JP3274959B2 - 半導体露光装置 - Google Patents
半導体露光装置Info
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Description
れた半導体集積回路の微細パターンを、ウエハ上に露
光、転写して形成する半導体露光装置、特にマスクとウ
エハを微小間隔に接近させて露光を行なう、いわゆるプ
ロキシミティ露光装置に関するものである。
して、X線露光装置がある。たとえば、SR光源を利用
したX線露光装置が、特開平2ー100311号公報に
示されている。
図10に示す。図10において、1はマスク、2はマス
クを保持するマスクチャック、3はマスクメンブレン、
4はマスクチャックベースである。5はウエハ、6はウ
エハを保持するウエハチャックである。7はマスクとウ
エハの位置合せに用いられる微動ステージ、8は各ショ
ット間の移動に用いられる粗動ステージであり、9は粗
動ステージ8の案内が固定されるステージベースであ
る。ウエハ5およびウエハチャック6は微動ステージ7
上に搭載されている。
に、マスクのパターンをウエハ上に複数回繰り返し露光
を行ういわゆるステップアンドリピート方式で露光を行
い、マスクとウエハを10〜50μmの間隔で対向させ
て露光(プロキシミティ露光)を行う。また、X線マス
クにおいては、吸収体パターンが形成される部分は2μ
m程度の厚さの薄膜になっている(以下、メンブレンと
いう)。
ダイバイダイ方式で露光を行う手順は、次の通りであ
る。
る部分がマスクメンブレン3の下にくるよう、粗動ステ
ージ8を駆動する。 (2)微動ステージ7によってウエハ5を、マスク1と
ウエハ5の間隔(以下、ギャップという)がステップ時
のギャップからギャップ計測(以下、AF計測という)
を行うギャップとなる位置へ駆動し、AF計測を行な
う。 (3)微動ステージ7によってマスク1とウエハ5の平
行出しを行なった後、マスク1とウエハ5の面内方向の
位置ずれ計測(以下、AA計測という)を行なうための
ギャップに駆動し、AA計測を行なう。 (4)ウエハ5とマスク1の位置合せを行ない露光す
る。 (5)ウエハ5をステップ時のギャップ位置に退避す
る。 以下、前記(1)〜(5)の手順を繰り返す。
キシミティ露光装置においては、マスクとウエハが微小
間隔(数十μm)に接近しているため、ギャップ設定時
や退避時、ステップ移動時などのステージ移動の時に、
マスクメンブレンが変形していることが想定される。そ
のため以下のような問題点がある。 (1) AF計測の値がマスクメンブレンの変形の分だ
け変化してしまう。 (2) マスクメンブレンが変形することによりメンブ
レン上の位置合せマークが面内方向に位置ずれを起こ
し、位置合せ精度が低下する。
光ギャップ設定後、十分に時間をおいてからAF、AA
計測する方法、あるいはメンブレンが変形しないように
ゆっくりとステージを駆動する方法等が考えられるが、
これらの方法ではスループットの低下が起きてしまう。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
半導体露光装置において、ステージ移動時のマスクメン
ブレンの変形によるマスクとウエハの位置合せ誤差を排
除し、もって、スループットを低下させることなくマス
クとウエハの位置合せ精度および転写精度を高めて生産
性を向上させることにある。
本発明では、マスクパターンをマスクメンブレン(3)
上に有するマスクとウエハ(5)との面内方向の位置関
係を計測する位置計測手段(11)を備え、この位置関
係に基づいてマスクとウエハとを位置合せしてマスクパ
ターンをウエハ上に露光する半導体露光装置において、
前記計測時におけるマスクメンブレンの該マスクメンブ
レンに垂直な方向の変形量を考慮してマスクとウエハ間
の面内方向の位置合せを行うことを特徴とする。
置の動作により垂直方向に変形すると、マスクとウエハ
間の位置関係の計測値に誤差が生じるが、この垂直方向
の変形量(ΔG1,ΔG2)を考慮して、誤差が除かれ
るように、マスクとウエハ間の位置合せが行われる。
レン内の1箇所の変形量を測定する変形量測定手段(1
2)、この変形量からマスクメンブレンの所望位置にお
