JPH0496315A - 露光方法、装置、及び素子製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 未発明は、半導体素子や液晶表示素子製造用の露光装置
に一関するものてあり、特にマスクバタンを基板（半導
体ウェハ・ガラス基板等）に露光する時の、マスクパタ
ーンと基板」−に形成されたウェハパターンとを高精度
に酊わ合わせるためのアライメント系の改良に関するも
のである。

１従来の技術］ 従来より露光装置においては、十数ｆ！類のマスクまた
は１／チクルのパターンをウニへ上に順次重ね台（４−
で露光しでいく際、レチクルパターンの投１２ｆｆｉど
ウェハ上に既に形成され１、いる回路パターン（以下、
ショット領域と呼ぶ）との重ね合せ（アライメン１１精
度の向上か極めて重要な問題であったが、この重ね露光
の方法には、大きく分けて２つのカン去がある。

その第１はダイバイダイ（Ｄ／Ｄ）又はザイ（・・パイ
・サイト（Ｓ／Ｓ）方式と呼はれる方法であり、ショッ
ト領域に附随して形成されたアライメントマークを使い
各ショット領域毎にアライメントしながら重ね合せ露光
を行なうものである。

第２はグローバルアライメント方式と呼ばれる方法であ
り、ウェハ内全ショットを１つのブロックと考え、数シ
ョットのアライメントマークを検出して精密にウェハの
位置合せを行い、しかる後ウェハ内のショット領域の配
列座標に従って一義的にステージを移動し、このＸ、Ｙ
方向の移動はステージのレーザ干渉計で制御しながら重
ね合せ露光を行なう方法である。

現在、露光装置のアライメント方式は、例えば特開昭６
１−４４４２９号又は特開昭６２−８４５１６号公報に
開示されているように、拡張されたウェハ・グローバル
・アライメント（以下、エンハンスメント・グローバル
・アライメント：ＥＧＡと呼ぶ）が主流となっている。

ＥＧＡ方式とは、１枚のクエへを露光するのに、まず始
めにウェハ上の複数のショット領域に付随したアライメ
ントマークの位置を計測（サンプル・アライメント）し
た後、ウェハ中心位置のオフセット（ｘ、ｙ方向）、ウ
ェハの伸縮度（Ｘ、Ｙ方向）、クエへの残存回転量、及
びウェハステージの直交度（或いはショット領域の配列
の直交度）の計６つのパラメータを、マークの設計位置
とマークの計測位置との差に基づいて統計的な手法で決
定するものである。そして、決定されたパラメータの値
に基づいて、重ね合わせ露光すべぎショット領域の位置
を設計位置から補正して順次ウェハステージをステッピ
ングさせていく方式である。

このＥＧＡ方式の利点は、ウェハ露光に先立ってウェハ
上全ショツト数と比べてわずかな数（３〜１６個程度）
のマークの位置を計測した後は、もはやマークの検出及
び位置計測を必要としないため、スルーブツトの向上が
望めること、及び十分な数のマークをサンプル・アライ
メントすると、個々のマーク検出誤差が統計的な演算の
もとて平均化されることになり、１シヨツト毎のアライ
メントすなわちダイ・パイ・ダイ方式によるアライメン
トと同等、若しくはそれ以上のアライメント精度が、ウ
ェハ全面の全てのショット領域に対して望めることであ
る。

［発明が解決しようとするｉＪＵ］ しかしながら、このＥＧＡ方式は重ね合せ露光を行なう
前にいくつかのショット座標を求めて、ウェハ上のショ
ット領域の配列マツプ（座標値）を決めている。このた
め、重ね合せ露光中に例えばウェハやウェハホルダーが
露光光の熱エネルギーによって伸びると、ショット間隔
が変化して露光ショット位置がずれるため、ＥＧＡによ
って求めた配列マツプに従ってステージを移動しても、
レチクルパターンの投影像とショット領域とが正確に重
ならないという問題があった。

本発明は、この様な従来の問題点に鑑みてなされたもの
であり、露光中にウェハやウェハホルダーが伸びても、
アライメント誤差をほぼ零として高精度な重ね合せ露光
を可能とする事を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の露光装置は、マスク上のパターンを基板上のパ
ターンに重ね合せるアライメント装置を有する露光装置
であって、上記の課題を達成するために露光時の基板も
しくはその保持部材に吸収される照射エネルギー量を測
定する照射量測定手段と、前記照射エネルギー量に基づ
いて前記アライメント装置で求めた露光位置に対する位
置補正を行う補正手段とを備えたものである。

［作用］ 本発明の露光装置においては、上述の如く、露光時の基
板もしくはその保持部材に吸収される照射エネルギー量
を測定する照射量測定手段と、前記照射エネルギー量に
基づいてアライメント装置で求めた露光位置に対する位
置補正を行う補正手段とを備えたので、露光中に基板や
その保持部材が伸びた場合でも、測定した照射量から、
この伸びを算出することが可能で、露光位置を補正する
ことができる。このため高度な重ね合＋！精度が得られ
る。

