露光装置、露光方法、半導体装置の製造方法
【課題】 ウェハステージの移動距離を短くして作業時間を短縮する。
【解決手段】 マスクステージ１４は、マスクステージ基準マーク１５を備えると共にマスク３０を支持する。ウェハステージ１６は、マスクステージ１４に対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置され、ウェハ４０を支持する。ナノインプリント装置２４は、ウェハ４０上にアラインメントマーク４４を形成可能である。オンアクシスカメラ２０は、マスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４とを投影光学系１２を介して同時に撮像する。位置調整装置２６は、マスクステージ１４に対するウェハステージ１６の位置を調整可能であって、かつ、マスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４をオンアクシスカメラ２０によって撮像することにより得られる画像データに基づいて、ウェハステージ１６の位置を調整する。
【解決手段】 マスクステージ１４は、マスクステージ基準マーク１５を備えると共にマスク３０を支持する。ウェハステージ１６は、マスクステージ１４に対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置され、ウェハ４０を支持する。ナノインプリント装置２４は、ウェハ４０上にアラインメントマーク４４を形成可能である。オンアクシスカメラ２０は、マスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４とを投影光学系１２を介して同時に撮像する。位置調整装置２６は、マスクステージ１４に対するウェハステージ１６の位置を調整可能であって、かつ、マスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４をオンアクシスカメラ２０によって撮像することにより得られる画像データに基づいて、ウェハステージ１６の位置を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、半導体製造プロセスにおいて、マスク（フォトマスク又はレチクルとも呼ばれる）に形成されたパターンをウェハに投影する露光装置と露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、マスクに形成されたパターンを、表面に感光性膜が形成されているウェハに投影する露光装置が開示されている。この種の露光装置は、マスクを支持するマスクステージと、ウェハを支持するウェハステージと、マスクを介して入射する光を縮小してウェハに投影する投影光学系を備えている。マスクステージにはマスクステージ基準マークが備えられ、ウェハステージにはウェハステージ基準マークが備えられている。この露光装置では、上記のマスクステージ基準マークと、ウェハステージ基準マークを基準としてマスクステージとウェハステージを位置合わせした上で、ウェハへのパターンの投影を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７９４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の露光装置においては、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせのための情報を取得するために、マスクステージに形成されたマスクステージ基準マークとウェハステージに形成されたウェハステージ基準マークを利用する。すなわち、オンアクシスカメラによってマスクステージ基準マークとウェハステージ基準マークとを投影光学系を介して同時に撮像しながら、両基準マークが所定の位置関係となるようにマスクステージに対するウェハステージの位置を調整し、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報を取得する。このオンアクシスカメラは、ウェハ表面に形成されている感光性膜を反応させる波長の光を用いるため、ウェハ上にウェハステージ基準マークを設けると、ウェハステージ基準マークを撮影する際にウェハ表面の感光性膜が反応してしまう。このため、従来の露光装置では、ウェハステージ上のウェハが支持される部分の外側にウェハステージ基準マークが設けられていた。その結果、ウェハステージ基準マークを撮像するためには、マスクステージに対してウェハステージを長い距離移動させる必要があり、その分作業時間も長くなるという問題が生じていた。
【０００５】