ける変形量を得る変形量取得手段(16)、およびこの
所望位置における変形量に基づいて前記位置関係を補正
する補正手段(17)を有する。
の間隔を計測する手段(11)や、マスクおよびウエハ
上のマークを検出してそれらの面内方向の位置ずれを計
測するずれ計測手段(11)を有する。そして、補正手
段(17)は所望位置における変形量(Δg1)に基づ
いてマスク上のマークの面内方向への偏位量(Δdα,
Δdβ)を得、この偏位量に基づいて前記面内方向の位
置ずれの計測値を補正する。あるいは、前記面内方向の
位置ずれの計測値は前記間隔への依存性を有するために
前記間隔の測定値に基づいて補正されるものであり、補
正手段は前記所望位置における変形量(Δg2)に基づ
いて前記間隔の測定値を補正する。
の変形量と、その変形量の収束と時間との関係に基づい
て、前記所望位置における変形量(Δg1,Δg2)を
得るものであってもよい。
ステージを有するが、このステージ(7,8)の駆動パ
ターンに基づいて所望の時刻における前記変形量を考慮
した位置合せを行うようにしてもよい。この場合例え
ば、ステージの駆動パターンに基づいて所望の時刻にお
けるマスクメンブレンの変形量を得る手段(12)と、
この変形量により、前記位置関係を補正する手段とを有
する。
形態を説明する。但し、図1〜9において、同じ符号は
同じ要素を表す。 (実施形態1)図1は、本発明の一実施形態に係るX線
露光装置の構成を示す。
スク、2はマスクを保持するマスクチャック、3はマス
クメンブレン、4はマスクチャックベースである。5は
ウエハ、6はウエハを保持するウエハチャックである。
7はマスク1とウエハ5の位置合せに用いられる微動ス
テージ、8は各ショット間の移動に用いられる粗動ステ
ージ、9は粗動ステージ8の案内が固定されるステージ
ベースである。ウエハ5およびウエハチャック6は微動
ステージ7上に搭載されている。
ついて説明する。10はマスク1と垂直方向(以下、Z
方向とする)のウエハチャック6の位置を計測するステ
ージZセンサ、11はマスクメンブレン3とウエハ5の
マスク側の面の間隔(以下、ギャップという)および両
者の面内方向のずれ量を計測するアライメントスコープ
である。アライメントスコープ11は、マスク1上のア
ライメントマークの位置が移動しても計測可能なよう
に、二軸ステージ上に搭載されている。また、ステージ
Zセンサ10とアライメントスコープ11は、図示して
いないが、面情報を計測可能なように各々三個ずつ設置
されている。12はマスクメンブレン3の変形を計測す
る非接触変位計である。非接触変位計12は露光領域内
に進退可能なように一軸ステージ上に搭載されている。
非接触変位計12はレーザー光をマスクメンブレン3に
当て、その反射光により測定するものである。
光時は減圧ヘリウム雰囲気におかれる。不図示の光源で
発生したSR光14は、遮断窓15(通常Be窓が使用
される)を通してチャンバ13内へ導かれる。16は非
接触変位計12から送出されるメンブレン3内の1ケ所
の変形量からマスク1、ウエハ5の位置合せマーク位置
でのメンブレンの変形量を算出し、またメンブレン3の
変形量よりマスクメンブレン3上のアライメントマーク
の面内方向の位置ずれを算出する演算手段である。また
17は演算手段16から得られた情報よりアライメント
スコープ11で得られた情報を補正する処理手段であ
る。
変形量によるAF計測値、AA計測値の補正について説
明する。
したものである。ステップ駆動、およびステップ時のギ
ャップ位置からAF計測を行うギャップ位置への駆動に
より、マスクメンブレン3は図2のようにΔG1の変形
を起こす。この状態でAF計測を行なうと、実際のギャ
ップG1に対してアライメントマーク21の位置でΔg
1だけ大きいギャップを計測することになる。この測定
値から露光ギャップまでギャップを狭くするとΔg1だ
け所定の露光ギャップより小さくギャップが設定される
ことになる。またΔg1の値によってはウエハ5とマス
クメンブレン3が接触することがある。これらを避ける
ためにAF計測と同時に変位計12によりメンブレン3
の変形量ΔG1を計測し、演算装置16によりアライメ