［実施例〕 第１図は本発明の実施例によるｒ光装置の概略的な構成
を示す図である。

第１図において、超高圧水銀灯、エキシマ１ノーザ装置
等の照明光掠１は、ｇ線、ｉ線或いはＫ　ｒＦエキシマ
レーザ光等のレジスト層を感光ざゼる波長域のＨ光用照
明光ＩＬを発生し、照明光１１、は不図示のオブヂカル
インテグ１／−タ（プライアイレンズ）や可変ブライン
ド２８等を含む照明光学系２に入射する、尚、可変ブラ
インド２ａの面はレチクルＲと結像間係にあるので、可
変ブラインド２ａを構成する可動ブレートを開閉させて
開口位置、形状を変えることにより、１ノヂクルＲの観
測、視野（露光時は照明視野）を任意ｔｓ−選択するこ
とができる。照明光学系２により照明光束の株化、スペ
ックルの低減化等が行ゾｔわれた照明光ＩＬは、ミラー
３、メインコンデンサーレンズ４を介してミラー５に至
り、ここでほぼ垂直に下方に反射され、レチクルＲを均
一な照度で照明する。ＩノチクルＲは１ノチクルステー
ジＲＳ上に載置ざね、パターン領域ＰＡの中心点が光軸
ＡＸと一致するように位置決めが行われている。尚、ｌ
ノチクルＲの初期設定は、１／チクル周辺に設けられた
アライメントマークを充電検出する１／チクルアライメ
ンｌ−系（不図示）からのマーク検出信号に基づいて、
ｌノヂクルステージＲＳを微動することｊこにより行わ
れる。ここで、ミラー３は露光波長域の照明光■１２に
対して９０％以上の反射率を有するものである７本実施
例では、照明光ＩＬの照射によりウェハＷから発生ずる
反射光が上記ミラー３を介してＰ　Ｉ　Ｎ７２１−）−
ダイオード等の光検出器（反射量モニタ）１０に入射す
るように構成されている。反射ｊｌモニタ１０は反射光
を光ｉｍ出して光情報（強度値）Ｒ３を主制御系２０ｒ
出力し、この情報Ｒ３は主制御系２０においてＥＧＡデ
ータを補正するための基礎データどなる（詳細後述）。

さて、バタ・−ン領域ｐＡ１通過した照明光ＩＬは、両
側プレ１Ｚン１〜リツクな投影レンズＰＬに入射し、投
影１ノンズＰ１．は１／チクルＲの回路パターンの投影
像を表面に１／シスト層が形成さｉｔたウェハＷ」−の
１つのショット領域に重ね合わゼて桟′彫（結像）する
。ウェハＷにはシ（ツｌ−領域と一定の位置関係下近傍
の位置にアライメントマーク（回折格子マーク）ＷＭｘ
、ＷＭｙ（ＷＭｙのみ図示）が形成ざわる。投影レンズ
Ｐ　Ｌは照明光ＩＬの波長に関して良好に色収差補正さ
ね、その波長のもとてレチクルＲとウェハＷどは互いに
共役（ζなるように配置される。また実施例において照
明光ｌＬはケーラー照明であり、投影１メンズＰＬの暗
Ｅｐ内の中心に光源像として結像さメする。ウェハＷは
ウェハホルダ７に真空吸着さ第１６、このホルダ７を介
して駆動子−タ９によりステップ・アンドーリビードブ
ｊ式で２次元移動するウェハステージＷＳに載置されτ
いる。ウェハステージＷＳは、ウェハＷ土の一つのショ
ット領域に対する１ノチクルＲの転写露光が終了すると
、次のシヨ・ント位置末でステッピングざ第１る。ウェ
ハステージＷＳの２次元的な位置は光波干渉測長器（レ
ーザ干渉側）８によって、例えば０．０１／）、ｔ＋程
度の分解能で常時検出される。末ｆＳ５ウェハステージ
ＷＳ上には照射Ｉ１．千ニタ（例えば投影１／ンズＰ　
Ｉ−４のイメージフィールド、もしくは１／チクルパタ
ーンの投影領域と（、天ぼ同じ面積の受光面１１た光電
検出器）６も設ζづられており、照射量に関する情報Ｌ
Ｓも↑制御系２０に送られ、ＥＧＡデータの補正のため
の基礎データとなっている。

第２図は、ウェハＷ　Ｊ二のショット領域ＳＡどウエハ
マ・−りＷＭｘ、ＷＩＷＩｙどの配置を示す平面図であ
り、各ショット領域Ｓ　ＡはＸ方向、Ｙ方向に伸びた細
い布状のスクライブ領域ＣＬによって区画されている。

また、各ショット領域ＳＡは露光装置においてｌ／ヂク
ルＲ１の回路パターン領域が１回で投影露光さね、る大
きさに対応している。

以下に本実施例の露光装置におりるアライメント系の構
成について述べる。本露光装ＲＪよ、第１図に示すとお
りＥＧＡ計測に用いられるスルーザレンズ（Ｔｈｒｏｕ
ｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓｅ；　Ｔ　Ｔ　Ｌ）方式のアラ
イメント系（１１〜１８）を備えている。本実施例では
、マスクやレチクルに設けられた位置合せ用のマークは
検出せず、専らウェハ上のショット領域に附随したマー
クのみを投影レンズを介して直接観察又は検出するもの
である。

また、本アライメント系では以下のようなマーク検出方
式が用いられている。すなわ−ち、ウェハ上に形成され
た一次元の回折格子マークに対して２方向からコヒーレ
ントな平行ビームを照射し回折格子マーク上に１次元の
干渉縞を作り、この干渉縞の照射によって回折格子マー
クから発生する回折光（干渉光）の強度を光電検出する
ものである０本実施例では、特に２方向からの平行ビー
ムに一定の周波数差を与えるヘテロダイン法を採用する
ものとし、ウェハ上の回折格子マークからの干渉光をビ
ート周波数で強度変調させて検出した光電信号（光ビー
ト信号）と、２本の送光ビームから別途作成された参照
用干渉光の光ビート信号との位相差（±１８０°以内）
を求めることで、格子ピッチＰの±Ｐ／４以内の位置ず
れを検出する。

このような方式のアライメント系（以下、ＬａｓｅｒＩ
ｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：
Ｌ　Ｉ　Ａ系と呼ぶ）は、極めて高分解能なマーク位置
検出が可能であるが、予め２本の平行ビームによって作
られる干渉縞に対して±Ｐ／４以内に回折格子マークを
位置決めしておく必要がある。

このため本実施例では、投影レンズＰＬと別設され、専
らウェハＷ上のアライメントマークのみを検出するオフ
・アクシス方式のウェハ・アライメント系２１が設けら
れている。ウェハ・アライメント系２１はウェハＷのグ
ローバル・アライメントを行うものである。例えばレジ
スト層に対して極めて感度が低く、マーク検出に必要な
波長域に対してブロードなスペクトル分布がある、もし
くは複数の峻鋭なスペクトルがある照明光をウェハＷ上
のアライメントマークに照射し、指標板の指標マーク（
不図示）と共に指標板に再結像されるアライメントマー
クの像を撮像素子（ＩＴＶ。

