のマークはレチクル上の１ケ所にして
もよい。しかもレチクルステージ７の移動ストロークが
大きいので、そのマーク位置はレチクルの周辺に限られ
ず、ストロークが許す範囲内であれば、レチクルの中央
部分に設けておいてもよい。
また１枚のレチクル上に複数のパターンを用意してお
く場合でも、レチクルステージ上に複数枚のレチクルを
載置する場合でも共通に実施し得ることではあるが、レ
チクステージそのものをθ回転させるような構成とし、
その回転量を高精度に読み取るセンサーを設けておいて
もよい。
さらに本発明は投影光学系を用いないブロキシミティ
タイプのステップ・アンド・リピート方式のＸ線露光装
置にも同様に実施し得る。この場合、投影レンズの光軸
に相当するのは、点状（実際には有限の面積を有する）
のＸ線源からＸ線用マスク（又はウェハ）におろした垂
線である。そしてレチクルブラインドに相当するマスク
ブラインドはＸ線用マスクとＸ線源との間に設けられ
る。
（発明の効果） 以上本発明によれば、投影光学系の解像力が要求され
る画面サイズに対して不足する場合、すなわち、その画
面サイズを１回の露光でカバーするようなフィールドサ
イズの投影光学系が解像力不足の場合、フィールドサイ
ズは小さいが高解像力の投影光学系を用いて容易に、か
つ高速に大きなサイズのチップを露光できるといった効
果が得られる。特に原画パターンの交換時間は、従来の
ように一枚一枚のマスク（レチクル）を装置外部から交
換する場合にくらべて大幅に短縮され、２〜３秒程度で
終了する。これはマスクを保持するステージの移動スト
ロークに渡って分解能の高い位置検出装置（干渉計、エ
ンコーダ等）を用いて、ステージの位置計測を行なうた
めである。さらに本発明によれば、高解像力小画面の投
影光学系を用いて、大画面の合成チップを高スループッ
トで得ることができ、大容量メモリーや多機能デバイス
の作成に有効である。
また実施例によればレチクル上のマークとウェハ上の
マークとをアライメントセンサーを使って一度に位置合
わせした後は、その位置を基準にして複数のパターンの
交換を、レチクルステージの干渉計を用いたオープン制
御による移動で行なうことができる。このことは本発明
のような装置構成でもダイ・バイ・ダイアライメントが
可能であることを意味する。もちろん本発明による装置
はウェハへのパターンの露光に限られるものではなく、
例えば一括露光装置やＸ線露光装置等に使うマスクを作
成する場合にも有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１の実施例による投影型露光装置の
主要部分を示す斜視図、第２図は第１図の装置の全体的
な構成を模式的に示す構成図、第３図はレチクルの平面
図、第４図は第２図の装置の第１の動作シーケンスを示
すフローチャート図、第５図は画面合成によるチップイ
ンテグレーション方法を説明するウェハの平面図、第６
図は第２図の装置の第２の動作シーケンスを示すフロー
チャート図、第７図は本発明の第２の実施例によるレチ
クル配置の構成を示す斜視図、第８図はレチクルのその
他のパターン配列を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２……レチクルブラインド、７……レチクルステージ、
11……レーザ干渉測長器、12……投影レンズ、13……ウ
ェハステージ、16……レーザ干渉測長器、Ｒ……レチク
ル、Ｗ……ウェハ、AX……光軸、O1、O2、O3、O4……露
光中心点
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−111076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−39364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−59883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−129333（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−132039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−165629（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−21232（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】マスク上に形成された原画パターンの像を
    投影光学系を介して感光基板上の所定位置に露光する装
    置において、 前記感光基板を載置して該基板を前記投影光学系の光軸
    と略垂直な像平面に沿ったXY方向に移動させる第１ステ
    ージと； 該第１ステージの２次元的な位置を計測することによ
    り、前記光軸に対する前記感光基板の座標位置を検出す
    る第１位置検出手段と； 互いに異なる複数の原画パターンの夫々が互いに重なら
    ず、且つ各原画パターンの所定の露光中心点が予め定め
    られた設定間隔で位置するように前記マスクを保持する
    とともに、前記複数の原画パターンのそれぞれを前記投
    影光学系の投影領域内の所定位置に交換可能に位置決め
    するために、前記設定間隔以上の移動ストロークを有す
    るように構成されて前記マスクをXY方向に移動させる第
    ２ステージと； 前記第２ステージ上に設けられ、前記設定間隔以上に渡
    って前記第２ステージの移動方向に延設された反射面を
    有する基準ミラーと； 前記第１位置検出手段により規定される座標系と同一方
    向の座標軸を規定するように設定されるとともに、前記
    複数の原画タパーンの交換のために前記第２ステージが
    Ｘ又はＹ方向に移動している間に前記基準ミラーに光を
    投射してその反射光を受光することによって前記第２ス
    テージの位置を検出する第２位置検出手段とを備えたこ
    とを特徴とする投影型露光装置。
  2. 【請求項２】前記第１位置検出手段と第２位置検出手段