本明細書では、マスクステージとウェハステージの位置合わせをする際のマスクステージに対するウェハステージの移動距離を短くして作業時間を短縮する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される技術は、パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより、前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハに投影する露光装置として具現化される。この露光装置は、マスクステージと、ウェハステージと、マーク形成装置と、オンアクシスカメラと、位置調整装置と、制御装置と、を備える。マスクステージは、マスクステージ基準マークを備えると共に前記マスクを支持する。ウェハステージは、マスクステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置され、前記ウェハを支持する。マーク形成装置は、ウェハステージに支持されたウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成する。オンアクシスカメラは、感光性膜が反応する光を用いて、マスクステージ基準マークとアラインメントマークとを投影光学系を介して同時に撮像可能となっている。位置調整装置は、マスクステージに対するウェハステージの位置を調整可能となっている。制御装置は、オンアクシスカメラによってマスクステージ基準マークとアラインメントマークを撮像しながら位置調整装置によりマスクステージに対するウェハステージの位置を調整することで、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報を取得する。
【０００７】
この露光装置では、マスクステージとウェハステージの位置合わせ情報の取得を、マスクステージ基準マークと、ウェハ表面に形成されたアラインメントマークにより行う。アラインメントマークは、ウェハ表面に形成されているため、アラインメントマークをオンアクシスカメラで撮像可能な位置まで移動させる際のマスクステージに対するウェハステージの移動距離は、従来の露光装置においてウェハステージ基準マークをオンアクシスカメラで撮像可能な位置まで移動させる際の移動距離に比べて短くなる。その結果、作業時間を短縮することができる。また、アラインメントマークは、ウェハ表面のうち半導体装置が形成されない外周部分に形成されている。このため、アラインメントマークをオンアクシスカメラで撮像しても、半導体装置が形成される部分の感光性膜に影響しない。さらに、アライメントマークの形成は、ウェハをウェハステージ上に支持した状態で行われる。このため、ウェハステージにウェハを載置する前に、ウェハの表面にアライメントマークを形成しておく必要はない。
【０００８】
上記の露光装置は、感光性膜が反応しない光を用いて、投影光学系を介することなくウェハを撮像可能なオフアクシスカメラをさらに備えていてもよい。この場合に、ウェハは半導体装置が形成される内周部分にウェハ基準マークを備えることができ、また、マーク形成装置は、オフアクシスカメラに固定することができる。そして、マーク形成装置は、オフアクシスカメラがウェハ基準マークに位置合わせされたときにアラインメントマークを形成してもよい。
【０００９】
この構成によると、オフアクシスカメラがウェハ基準マークに位置合わせされた位置で、アラインメントマークをウェハ上に形成することができる。このため、ウェハ基準マークとアライメントマークの位置関係は、オフアクシスカメラとマーク形成装置の位置関係と同一となる。したがって、アラインメントマークを改めてオフアクシスカメラで撮像しながら位置合わせを行う工程を不要とすることができる。作業時間を短縮することができる。
【００１０】
上記の露光装置では、制御装置は、さらに、オフアクシスカメラによってウェハ基準マークを撮像しながら位置調整装置によりマスクステージに対するウェハステージの位置を調整することで、オフアクシスカメラに対するウェハ基準マークの位置合わせを行うと共に、その位置合わせをした位置でウェハの表面にアライメントマークを形成し、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報と、オフアクシスカメラに対するマーク形成装置の位置情報に基づいて、位置調整装置によりマスクステージに対するウェハステージの位置を調整してマスクのパターンをウェハに投影するようにしてもよい。
【００１１】
この構成によると、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報と、オフアクシスカメラとマーク形成装置の位置関係と、に基づいてマスクステージとウェハステージを位置合わせし、マスクのパターンをウェハの所望の位置に投影することができる。所望のパターンが投影されたウェハを正確に形成することができる。
【００１２】
本明細書によって開示されるもう一つの技術は、パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハ上に投影する露光方法である。この露光方法は、ウェハステージに支持されたウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成する工程と、マスクステージに対するウェハステージの位置を調整しながらオンアクシスカメラによってマスクステージのマスクステージ基準マークとアラインメントマークを撮像することでマスクステージとウェハステージの位置合わせを行う工程と、を備える。
【００１３】