ＣＣＤカメラ等）の受光面上に結像させることにより、
指標マークに対するアライメントマークのずれ量を求め
るものである。

さて、ＬＩＡ系の構成等については、例えば特開昭６１
−２１５９０５号公報や特開昭６２−５６８１８号公報
に開示されているので、ここでは簡単に説明する。尚、
実際にはショット領域に付随したウェハマークＷＭｘ、
ＷＭｙの各々に対応して２組のＬＩＡ系が設けられてい
るが、ここではＹ方向のマーク位置を検出するＬＩＡ系
についてのみ説明する。Ｘ方向のマーク位置を検出する
もう１組のＬＩＡ系についてはミラーＭ２に対応するミ
ラーＭ２″のみ図示しておく。レーザ光源１　（例えば
波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎ　ｅレーザ）から発振された
直線偏光のレーザビームＬＢは、２組の音響光学変調器
（以下、ＡＯＭと呼ぶが、光導波路でも良い）や半面ビ
ームスプリッタ−等を含む２光束周波数シフター１２に
入射する。２組のＡＯＭは、それぞれ周波数ｆ＋、ｆ２
　（ｆ２＝ｆｒ−△ｆ）の高周波信号ＳＦＩ、ＳＦ２で
ドライブされ、その周波数ｆ、、ｆ２て決る回折角たけ
偏向された１次光をビームＬＢ、、ＬＢ２として出力す
る。さらに、ＬＩＡ系の瞳面もしくはその近傍に配置さ
れ、接合面の半分に全反射ミラーが蒸着された半面ビー
ムスプリッタ−において、ビームＬＢ工、ＬＢ２は所定
量たけ間隔をあけて互いにほぼ平行となるように合成さ
れる。これによって２本のビームＬＢ、、ＬＢ２の主光
線は互いに平行になると共に、ＬＩＡ系の光軸を挟んで
対称的に位置するようになる。

２光束周波数シフター１２から主光線を平行にして射出
した周波数差△ｆの２本のビームＬＢ、（周波数ｒ＋）
とＬＢ２（同ｆ、）とは、ビームスプリッタ−ＢＳによ
り途中で一部が参照信号作成部の光電検出器１４の方へ
分岐される。ビームスプリッタ−ＢＳで反射される２本
のビームＬ　Ｂ　＋　、　Ｌ　Ｂ　２は、不図示のレン
ズ系（逆フーリエ変換レンズ）を介して、装置上で固定
されている参照用回折格子１３に異なる２方向から平行
光束となって所定の交差角Ｏで大剣し結像（交差）する
。光電検出器１４は２分割受光素子を有し、例えば参照
用回折格子１３を通過したビームＬＢ、の０次光と、こ
れと同軸に進むビーム１３Ｂ、の（−１次回折光との干
渉光、及びビームＬＢ、の一１次回折光と、これと同軸
に進むビーム１．、Ｂ２の０次光との干渉光を、それぞ
れ独立に受光（光電変換）する。それら２・つの干渉光
の強度に応じた正弦波状の光電信号は不図示のアンプに
よって加算さ第１、この結果書られる光電信号ＳＲは、
ビームＬＢｈＬＢ、の差周波数△ｆに比例した周波数ど
なり、光ビート信号となる。ここでは、参照用回折格子
１３の格子ピッチが、ビームＬＢ、、ＬＢ２によっ１作
られる干ぞ小組のビッヂと等しくなるように定められて
いる。

方、ビームスプリッタ−ＢＳを通過した２大の直線偏光
（例オばＳ偏光）のビームＩ、Ｂ１．ＬＢ２は、ウェハ
Ｗと共役な位置１−″、配装された視野絞りＡＰを通り
、偏光ビームスプリッタ−１５で反射さｊ″Ｌだ後、１
７４波長板１６により円偏光に変換されてアライメント
用のテｌノセントリックな対物レンズ１７に達する。２
木のビーム［−Ｂ　＋　、　ｉ。

Ｂ２　　（円偏光）は対物レンズ１７の焦点で一度交差
１ノた後、ミラーＭ、、Ｍ２を介して投影レンズＰＬに
入射する。さら１．Ｚ投影レンズＰＬの瞳面Ｅｐもしく
はその近傍において、ビームＬ　Ｂ　１．　Ｉ−８２は
一度スポット状に集光し、各スポットは瞳中心（光＃１
ＡＸ）を挾んでほぼ対称となフて瞳面Ｅｐを通過する。

投影レンズＰｉ−を射出ｌノた２木のビームＬＢ、、Ｌ
Ｂ、（円偏光）は、第２図に示すようにウェハマークＷ
Ｍの格子配列方向（Ｙ方向）に関１７て光軸ＡＸを挟ん
で互いに対称的な角度で傾いた属性光束となって、ウェ
ハマークＷＭｙ上に異なる２方自から交差角θて入射し
結像（交差）する、尚、瞳面Ｅｐにおいて光軸ＡＸを挟
んで略点対称となるように形成されるビームＬＢ、。

１、、　Ｂ　２の各スボッ１−を結ぶ直線の方向と、ウ
ェハマークＷＭ３１の銘了配列方向（Ｙ方向）とは略−
致している。

さτ、ビームＬ　Ｂ　ｒ　、　Ｌ　Ｂ　２が所定の交差
角ＯでウェハマークＷＭｙ上に入射すると（第３図）、
ビームＬ　Ｂ　、　、　Ｌ、、　Ｂ　、か交差している
空間領域内で光軸ＡＸと垂直ｌＱ（任意の面内（ウェハ
而）には、格子ビッヂＰに対して１　／　ｍ倍（ｍは整
数）のビッヂｐ’　　（木実流側ではＰ’　＝ｒ’／２
）で１次元の干渉縞か作られることになる。この干渉縞
はＹ方向にビーム＋−Ｂ　、。！、Ｂ、の差周波数Δｆ
に対応して移動（流れる）することになり、その速度Ｖ
は、■・−△ｆ　−Ｐ’　なる関係式で表される。