ントマーク21の位置での変形量Δg1を算出し、処理
手段17により、計測されたAF計測値に対してΔg1
の補正を行う。メンブレン3の変形計測位置の変形量△
G1からアライメントマーク位置での変形量△g1を算
出するためには、演算手段16内に△G1からΔg1を
算出する計算式をもってその都度計算しても良いし、△
G1とΔg1の対応テーブルを演算手段16にもっても
よい。また、このテーブルは計算式に基づいて作っても
良いし、別系で実験を行ない、メンブレン3の変形を測
定して作っても良い。
ライメントマークの位置ずれによるAA値の補正 図3はマスクメンブレン3の変形によるマスクメンブレ
ン3上のアライメントマーク21の面内方向のずれを示
す。図4はアライメントマーク21のずれをZ方向から
見た様子を示す。図5はアライメントマーク21の座標
系(α、β)を示す。アライメントマーク21はずれを
計測できる方向(以下、アライメント方向という)がマ
ークに対して一方向である。したがって、本体の座標と
は別にマークに対する座標(α、β)を定義する。
方向に変形することによりマスクメンブレン3上のアラ
イメントマークの位置がα方向にΔdα、β方向にΔd
βだけ移動する。このズレを補正する方法を以下に述べ
る。
場合はΔdαはアライメント方向のずれであり、AA計
測値の誤差となる。Δdβはアライメント方向ではない
のでΔdβが直接AA計測値の誤差になることはない。
しかしながら一般にアライメント方向と垂直の方向のア
ライメントマーク間のずれがあるとAA計測値の誤差が
大きくなる。これを補正するためにAA計測と同時にメ
ンブレン変形を計測する。計測されたZ方向の変形量Δ
G1より面内方向のずれ(Δdα、Δdβ)を演算手段
16により算出する。このずれ(Δdα、Δdβ)はZ
方向の変形量ΔG1から算出する計算式を演算手段16
内に持っておき、その都度算出しても良いし、(Δd
α、Δdβ)とΔG1の関係をあらかじめテーブルとし
て演算手段16内に持っておき、(Δdα、Δdβ)を
算出しても良い。また、マスクメンブレン3の変形計測
位置でのZ方向の変形量と各マーク位置での面内方向の
ずれをあらかじめ別の実験系で測定しテーブルとして演
算手段16に持たせておいてもよい。この算出された
(Δdα、Δdβ)により計測されたAA値を補正す
る。Δdβを補正するためにはアライメントマーク間の
アライメント方向に対して垂直の方向のずれがAA計測
値にどのように影響するかをあらかじめ測定しておく。
これは露光装置上であらかじめ計測しておいてもよい
し、別系の実験装置で計測してもよい。Δdαについて
はΔdβで補正した後のAA計測値をさらに補正する。
アライメント方向が図5においてβ方向だった場合も座
標のαとβが入れ換わるだけで補正の方法は同じであ
る。
あるメンブレンの変形量からAF、AA計測値を補正す
る手順について、露光装置の動作に沿って説明する。図
6はこの手順を示すフローチャートである。
で露光を行なう手順について説明する。
る部分がマスク1の下にくるよう、粗動ステージ8をス
テップ駆動する(ステップS1)。このときウエハ5と
マスク1の干渉を避けるため、ステップ時のウエハ5と
マスク1のギャップは両者の平面度、クサビなどを考慮
して十分大きな値に決定される。本実施例では100μ
m以上とする。また、このステップ駆動と同時に変位計
12をマスクメンブレンの露光面角内に位置決めする。
F計測する(ステップS2)。また同時に変位計12に
よりマスクメンブレン3の変形量を計測する。そしてこ
の計測されたAF計測値をマスクメンブレン3の変形量
により補正するとともに(ステップS3)、この補正さ
れたAF計測値に基づきステージ7を駆動し、AA計測
時のギャップ位置においてマスク1とウエハ5が平行に
なるようにする(ステップS4)。
A計測し、同時にマスクメンブレン3の変形量を計測す
る(ステップS5)。そして、この計測されたAA計測
値をマスクメンブレン3の変形量より補正し(ステップ
S6)、補正されたAA計測値に基づいて微動ステージ
7を駆動してマスク1とウエハ5の位置合せを行なう
(ステップS7)。
下であればマスクメンブレン変形手段を露光画角から退