この方法によると、マスクステージに対してウェハステージの位置合わせをする際のマスクステージに対するウェハステージの移動距離を従来よりも短くすることができ、作業時間を短縮することができる。
【００１４】
また、上記の露光方法による露光工程を有する半導体装置の製造方法も、新規で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】露光装置の構成及び露光方法を説明する図（１）。
【図２】露光方法を説明する図（２）。
【図３】露光方法を説明する図（３）。
【図４】露光方法を説明する図（４）。
【図５】露光方法を説明する図（５）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に説明する実施例の技術的特徴を列挙する。
（形態１） マーク形成装置として、ナノインプリント装置が用いられている。
（形態２） オンアクシスカメラは、λ＝３６５ｎｍの露光光を撮像対象に照射する。
（形態３） オフアクシスカメラは、λ＝５９０±６０ｎｍのハロゲンランプ光を撮像対象に照射する。
（形態４） アラインメントマークは、ウェハ表面に塗布されているフォトレジスト膜上に形成される。そのため、オンアクシスカメラによって露光光を照射してから読み取り可能になるまでの時間が短く済む。
（形態５） アラインメントマークは、ウェハの表面のうちパターンが投影されない外周部分に形成される。従って、仮にオンアクシスカメラによって露光光を照射することによってアラインメントマーク周囲のフォトレジストが露光された場合であっても、パターンの投影に影響を及ぼすことがない。
（形態６） マスクはマスク基準マークを備えている。マスク基準マークとマスクステージ基準マークとを位置合わせすることにより、マスクとマスクステージの位置合わせを行う。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して実施例を説明する。図１は、本実施例の露光装置２の構成の概略を示している。露光装置２は、半導体装置を製造する装置として用いられ、マスク３０に形成されたパターン（回路パターン、素子パターン、配線パターン等）を投影光学系１２により縮小し、縮小したパターンをウェハ４０上に投影する。本実施例の露光装置２は、マスク３０を固定して、ウェハ４０を間欠移動させながらマスク３０のパターンをウェハ４０の複数箇所に投影する投影露光装置（ステッパ）である。露光装置２は、光源１０と、投影光学系１２と、マスクステージ１４と、ウェハステージ１６と、制御部１８と、オンアクシスカメラ２０と、オフアクシスカメラ２２と、ナノインプリント装置２４と、位置調整装置２６と、を備える。マスクステージ１４上にはマスク３０が支持されている。また、ウェハステージ１６上にはウェハ４０が支持されている。
【００１８】
光源１０は、ウェハ４０の表面に塗布されるフォトレジスト（感光剤）が反応する波長の光を照射する。光源１０には、例えば、高圧水銀ランプやエキシマレーザー、その他のレーザー装置等を用いることができる。光源１０から出射された露光光１００は、光源１０の近傍に設けられた反射ミラー１１ａ、１１ｂによって反射されて、マスクステージ１４に支持されたマスク３０に照射される（図５参照）。マスク３０に照射された露光光１００は、投影光学系１２を介してウェハ４０に照射される（図５参照）。
【００１９】
マスクステージ１４は、上記の光源１０と投影光学系１２の間に配置されている。マスクステージ１４は、その中心に開口部が形成されており、その開口部の周縁でマスク３０の周縁部を支持するようになっている。光源１０からマスク３０に照射された露光光１００は、マスクステージ１４の開口部から投影光学系１２に入射するようになっている（図５参照）。マスクステージ１４には、マスクステージ１４とマスク３０との位置調整、及び、マスクステージ１４とウェハステージ１６との位置調整を行うための基準となるマスクステージ基準マーク１５が形成されている。マスクステージ基準マーク１５は上記のオンアクシスカメラ２０によって撮像可能とされている。マスクステージ１４は、図示しないフレームに固定されており、光源１０及び投影光学系１２等との位置関係が変動しないようにされている。
【００２０】
上述したマスクステージ１４には、マスク３０が支持される（図４、図５参照）。マスク３０は、通常ガラス板で形成されている。マスク３０には、所望する半導体装置に応じた回路パターン等が形成されているとともに、マスク３０とマスクステージ１４との位置調整を行うためのマスク基準マーク３２が形成されている。マスク基準マーク３２も、上記のオンアクシスカメラ２０によって撮像可能とされている。マスク３０に露光光１００が照射されると、マスク３０に形成されたパターンが、投影光学系１２を介してウェハ４０の表面に投影されるようになっている。
【００２１】
なお、マスクステージ１４の近傍には、マスクステージ１４上でマスク３０の位置を調整するマスク調整機構３４が備えられている。マスク調整機構３４には、例えば、アームロボット等が用いられる。
【００２２】