従フで、ビームＬＢ、、ＬＢ２（円偏光）か叩射される
と、マークＷＭｙからは光軸ＡＸ上１．：沿って進行す
る士１次回折光（干渉光）ＢＴＩ、が発生し、この干渉
光ＢＴＬは干渉縞の移動（、：′よ）て明暗の変化を周
期的１ζ繰り返すビー！・波面を持つ。干渉光ＢＴＬは
再び投影レンズＰＬ１対物１／ンズ１７を通り、１７４
波長板１６によりｐ偏光に変換されたのち、偏光ビーム
スプリッタ−１５を通過して投影１ノンズＰ　Ｌの瞳面
Ｅｐどほば共役な面に配置された空間フィルターＦＴを
介して光電検出器１８により受光される。充電検出器１
８は干渉光１３ＴＬの強度に応じた光電イ３号５Ｄ４−
発生し、この光電イ３号ＳＤは干渉縞の川明変化の周期
（、：応１７か正弦波状の交流イス号（先ビート信号）
ＳＤとジノって位相検出部１９１ζ出ノＪされる。

位相検出部１９は光電検出器１８からの光ビー］・信号
ＳＤど、参照信号として光電検出器１４ｈ）ら出力され
る光ビー）（Ｘ号ＳＲとを入力し、ビー、１・・信号Ｓ
Ｒを基準どした量信号ＳＲ，，”ｌ）の波形上の位相差
△ψを求める。この位相差△ψ（±１８０°）は、ウェ
ハマークｗＭｙのヨ二Ｐ／４内の位置ずれ量に一義的１
ζ対応しでおり、その位置ずれえ△Ｙを次式により算出
する、 Ｐ　　△ψ △　Ｙ　−−・　□ ２　　２　π ここて、ウェハマークＷＭ３１のピッチＰを８μｍとし
、位相検出部１９の位相検出の分割能が０．２°である
ものとするど、位置ずれの計測分解能は０゜００２２μ
ｍにもなる。実際にはノイズ等の影響も受けるため、実
用的な計測分解能はｏ、ｏｉμｍ（位相で０．９°）程
度になる。

主制御系２０は、位相検出部１９からの位相差情報（位
置ずれ量）とレーザ干渉計８からの位置情報とから求ま
るマーク位置に基づいてＥＧＡ演算を行い、このＥＧＡ
データ及び照射量モニタ６、反射量モニタ１０からのデ
ータＬＳ、ＲＳに応じてモータ９をサーボ制御し、ウェ
ハＷ上のショット領域を順次所定位置に位置決めする他
、露光装置全体を統括制御する。

次にＥＧＡアライメントに関する動作について説明する
。

第１にウェハ・アライメント系２１によるプリアライメ
ントを行う。まず、ウェハＷの外周付近で、且つウェハ
センタに関して左右（Ｙ軸）対称な位置に形成された２
個のショット領域（例えば第２図中のＳＡ　ｌ、　Ｓ　
Ａ２　）のＹ方向の位置を検出する。さらに、ウェハＷ
の外周付近で、且つ上記２個のショット領域ＳＡ、％Ｓ
Ａ２からほぼ等距離にあるショット領域ＳＡ、のＸ方向
の位置を検出する。そして、主制御系２０はこれら３つ
のショット領域の位置情報に基づいて、座標系ＸＹに対
するウェハＷの位置ずれ量（回転誤差を含む）を算出し
、その位置ずれ量に応じてウェハＷのプリアライメント
を行う、これより、ショット領域の配列圧ＰＡ（設計値
）に従ってウェハステージをステッピングさせれば、常
にウェハマークＷＭ　ｘ、Ｗ　Ｍ　ｙはビームＬＢＩ、
ＬＢ２　　（干渉縞）に対して±Ｐ／４内に位置決めさ
れることになる。

この際、例えば露光後の各種プロセスによりウェハＷの
伸！１ｉｉ（ランアウト）が生じ、スケーリング誤差が
太くなると、上記配列座標に従ってウェハステージをス
テッピングさせても、ビームＬＢｌ、ＬＢ２に対してウ
ェハマークＷＭｘ、ＷＭｙをその±Ｐ／４内に位置決め
することはできない。

そこでこのような場合には、再度ウェハ・アライメント
系２１を用いてウェハＷ上の少なくとも２個のショット
Ｆｇ標値（ｘ、ｙ方向の位置）を計測する。この時、ウ
ェハＷの表面荒れ等によるランダム誤差のため、計測不
可能若しくは計測結果が疑わしいショット領域ＳＡに関
しては、再度計測を行うか、或いは改めてその近傍のシ
ョット領域ＳＡの計測を行うようにする。そして、この
計測結果に基づいてショット領域の配列座標（設計値）
に補正を加え、新たにこの位置情報を配列マツプとして
言己憶すれば良し）、これによってスケーリング誤差が
除去されることになり、上記配列マツプに従ってウェハ
ステージＷＳをステッピングさせれば、常にウェハマー
クＷＭｘ、ＷＭｙはビームＬ　Ｂ　ｒ　、　Ｌ　Ｂ　２
に対して±Ｐ／４内に位置決めされる。尚、プリアライ
メント動作での計測結果（マーク位置情報）を利用して
配列マツプを算出しても良く、この場合には配列マツプ
の算出精度を向上させることができるか、或いは計測す
べきショット領域ＳＡの数を減らすことができる。

第２にＬＩＡ系を用いてＥＧＡ計測、すなわちウェハＷ
の中心及びその外周付近に位置する複数個（５〜１０個
程度）のショット領域ＳＡのサンプル・アライメントを
実行する。そこで、設計上のショット領域の配列座標値
（もしくは先に述べた配列マツプ）に基づいて、ウェハ
ステージＷＳをステッピングさせ、座標値を計測すべき
ショット領域のウェハマークＷＭＹを、ビームしＢ、Ｌ
Ｂ２に対して士Ｐ／４内に位置決めする。次に、ビーム
Ｌ　Ｂ　ｌ、Ｌ　Ｂ　２をウェハマークＷＭｙに蕪射し
、ウェハマークＷＭｙから発生する回折光ＢＴＬを光電
検出器１８により受光する。位相検出部１９は、光電検
出器１８からの光ビート信号ＳＤと光電検出器１４から
の光ビート信号（参照信号）ＳＲとを入力し、両信号Ｓ
Ｄ、ＳＲの位相差△ψ（±１８０度）を検出し、このＰ
／２内の位相差△ψからウェハマークＷＭｙの位置すれ
量△Ｙを求める。以下、上記動作を繰り返し行うことに
よりて選択した全てのショット領域のサンプル・アライ
メントを行い、しかる後主制御系２０は統計的手法によ
りショット配列を算出する（ＥＧＡ演算）。これより、
ＬＩＡ系によるＥＧＡ計測が完了する。