避させ(ステップS8)、露光を行なう(ステップS
9)。そして、露光が終了したらギャップをステップ駆
動時のギャップ(100μm)にして(ステップS1
0)、第n+1ショット目を露光する部分がマスク1の
下に来るように粗動ステージ8を駆動する(ステップS
11)。
返してウエハ5に所定のショット数を露光する。
量よりAF、AA計測値を補正する本実施例において
は、マスクメンブレン3が変形した状態でAF、AA計
測を高精度に行なうことができ、スループットを向上す
ることができる。
メント方式の場合について説明したが、上記の補正はグ
ローバルアライメント方式のマスク、ウエハの位置合せ
にも有効である。また、マスクメンブレン3の変形を計
測する非接触変位形12としては、レーザを用いるもの
以外に、マスクメンブレン3の干渉縞を計測する干渉
計、エアマイクロ等、非接触で変位を計測できるもので
あれば良い。
AA計測ギャップ(=露光ギャップ)が違うとき、すな
わちAF計測範囲が露光ギャップよりも大きい場合につ
いて説明したが、上記の補正はAF計測ギャップとAA
計測ギャップが同じ場合でも有効である。AA、AF計
測ギャップ設定時のAF計測値の補正は上記のギャップ
が違う場合と同じである。AA計測時の補正も、AF計
測後のマスクとウエハの平行出しによりギャップが変わ
りメンブレン3は変形するので、先に記したAA計測ギ
ャップとAF計測ギャップが異なる場合と同様にAA計
測時にメンブレン3の変形を測定し補正をする。
とウエハのギャップにより変動する場合の補正の実施形
態を示す。この場合は、実施形態1で説明した補正を行
なった上で、さらにAA計測値がギャップ依存性がある
ためにメンブレン3の変形量によりAA計測値を補正す
る必要がある。つまり、マスクとウエハの面内の位置関
係を、マスクおよびウエハ上に形成された回折格子によ
り回折されセンサ上に結像された計測光のスポットの重
心により検知する方法においては次の理由により、ギャ
ップの変動によりAA計測値に誤差が生じる。すなわ
ち、結像するスポットは2つの異なる光路を経由する光
が加算されたものであり、マスクとウエハのギャップが
変動すれば、2つの光路を経由する光の間で光量の変化
が異なる。そのためスポットの重心に誤差が生じる。ま
た、AA計測光がウエハ表面に垂直でない場合等は、上
記の回折格子を用いたAA検出方式に限らず生じる。
ある。AF計測ギャップG1においてギャップを計測
し、微動ステージ7を駆動し、AA計測ギャップG2ま
でギャップを狭めてマスク1とウエハ5の平行出しを行
い、そしてAA計測を行なう。このとき、ウエハの表面
はうねり等があり、平行出しをしても各々のアライメン
トマークの位置ではギャップが違っている。そこで、A
F計測値から各マーク位置でのギャップの規定値からの
偏差δ1、δ2を算出し、その値でAA計測値の補正を
行なっている。しかしながら、図7に示すように、ギャ
ップをG1からG2に狭めるときにマスクメンブレン3
はΔG2だけ変形しており、AA計測時のギャップはA
F計測時と比べアライメントマーク21の位置でΔg2
だけ変化している。これを補正するためにAA計測時に
変位測定手段12でメンブレン3の変形ΔG2を計測
し、演算手段16によりアライメントマーク21位置で
の変形量Δg2を算出し、その値により算出された各マ
ーク位置でのギャップの偏差δ1,δ2を補正する。こ
の補正されたギャップの偏差を基にAA計測値を補正す
る。
計測値がギャップにより誤差を生じるようなAA計測方
式においても高精度な位置決めが可能となる。本実施形
態の補正の流れはAA計測時の補正の項目が増えるだけ
なので、図6に示した実施形態1のフローチャートと同
じである。また、本実施形態の場合も実施例1の場合と
同様にAF計測ギャップとAA計測ギャップが同じ場合
でも有効である。
形態に係る露光手順を示すフローチャートである。本実
施形態では、マスクメンブレン3が変形してから収束す
るまでの変位と時間の曲線をテーブルとして処理手段1
7内に持ち、ステージを駆動した後に1回変位を測定
し、その後はメンブレン3の変位を計測した後の時間か
らテーブルを用い、各時点での変位を算出する。またメ