投影光学系１２は、マスクステージ１４の下方（図１のＺ軸方向）に配置されている。本実施例におけるＺ軸方向とは、図１に示すように、マスク３０からウェハ４０に投影される露光光１００（図５参照）の光軸１００ａに平行な方向（垂直方向）を指す。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向とはＺ軸方向に垂直な平面内で相互に直交する方向（水平方向）を指し、回転軸方向とはＺ軸周りの回転方向を指す。投影光学系１２は、複数のレンズ５０から構成されており、マスク３０を介して入射する光を縮小してウェハ４０に投影する。例えば、投影光学系１２には、マスク３０に形成された回路パターンを、例えば１／４倍、１／５倍又は１／１０倍に縮小してウェハ４０に投影するように複数のレンズ５０が配されている。
【００２３】
ウェハステージ１６は、投影光学系１２の下方（図１のＺ軸方向）に配置されており、投影光学系１２を挟んでマスクステージ１４と対向している。ウェハステージ１６は、その上面にウェハ４０を支持する。ウェハステージ１６に支持されたウェハ４０には、マスク３０に照射された露光光１００がマスク３０と投影光学系１２を介して投影される（図５参照）。ウェハステージ１６は、位置調整装置２６に連結されている。位置調整装置２６は、制御部１８に接続されており、制御部１８からの駆動制御指令に従い、ウェハステージ１６をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動する。位置調整装置２６によるウェハステージ１６の駆動情報（位置情報（モータ等の回転角度等））は、制御部１８に入力される。制御部１８は、位置調整装置２６からの駆動情報に基づいて、ウェハステージ１６の位置を算出することができる。
【００２４】
上述したウェハステージ１６上に支持されるウェハ４０は、マスク３０のパターンが投影される基板である。ウェハ４０には、ウェハ４０とウェハステージ１６との位置関係を特定するためのウェハ基準マーク４２が形成されている。本実施例では、ウェハ基準マーク４２は、上記のオフアクシスカメラ２２で撮像される。ウェハ４０の表面にはフォトレジストが塗布され、フォトレジスト膜が形成されている。上記のウェハ基準マーク４２は、ウェハ４０内のうち、露光光１００によってマスク３０のパターンが投影される範囲の一部に形成されている。また、このウェハ基準マーク４２は、上記のフォトレジスト膜の下に形成されている。上記のフォトレジストは、半導体製造プロセスに用いられる種々のものを使用することができ、露光光１００が投影されることによって物性が変化し、後に続くエッチングなどの処理から物質表面を保護する作用を有している。本実施例では、フォトレジストの性質（ポジ型やネガ型）については限定しない。
【００２５】
オンアクシスカメラ２０は、図示しない光源と撮像装置を備え、撮像対象に光を照射し、撮像対象から反射される光を受光することによって像を得る装置である。オンアクシスカメラ２０は、図３に示すように、投影光学系１２を介して撮像対象を撮像するものである。そのため、オンアクシスカメラ２０の光源には、露光用の光源１０と同一波長の光を出射できるものが用いられている。本実施例では、オンアクシスカメラ２０の光源としては、例えば高圧水銀ランプ等のレーザー装置が用いられる。本実施例のオンアクシスカメラ２０は、λ＝３６５ｎｍの露光光（ｉ線）を撮像対象に対して照射することができる。また、オンアクシスカメラ２０の撮像装置としては、例えば、ＣＣＤ素子等の光電変換素子を用いることができる。本実施例では、オンアクシスカメラ２０は、マスクステージ１４の上方に配置されている。なお、オンアクシスカメラ２０の照射光の光軸２０ａは、図３に示すように、投影光学系１２の各レンズ５０の周縁部に照射されるため、各レンズ５０を透過することによって屈折する。オンアクシスカメラ２０は、ウェハ４０上に形成されたアラインメントマーク４４（後述する）と、マスクステージ基準マーク１５とを、投影光学系１２を介して同時に撮像することができる（図３参照）。また、オンアクシスカメラ２０は、マスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５を同時に撮像することもできる（図４参照）。この場合は、オンアクシスカメラ２０は、投影光学系１２を介することなく、マスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５を撮像する。オンアクシスカメラ２０によって撮像された画像は、制御部１８に出力される。
【００２６】
オフアクシスカメラ２２も、上記のオンアクシスカメラ２０と同様に、図示しない光源と撮像装置を備え、撮像対象に光を照射し、撮像対象から反射される光を受光することによって像を得る装置である。オフアクシスカメラ２２は、図１に示すように、投影光学系１２を介さずに撮像対象を撮像するものである。従って、オフアクシスカメラ２２の光源には、ウェハ４０表面のフォトレジスト（感光剤）が反応しない任意の波長の光を出射できるものを用いることができる。本実施例では、オフアクシスカメラ２２の光源としては、例えばハロゲンランプが用いられる。そのため、オフアクシスカメラ２２は、λ＝５９０±６０ｎｍのハロゲンランプ光を照射することができる。オフアクシスカメラ２２の撮像装置としては、例えば、ＣＣＤ素子等の光電変換素子を用いることができる。本実施例では、オフアクシスカメラ２２は、投影光学系１２の側方、即ち露光光１００の光軸１００ａから外れた位置であって、ウェハステージ１６の上方に配置されている。本実施例では、オフアクシスカメラ２２は、ウェハ４０に形成されたウェハ基準マーク４２を、投影光学系１２を介することなく撮像することができる。オフアクシスカメラ２２によって撮像された画像は、制御部１８に出力される。