従来の露光装置では以上のアライメント過程で算出した
チップ配列座標（ＥＧＡデータ）に従って、主制御系２
０によりウェハステージＷＳをスチッピングさせ、レチ
クルパターンの投影像どショット領域ＳＡとを重ねあわ
せて露光を行う。

尚、レチクルパターンの投影像とショット領域との相対
的な回転誤差については、ＥＧＡ演算から求めまるウェ
ハローテーション量とほぼ同じ量た６づレチクルＲを回
申云させてその誤差を１．沃ぼτとすることが望ましい
。

本発明に係る露光装置では上記のアライメント過程へ以
下のような過程を新たに加えることで、より高精度ｔ２
重ね合せを可能どしたものである。

すなわち、本実施例では、照射量千二タロ及び、反射員
千ニタ１０からなる照射量測定手段により、重ね合せ露
光時のウェハＷ、ウェハホルダー７の伸びを求め、先に
算出したＥＧＡデータを補正手段により補正するもので
ある。

以下、図によってより詳細に説明を行なう。第４図は従
来の露光装置を用いた場合で、重ね８′ｔ！露光時にス
ケーリングが生じないど仮定したものである。第４図（
ａ）はウェハＷに、３行×３列の９シ１ツＩ・領域のＩ
Ｓｌ、露光を行なったものを示す。ここで実線の四角で
囲まれた部分がｌ５ｔｆｆ光シヨツト領域２４である。

第４図（ｂ）は（ａ）のウェハＷが各種プロセスを経て
スケーリングか生じ、ショット間隔が広がった状態であ
る。−点訳線で示した部分は、２　ｎ　ｄｇ先光前ＥＧ
Ａ計測によフて求めたショット領域の配列座標２３であ
る。２ｎｄ露光は、この座標に従って行われるので、図
に示すように、ＩＳ（、ｔＦ光ショット頓ぢ；２４と２
ｎｄ露光シヨツト領域２５は、完全に重なる（ショット
センタが一致する）事となる。

次に、第５図は従速の露光装置を用いた場合で、２　ｎ
　ｄｇ先光時スゲ−リングを想定したものである。第５
図（ａ）はウェハＷ１ζ３行×３列の９シヨツト領域の
Ｉ　Ｓ　’ｌ−露光を行ない、名種プロセスを経たもの
である。ここで２６は１ｓｔ露光ショット領域、２７は
１ｓｔ露光のショット・配列座標を示す６第５図（１）
）は（ａ）のウェハに対し２　ｎｄ露光光行なったもの
である。図に誇張して示しているように２　ｎ　４ｇ光
中にウェハＷ、ウェハボルダ７が伸びたため、１　ｓｔ
、　Ｈ光ショッ［・領域が（ａ）の時と比へ移動し、シ
ョット・間隔が広がって実線の四角２６Ｔ示される位置
となる。、また、２ｎｄ露光は、２ｎｄ露光前のＥ　Ｇ
　Ａ　Ｈ測によって求めたショット配列座標２８に従っ
て行わねるため、２ｎｒＪ露光シ９ツ［・領域は、図の
点線の四角２９で示される位置となる。このように２ｎ
ｄ露光時に、つ孔ハＷ及びつＬハホルダ７が伸びるど、
正確ｊ、′″ＥＧＡ計測を行なっても、１　ｓｔｌ＄光
シ（ツ）・領域２６と２ｎｄ露光シヨツト・領域２９ど
の間にズ１ノが生じてしまう。このズレ量（照射〕−ネ
ルギーｊこよるスケーリング量に対応し・ている）は図
の中で矢印３０によってその向きと大きさが示されてい
る。また、この重ね合せ誤差は図で示す様にスゲ−リン
グエラーとなる。

次に本発明の皿ね合せ露光法を第６図を使い説明する。

第６図（ａ）は、ウェハＷに３行×３列の９シヨツト領
域の１ｓｔ露光を行ない、各種プロセスを紅たものであ
る。ここで３１は１ｓｔ露光シ姐ツト・領域、３２は２
ｎｄ露光前のＩＥＧＡ削測による１ｓ１４露光のショッ
ト配列座標を示す８ここで、２ｎｄ露光を実施する前に
、２ｎｄ露光１時の熱によるつ、′ｌ−ハＷ及びウェハ
ボルダ７の伸びを、ウニへ上での照射エネルギー量とウ
ェハからの反射光景（反対案）とに基づいて計算する。

照射エネルギー量は本発明の入射量測定手段である前述
の照射量（ニタ６により求める。照射量（ニタ６はウニ
ハスΣ−ジＷＳＪ二にであって、投影レンズＰＩ−のイ
メージフィールドと（、Ｈぼ等しい口径の受光面をもっ
た］な１へセルである。つＴハステーシＷ　Ｓを駆動モ
・−タ９により移動さゼることで、照射量モニタ６苓・
投影レンズＰＩ−のほぼ中心部へｊｘり込み、ウゴハＷ
上に照射される露光光ＩＬの全てを受光して光電検出し
、１ノチクルＲ等を介してウェハＷ上に到達する露光光
Ｉ　Ｌの照射量を算出する。照射量は照明光強度、１．
・ヂクルＲの透過率、レチクルＲ上のクロムバタ・＝−
ン占有率、可変ブラインド２ａの大ぎざ等に依存するも
のである。

また、ウェハＷからの反射量（もしくはその反射量）は
本発明の反射員測定手段である前述の反ｌ量モニタ１０
により求める。反射量モニタ１０は、投影レンズＰＬの
結像位置（ウニ八表面）からの反射光量の全てないし一
部を光電検出するものであり、２種類の既知の反射率を
持つ反射面について、反射光量を予め計測しておく事に
より、反射率が未知である所望のウェハにおいても、そ
の反射率を求める事が出来る。