    とはともにコヒーレントな光ビームを用いた光波干渉測
    長器で構成され、第１の光波干渉測長器の検出分解能に
    対して第２の光波干渉測長器の検出分解能を前記投影光
    学系の投影倍率分だけ低下させたことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の装置。
  3. 【請求項３】前記投影型露光装置は前記マスク上での照
    明領域を任意の寸法に可変する照明視野絞りを有し、前
    記マスクには前記複数の原画パターンの夫々について、
    その周囲を遮光部とするための遮光帯が、少なくとも前
    記照明視野絞りの設定精度と絞りのデフォーカス量とを
    見込んだ幅で形成されることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の装置。
  4. 【請求項４】前記複数の原画パターンは単一のマスクに
    形成され、前記複数の原画パターンどうしの間隔は少な
    くとも前記遮光帯の幅だけ離されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項記載の装置。
  5. 【請求項５】前記複数の原画パターンは複数のマスクに
    形成され、前記複数の原画パターンどうしの間隔は少な
    くとも前記遮光帯の幅だけ離されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項記載の装置。
  6. 【請求項６】マスク上に形成された原画パターンの像を
    投影光学系を介して感光基板上の所定位置に露光する装
    置において、 前記感光基板を載置して該基板を前記投影光学系の光軸
    と略垂直な像平面に沿ったXY方向に移動させる第１ステ
    ージと； 該第１ステージの２次元的な位置を計測することによ
    り、前記光軸に対する前記感光基板の座標位置を検出す
    る第１位置検出手段と； 互いに異なる複数の原画パターンの夫々が互いに重なら
    ず、且つ各原画パターンの所定の露光中心点が予め定め
    られた設定間隔で位置するように前記マスクを保持する
    とともに、前記複数の原画パターンのそれぞれを前記投
    影光学系の投影領域内の所定位置に交換可能に位置決め
    するために、前記設定間隔以上の移動ストロークを有す
    るように構成されて前記マスクをXY方向に移動させる第
    ２ステージ； 前記第２ステージ上に設けられ、前記設定間隔以上に渡
    って第２ステージの移動方向に延設された反射面を有す
    る基準ミラーと； 前記第１位置検出手段により規定される座標系と同一方
    向の座標軸を規定するように設定されるとともに、前記
    複数の原画パターンの交換のために前記第２ステージが
    Ｘ又はＹ方向に移動している間に前記基準ミラーに光を
    投射してその反射光を受光することによって前記第２ス
    テージの位置を検出する第２位置検出手段と； 前記原画パターンの大きさに応じて開口の形状を変更す
    る視野絞りを備えるとともに、前記複数の原画パターン
    を交換した際、前記視野絞りの開口の像で交換した前記
    原画パターンを照明する照明手段とを備えたことを特徴
    とする投影型露光装置。
  7. 【請求項７】マスク上に形成された第１の原画パターン
    と第２の原画パターンとの像を投影光学系を介して感光
    基板上の所定位置に露光する装置において、 前記感光基板を載置して該基板を前記投影光学系の光軸
    と略垂直な像平面に沿ったXY方向に移動させる第１ステ
    ージと； 該第１ステージの２次元的な位置を計測することによ
    り、前記光軸に対する前記感光基板の座標位置を検出す
    る第１位置検出手段と； 前記第１原画パターンと第２原画パターンが互いに重な
    らず、且つ各原画パターンの所定の露光中心点が予め定
    められた設定間隔で位置するように前記マスクを保持す
    るとともに、前記複数の原画パターンのそれぞれを前記
    投影光学系の投影領域内の所定位置に交換可能に位置決
    めするために、前記設定間隔以上の移動ストロークを有
    するように構成されて前記マスクをXY方向に移動させる
    第２ステージと； 前記第２ステージ上に設けられ、前記設定間隔以上に渡
    って前記第２ステージの移動方向に延設された反射面を
    有する基準ミラーと； 前記第１位置検出手段により規定される座標系と同一方
    向の座標軸を規定するように設定されるとともに、前記
    複数の原画パターンの交換のために前記第２ステージが
    Ｘ又はＹ方向に移動している間に前記基準ミラーに光を
    投射してその反射光を受光することによって前記第２ス
    テージの位置を検出する第２位置検出手段と； 前記感光基板上に設けられたアライメント用のマークを
    検出することにより、前記感光基板をアライメントする
    第１アライメント手段と； 前記マスク上に設けられたアライメント用のマークを検
    出することにより、前記マスクをアライメントする第２
    アライメント手段と； 前記第２ステージを移動させて前記第１原画パターンを
    露光に使うときは前記第２アライメント手段によって第
    １原画パターンを位置合わせし、前記第２ステージを移
    動させて前記第２原画パターンを露光に使うときは前記
    第２位置検出手段の検出する位置と前記設定間隔とに基
    づいて前記第２原画パターンを位置合わせするシーケン
    ス制御手段とを備えたことを特徴とする投影型露光装
    置。
  8. 【請求項８】前記マスクは複数配置され、該複数のマス
    ク夫々の上に設けられたアライメント用のマークを前記
    第２アライメント手段で検出することによって前記複数
    のマスクの位置関係を求めることを特徴とする特許請求
    の範囲第７項記載の投影型露光装置。
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