ンブレン3の変位と時間の関係は露光装置上であらかじ
め計測しておき、処理手段17に保存する。より精度の
向上を計る場合は各マスク毎にテーブルを持つと有効で
ある。以上のように変位情報をテーブルとして持つこと
により次のような効果が得られる。
変位を測定すれば良く、計測後すぐに変位計12をメン
ブレン変形測定手段は露光画角から退避することができ
(ステップS81)、AA計測後、変位計12が退避す
るのを待たずに露光が開始できる。したがって、スルー
プットの向上を計ることができる。 (実施形態4)図9は本発明の第4の実施形態に係る露
光手順を示すフローチャートである。本実施形態ではス
テージの駆動パターン、すなわちステージの駆動量、駆
動速度、駆動初期位置、駆動最終値およびステージ位置
決め後の時間のうち必要なパラメータをステージの駆動
方向により選択し、それらのパラメータよりその時のメ
ンブレン3の変形量を算出するテーブルを演算手段16
に持つ。これにより、AF、AA計測時のメンブレン3
の変形量をその計測直前のステージ駆動パターンとステ
ージ位置決めから計測時の時間をパラメータとして演算
手段16により算出する(ステップS92)。この、算
出されたマスクメンブレン3の変形量を基に、実施形態
1、2に示したようにAF、AA計測値を補正する。ス
テージの駆動パターン、ステージ位置決め後の時間とマ
スクメンブレン3の変形量のテーブルを作るには、装置
の本体を用い、あらかじめ本体とは別系のメンブレン変
形量計測手段を本体に設置してメンブレン3の変形を計
測しても良いし、本体とは別の実験装置でメンブレンの
変形量を測定して作っても良い。このようなステージの
駆動パターン、ステージ位置決め後の時間とメンブレン
3の変形量のテーブルをもつことにより、メンブレン3
の変形計測手段を本体に設けなくて良いため、装置構成
がシンプルになる。
ステージ移動時のマスクメンブレンの変形によるマス
ク、ウエハ間の位置合せ誤差を排除することができる。
従ってマスクとウエハの位置合せ精度、および生産性の
向上を図ることができる。また、ステージの駆動パター
ンに基づいてマスクメンブレンの変形量を考慮した位置
合せを行うことにより、装置構成をシンプルにすること
ができる。
を示す概略構成図。
示す概念図。
示す概念図。
から見た図。
示す図。
ャート。
補正方法を示す概念図。
すフローチャート。
すフローチャート。
ン、4:マスクチャックベース、5:ウエハ、6:ウエ
ハチャック、7:微動ステージ、8:粗動ステージ、
9:ステージベース、10:ステージZセンサ、11:
アライメントスコープ、12:非接触変位計、13:チ
ャンバー、14:SR光、15:遮断窓、16:ずれ算
出手段、17:補正手段、21:アライメントマーク。
Claims (8)
- 【請求項1】 マスクパターンをマスクメンブレン上に
有するマスクとウエハとの面内方向の位置関係を計測す
る位置計測手段を備え、この位置関係に基づいて前記マ
スクとウエハとを位置あわせして前記マスクパターンを
前記ウエハ上に露光する半導体露光装置において、 前記マスクメンブレンの前記計測時における該マスクメ
ンブレンに垂直な方向の変形量と前記位置関係に基づい
て前記マスクとウエハ間の面内方向の位置あわせを行う
ことを特徴とする半導体露光装置。 - 【請求項2】 少なくとも前記マスクメンブレン内の1
箇所の変形量を測定する変形量測定手段、この変形量か
ら前記マスクメンブレンの所望位置における変形量を得
る変形量取得手段、およびこの所望位置における変形量
に基づいて前記位置関係を補正する補正手段を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体露光装置。 - 【請求項3】 前記位置計測手段は、前記マスクとウエ
ハ間の間隔を計測する手段を有することを特徴とする請
求項2記載の半導体露光装置。 - 【請求項4】 前記位置計測手段は前記マスクおよびウ
エハ上のマークを検出してそれらの面内方向の位置ずれ
を計測するずれ計測手段を有し、前記補正手段は前記所
望位置における変形量に基づいて前記マスク上のマーク
の面内方向への変位量を得、この変位量に基づいて前記
面内方向の位置ずれの計測値を補正するものであること