具体的には、投影レンズＰＬの結像面内に高反射率のも
の（α％）、例えばベースライン計測等のためにウェハ
ステージＷＳ上に配置された基準部材（ガラス基板であ
って、基準マークとともに一部にクロム等で形成された
反射面を持っている）と、低反射率のもの（β％）、例
えば照射量モニタ６の表面（ディテクターの受光面）と
を順次配置する。しかる後、露光光ＩＬの照射によりそ
れら表面から発生する反射光を反射量モニタ１０で光電
検出して、その反射光量に応じた圧力電圧値Ｖ、、Ｖ２
を求める。そして、この検出結果から反射率γと出力電
圧値Ｖとのリニアな関係、すなわち γ＝＝（α−β）／　（Ｖｌ　−ｖ２　）×ｖなる関係
式（−次間数）を算出し、不図示のメモリに記憶する。

従って、本実施例では上記と同様の動作で、露光すべき
レジスト付ウェハ（表面にアルミニウム膜や酸化膜等が
形成されたものであっても良い）に対して露光光ＩＬを
照射することにより、反射量モニタ１０から出力される
電圧値を用いて上記関係式から所望のウェハの反射率を
算出することができる。ここで、本実施例では上記動作
によりウェハの材質、下地やレジストの種類・膜厚等ま
でも含めたクエへの反射率が求められることになる。尚
、上記関係式は例えはレチクルＲの交換毎、もしくは照
明光源１の照明光強度をモニターするセンサーの出力が
変化した時点等で行うことが望ましい。

さて、本実施例では重ね合せ露光に先立って、上述の如
く照射量モニタ６によりウェハＷに到達する露光光ＩＬ
の照射量を測定し、このデータを主制御計２０へ出力し
ておく。一方、反射率については露光光ＩＬの照射によ
りレジスト層か感光してしまうので、露光前に求めてお
くことはできない。そこで、本実施例ではウェハＷ上の
第１番目のショット領域に対する重ね合せ露光中に、反
射量モニタ１０を用いて反射率を求めることとする。こ
れは、第１番目に重ね合せ露光すべきショット領域では
、当然ながら露光光ＩＬの照射によるスケーリング誤差
が生じていないからである。

反射量モニタ１０から出力される情報Ｒ３（電圧値）は
直ちに主制御系２０へ送られ、ここで先に述べた関係式
に基づいてウェハＷの反射率が算出され、露光光ＩＬの
照射量とともにメモリに記憶される。主制御系２０は、
照射量モニタ６により求めたウェハ露売時の照射量、及
びウェハＷの反射率とメモリに格納された露光時間、ス
テップピッチ、ウェハサイズ等のデータとに基づいて、
ウェハＷに吸収されるエネルギー量を算出し、この計算
値から、ウェハＷ、ウェハホルダ７の伸びを求める。

さらに、上記伸び量に基づいてウェハＷの１ｓｔ露光シ
ヨツト領域毎のスケーリング量を算出しく詳細後述）、
シかる後先にＬＩＡ系により求めたＥＧＡデータを補正
する。この結果、第１番目のショット領域の重ね合せ露
光中にウェハの反射率が求まった時点で直ちに、ＥＧＡ
データが補正されてウェハＷ上の″＠２番目以降の１ｓ
ｔ露光シヨツト領域（ショットセンタ）の座標値がそれ
ぞれ算出されることになる。主制御系２ｏは第１番目の
ショット領域の露光終了後、この補正されたＥＧＡデー
タに従ってウェハステージｗｓをステッピングさせてい
く。これによって、露光光ＩＬの吸収によるスケーリン
グ量を要因としたレチクルパターンの投影像と１ｓｔ露
光シヨツト領域とのアライメント誤差がほぼ零となり、
高精度な第２層目以降のレチクルの重ね合せ露光が可能
となる。

さて、先に述へたウェハ等の伸びによるショット領域の
配列座標に変位が生じるか、これを求める計算式につい
ては、例えば以下のような式が考えられる。２ｎｄ露光
時の熱によるウェハＷ及びウェハホルダ７の伸びで起こ
る１ｓｔ露光ショット領域のスケーリング量を［Ｓ　Ｘ
］２ｎｄ、　［Ｓ　Ｙ］２ｎｄとし、２　ｎ　ｄ　３′
ｆ光時にウゴハＷ上で単位面積当りに吸収されるゴーネ
ルギー量をＥａｂ＝吸収されたエネルギー・量によって
生じるスケ′−リング玉の比例係数をαｘ　　（ｘ方向
）、ａｙ　　（ｙ方向）（ウェハの材質、下地やレジス
トの種類等によって異なる）、ウェハＷ及びウェハボル
ダ７に貯えられたエネルギーか外部へ流わで行く時定数
をτ。、横１列を露光づ−るの虹かかる時間をｔＯ）１
＋縦１列を露光するのに゛かかる時間を１゜、どすると
、ｌｓｘ］ｚｎｄ＝αＸ　Ｅ　Ｍｈ×ｅｘｐ（−ｔｏｘ
／τｏ）　　”’■［５ｙｌｚｎ　ｄ　　＝　　α　ｙ
　　　Ｅ　　、　ｂ　ｘ　　ｅｘｐ　　（−ｔｏｙ／　
　τ　ｏ）　　　　　−・・　■と表わすことができる
。

ここで、 Ｅａｂ：　　Ｉ　ｏ　（１−ｒ）Ｘ　Ｔ　ｘ１／ＬＸＸ
　１／Ｌｙ　　　　　　・・・■■ｏ　：照射量、ｒ・
反ｌＡ率、Ｔ：２ｎｄ露光時間、１．、＋ｘ力方向ステ
ップピッチ、Ｌ、：ｙ方向のステップピッチ である。

ＥｉｂＯ値は、０式より明らかな様に、木システムにお
いては、ＮＯ（照射量）、ｒ（反則率）が予め計測され
るｌ；め、既知の値である。また、■、■式のｔｏｌｌ
＋ｔ０９の値も、適宜の露光時間、ステージ速度、ショ
ット数から、決定する事が可能なものである。０１０式
のＣ１，、αア、τ０に゛ついては、先＋Ｓ実験的にデ
ー・−夕を取っ”’（ｇ　（事で、決定する事が出来る
。また実際の場合、■、■の式％式％ の式で扱っても問題はない。

また、２．ｎｄ露光光行１１う萌のスケ−ソングｉＳＲ
＊　Ｓ　ｙの値は、以下の式で表わすことか可能マーあ
る。

ＳＸ　　＝　　Ｉ’　ｓｘＥ＋　　［Ｓｘ］２ｙ　　　
　　　　　　　　”’■ｓ、　　＝　　　ｃｓｙ］　＋
　　［ｓｙコ２ｎｄ　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・　■こごで、［Ｓ　Ｘ］、［ｓ　ｙ］は、従来
のＥＧＡ計測によって求めた値、［Ｓ　ｘ］２ｎｄ、　
［Ｓ　ｙ］２ｎｄは、本発明による２ｎｄ露光時の伸び
を補正する項である。

２ｎｄ露光時の熱によるウェハＷ及びウェハボルダ７の
伸びを、上述の式を使って算出し、このスケーリング分
を補正して求めた７斤しいショット領域の配列座標を第
６図（ａ）の点線３３て示す。

そｌ・て、この新しいショット領域配列座標を使い、２
ｎｄ露光を行なった結犀を第６図（１１）？−示す。実
線の四角で示されているのか１５４．、ｇ光シ３ツ１−
・位置３１てあり、図に示したように、２ｎｄ露光によ
りスケーリングを生じている。点線の四角で示さオ］て
いる２ｎｄ露光シヨツ）・位置３４は、前述した杆に　
２　ｎ６ｇ光によるつ１丁ハＷ等の伸びを考圧して補正
したため、図の（１））に示す通り、１ｓｔ露光ショッ
ト位置３１ど完全１．＝一致する事となる。

このように本発明では、照射量Ｉ。、ウェハの反射率ｒ
を２ｎｄ露光前に計測しているので、照明光の照度の低
下、１ノチクルパターン占有案、ブラインドの大きさ等
が異なっても、また、下地やレジストの種類・膜厚の異
なるウェハを用いたために反射率が変化した場合でも対
応できるシステムとなっ下いる。ウェハ材質がシリコン
ではなく、例えばガリヒソの場合には、そのウェハ材Ｎ
に対応したαＩＩ　＋　ａｙを予め実験にて計測し２て
おき、ウニへ月質に対応させて、係数α８．αアを変え
れ１、ズ良い。

以トの通り本発明の一実施例で−は露光光吸収により生
じるスケーリング量を演算ζ：で求め、この演算結果を
基に補正したＥ　Ｇ　Ａデータに従ってウェハステージ
ＷＳをステッピングさせていた。しかしながら、第１図
中に示したレチクルステージ−ジＲ３を水平面内で２次
元移動可能に構成すると共に、その２次元的な測定をす
るための１ノ−ザ干渉剖を設け、第２番目以降のショッ
ト領域での露光光吸収を要因としたスケーリング量につ
いては、レチクルステージＲ，Ｓを駆動するごどによっ
て補正するようにしても構わｒｌい。従っＣ１主制御系
２０はＬ　Ｉ　Ａ系にて求めたＥ　Ｇ　Ａデータに従ｐ
てウェハステージＷＳをステッピングさせていくどとも
に、第２番目以降のシ（ツト領域では上記スケーリング
量によるアライメント誤差をほぼ零とするように、上記
■〜■または■、■式から求めたスケーリング量に応じ
て、１シヨツト毎にレチクルステージＲ５を駆動してい
けば良い。

ところで、本発明ではウェハホルダ７の伸びも考慮して
いるが、ウェハホルダ７を断熱材（セラミック等）や膨
張率の低い材料（インバー等）で作れば、ウェハホルダ
７の伸びを考慮する必要がなくなるので、スケーリング
量を算出するための演算式を簡略化することが可能とな
る。

また、上記実施例では１ｓｔ露光シヨツト領域のスケー
リング量を算出するにあたって、ウェハ上の第１番目の
ショット領域の露光中に求めた反射率を用いていた。し
かしながら、例えば第２番目のショット領域から複数個
のショット領域の露光においては、第１番目のショット
領域の露光中に求めた反射率を用いて、上記複数個のシ
ョット領域のスケーリング量のみを算出し、それ以降の
ショット領域では第１番目のショット領域から複数個の
ショット領域の露光中にそれぞれ求めた反射率を平均化
したものを用いて、残りのショット領域のスケーリング
量を算出するようにしても構わない。ここで、同一ロッ
ト内のウェハについては処理条件（例えば、下地やレジ
ストの種類・膜厚等）がほぼ同一であると考えられるの
で、上記の如くロフト内の１枚目のウェハの反射率（第
１シヨツトの反射率、もしくは上記の平均反射率）を、
そのまま２枚目以降のウェハに用いてスケーリング量を
算出するようにしても構わない。また、ロフト内の最初
のウェハに対して重ね合せ露光を行う際、ウェハ上の全
てのショット領域についてその反射率を求めておき、そ
れら反射率を平均したものを２枚目以降のウェハに適用
しても良い、この場合、レジスト層の厚みむら等による
ショット領域毎の反射率の違いによって生じ得るスケー
リング量の算出精度の低下を防止できるといった利点が
ある。尚、１枚目のウェハでは１シヨツト毎に反射率を
求めて平均化し、この平均値を用いて、スケーリング量
を求めていく、つまりウェハ上の第ｎ番目のショット領
域（ｎ≧２）を露光する場合は、第（ｎ−１）番目まで
のショット領域の反射率を平均したものを用いてスケー
リング量を求め、１シヨツト毎にＥＧＡデータを補正す
るか、もしくはレチクルステージを駆動してスケーリン
グによるアライメント誤差を補正していけば良い。また
、ウェハ上のショット領域をいくつかのブロックに分け
、ブロック毎に反射率を変えるようにしても構わない、
各ブロックでの反射率は、例えばブロック内の最初のシ
ョット領域の反射率とすれば良い。