を特徴とする請求項2記載の半導体露光装置。 - 【請求項5】 前記位置計測手段は前記マスクとウエハ
間の面内方向のずれを計測するずれ計測手段および前記
マスクとウエハ間の間隔を測定する間隔測定手段を備
え、前記面内方向の位置ずれの計測値は前記間隔への依
存性を有するために前記間隔の測定値に基づいて補正さ
れるものであり、前記補正手段は前記所望位置における
変形量に基づいて前記間隔の測定値を補正するものであ
ることを特徴とする請求項2記載の半導体露光装置。 - 【請求項6】 マスクパターンをマスクメンブレン上に
有するマスクとウエハとの位置関係を計測する位置計測
手段を備え、この位置関係に基づいて前記マスクとウエ
ハとを位置あわせして前記マスクパターンを前記ウエハ
上に露光する半導体露光装置において、少なくとも前記
マスクメンブレン内の1箇所の変形量を測定する変形量
測定手段と、前記測定された変形量と、その変形量の収
束と時間との関係に基づいて、前記マスクメンブレンの
所望位置における変形量を得る変形量取得手段と、この
所望位置における変形量に基づいて前記位置関係を補正
する補正手段とを有し、前記マスクメンブレンの該マス
クメンブレンに垂直な方向の変形量を考慮して前記マス
クとウエハ間の位置あわせを行うことを特徴とする半導
体露光装置。 - 【請求項7】 マスクパターンをマスクメンブレン上に
有するマスクとウエハとの位置関係を計測する位置計測
手段を備え、この位置関係に基づいて前記マスクとウエ
ハとを位置あわせして前記マスクパターンを前記ウエハ
上に露光する半導体露光装置において、 前記ウエハを移動させるステージを有し、このステージ
の駆動パターンに基づいて所望の時刻における前記マス
クメンブレンの該マスクメンブレンに垂直な方向の変形
量を考慮して前記マスクとウエハ間の位置合わせを行う
ことを特徴とする半導体露光装置。 - 【請求項8】 前記ステージの駆動パターンに基づいて
所望の時刻における前記マスクメンブレンの変形量を得
る手段と、この変形量により、前記位置関係を補正する
手段とを有することを特徴とする請求項7記載の半導体
露光装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02626396A JP3274959B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 半導体露光装置 |
US08/786,217 US6144719A (en) | 1996-01-22 | 1997-01-21 | Exposure method, exposure device and device producing method |
Applications Claiming Priority (1)
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JP02626396A JP3274959B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 半導体露光装置 |
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JPH09199412A JPH09199412A (ja) | 1997-07-31 |
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ID=12188386
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JP02626396A Expired - Fee Related JP3274959B2 (ja) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | 半導体露光装置 |
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JP (1) | JP3274959B2 (ja) |
-
1996
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