また、上記実施例では説明を簡単にするため、第６図（
ａ）（図中の矢印）から明らかなように、２ｎｄ露光時
の露光光吸収による１ｓｔ露光シヨツト領域のスケーリ
ング量が、ウェハＷのほぼ中央に位置するシミツト領域
（ウェハセンタ）を中心として等友釣に生じているもの
として説明を行っていた。しかしながら、実際にはウェ
ハ上の１ｓｔ露光シヨツト領域の重ね合せ露光の順番等
に応じてウェハ内での熱分布が異なるため、上記■、■
式からスケーリング量を正確に求めることは難しくなり
得る。そこで、ウェハ上の１ｓｔ露光シヨツト領域の露
光位置Ｘ、　Ｙ　（第６図（ａ）中の配列座１ｊｉｌ！
３３に対応）及び露光順序を考慮し、１ｓｔ露光シヨツ
ト領域毎に上記■、■式の係数α、（Ｘ、Ｙ）、　　α
、（Ｘ、Ｙ）の値を適宜定めれば、より精度良くスケー
リング量を求めることができ、重ね合せ精度を向上させ
ることが可能となる。この際、ｌショット毎に係数αｘ
（ｘ、ｙ）。

α、（Ｘ、Ｙ）を変えなくとも、ショット領域の露光順
序等を考慮してウェハ上の１ｓｔ露光シヨツト領域を複
数のブロックに分け、ブロック毎に上記係数αつ、α、
を定めても構わない。尚、特に大口径ウェハ（例えば８
インチウェハ）では熱分布が大きく異なり得るため、上
記と同様の方法にて１シヨツト毎、もしくはブロック毎
に係数α８、α、を定めることが望ましい。

また、上記実施例においてはスケーリング補正について
述べたが、実際には２ｎｄ露光時の照射量によるウェハ
やウェハホルダの伸びに応じて１ｓｔ露光シヨツト領域
の大きさが変動するとともに、線形、非線形な歪みまで
も生じ得る。そこで、このような場合には、上記照射量
に応じた１ｓｔ露光シ→ツト領域内の複数点（例えばシ
ョットセンタと４隅の側５点）の各々におりる伸び玉（
スケ・−リング■に相当）を、上記実施例ど同様の動作
で■、■式から求める。そして、１：記伸び量からｔ　
ｓ　を露光ショット領域の大きさ及び歪みを演算にて算
用ｔ／、この結果に応じて１ノチクルバタ・−ンの投影
倍率どディス１、−ジョン（像歪）貝とを調整すれは、
より正確に爪ね合せ露光を行うことが可能どなる。

尚、投影倍率やデイスト・−ジョン量の調整力１去とし
ては、例えば投影１／ンズＰＬの少なくとも一部のレン
ズ素子を３次元的に８動するか、もし・くは光ｌ１ＩＩ
ＡＸどほぼ垂直な平面に対して２次元的ＩＣ傾斜ざゼる
、２つのレンズ素子の間に空気室を設けてその圧力を変
える、１／チクルＲと投影１ノンズＰＬどの間隔を変化
さ−＋する、または）ノチクルＲを光軸ＡＸどほぼ垂直
な平面に対して２次元的に傾斜させる方法等がある。

ここで、上記実施例ではアライメントセンサーとしてＴ
ＴＬ方式のＬＩＡ系を用いていたが、本発明ではいかな
る種類のアライメントセンサーを用いても構わない。ま
た、本発明を適用するのに好適なアライメント・方式は
Ｅ　Ｇ　Ａ方式に限られるものではなく、重ね合せ露光
に先立ってアライメントを行うものであれば、いか？７
る方式であっても本発明を適用できる。さら１・＝、本
発明は半導体素子製造用の露光装置た（づでなく、液晶
表示素子製造用の露光装置にも適用てぎ、」−記実旅例
ど同様の効果を得られる。ことは言うまでも１２い。

また、例えば特開昭６：３−２８３２１９号公報に開示
されているようなＴ　Ｔ　Ｒ（Ｔｈｒｏｕ）（ｈ　Ｔｈ
ｅＲｅｔ、１ｃｌｅ）方式のＬＩＡ系を用いてＤｌＤ方
式方式千金せ露光を行う場合には、上記スケーリング量
を考慮して次に露光１へきショット・領域までウェハス
テージをステッピングさせても良い。この場合は、常に
アライメント・用の干渉縞に対してつ５丁７ハマークを
土Ｐ／４以内に位置決めできるといった利点がある。ま
た、ウニ八表面の高さ方向（光軸ＡＸ方向）の位置を検
出する焦点検出手段（ＡＦセンザ−）としてエアマイク
ロメ−・りな用いる場合は、エアによるウェハの冷却ま
でも考慮してスケーリング量を求めることが望ましい。

［発明の効果］ 以上のように本発明の露光装置においては、π売時の基
板もしくはその保持部材に吸収される照射エネルギー玉
を測定する照射ｉ測定手段と、前記照射エネルギー量に
基づいてアライメント装置で求めた露光位置に対する位
置補正を行う補正手段とを備λにので、露光中に基板や
基板保持部材が伸びた場もでも、高度な重ね合１嗜精度
か得られる。また、高精度のＥＧＡ方式を用いた露光が
行えるため、ダイ・パイ・ダイ方式の露光装置１．″比
較し・で、効塞が良く、高いスループットが保証される
という利点を持つ。

露光するのに好適なウゴハの平面図、第３図は１、、　
Ｉ　Ａ系のアライメント原理を説明する図、第４−・・
第６図は本発明による露光位置の補正方法を説明する図
である。

［主要部分の符号の説明］

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスク上のパターンを基板上のパターンに重ね合
   せるアライメント装置を有する露光装置において、 露光時の前記基板もしくはその保持部材に吸収される照
   射エネルギー量を測定する照射量測定手段と、 前記照射エネルギー量に基づいて前記アライメント装置
   で求めた露光位置に対する位置補正を行う補正手段とを
   備えたことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記照射量測定手段が、前記基板上に照射される
   露光光入射量を測定する入射量測定手段と、前記基板で
   反射される露光光反射量を測定する反射量測定手段とを
   含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。