【００２７】
ナノインプリント装置２４は、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上にアラインメントマーク４４を作成する装置である。ナノインプリント装置２４は、上記のオフアクシスカメラ２２の側方に固定されている。ナノインプリント装置２４は、図２に示すように、本体であるＵＶ光照射部５４と、そのＵＶ光照射部５４内に収容されている原版５６とを備える。ＵＶ光照射部５４は、ＵＶ光を出射する光源（図示省略）を内蔵しており、原版５６にＵＶ光を照射可能である。ナノインプリント装置２４は、アラインメントマーク４４を形成する際に、ＵＶ光照射部５４の下端からウェハ４０に向かって原版５６を前進させ、その下端面をウェハ４０の表面に当接させることができる。原版５６の下端面にはパターン５８が形成されている。図２に示すように、原版５６の下端面をウェハ４０の表面に当接させた状態で、ＵＶ光照射部５４から原版５６にＵＶ光を照射することにより、原版５６の下端面が当接するフォトレジストに原版５６のパターン５８を転写することができる。これにより、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上に、パターン５８に応じた形状のアラインメントマーク４４が形成されることとなる。ナノインプリント装置２４では、原版５６の前進及び収容、ＵＶ光照射部５４から原版５６へのＵＶ光の照射等の各動作は、制御部１８からの信号に応じて行われる。
【００２８】
上記のナノインプリント装置２４によるアラインメントマーク４４の形成は、オフアクシスカメラ２２がウェハ基準マーク４２に位置合わせされた位置において、ウェハステージ１６を移動させることなく行われる（図１、図２参照）。ナノインプリント装置２４は、オフアクシスカメラ２２に固定されているため、ナノインプリント装置２４とオフアクシスカメラ２２との位置関係は予め決まっており、既知である。このため、オフアクシスカメラ２２がウェハ基準マーク４２を撮像した位置でアライメントマーク４４を形成すると、ウェハ基準マーク４２とアライメントマーク４４の位置関係はオフアクシスカメラ２２とナノインプリント装置２４との位置関係と同一となる。これによって、本実施例では、オフアクシスカメラ２２に対してアライメントマーク４４を位置合わせする工程を省略することができる。
【００２９】
また、本実施例では、ナノインプリント装置２４によって形成されるアラインメントマーク４４は、ウェハ４０の中心部から見て、ウェハ基準マーク４２より径方向外側であって、かつ、露光光１００（図５参照）によってパターンが投影されない部分に形成される。そのため、オンアクシスカメラ２０の露光光によってアラインメントマーク４４の周囲のフォトレジストが露光されても、その後に行われる、露光光１００によるマスク３０のパターンの投影に影響を及ぼすことはない。なお、アラインメントマーク４４は、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上に形成される。そのため、ウェハ４０の外周部（露光光１００によってパターンが投影されない部分）に予めアライメントマークを形成しておき、そのウェハ４０の表面にフォトレジスト膜を形成した場合と比較して、オンアクシスカメラ２０によってアライメントマークを読み取り可能になるまでの時間が短く済む。すなわち、フォトレジスト膜の下方にアライメントマークを形成した場合、そのアライメントマークを撮影するためには、そのアライメントマーク上方のフォトレジスト膜を感光しなければならない。このため、アライメントマークが撮影可能となるまでにある程度の時間を要する。しかしながら、本実施例では、アライメントマーク４４がフォトレジスト膜の表面に形成されているため、このような時間を要しない。
【００３０】
制御部１８は、図示しないＣＰＵや記憶部を有しており、露光装置２の動作を制御する。制御部１８には、光源１０、位置調整装置２６、マスク位置調整機構３４、オンアクシスカメラ２０、オフアクシスカメラ２２、ナノインプリント装置２４が接続されている。なお、図１〜図５において、制御部１８と上記の各装置との配線の図示は省略している。制御部１８は、位置調整装置２６からの駆動情報、オンアクシスカメラ２０及びオフアクシスカメラ２２からの画像データが入力される。制御部１８は、入力される各種情報に基づいて、光源１０、位置調整装置２６、マスク位置調整機構３４、ナノインプリント装置２４等を制御する。
【００３１】
以上、本実施例の露光装置２の構成について詳述した。以下に、本実施例の露光装置２において、マスク３０とウェハ４０の位置を調整し、マスク３０のパターンをウェハ４０に投影する方法の一例を図１〜図５を参照して以下に説明する。
【００３２】
図１に示すように、まず、制御部１８は、オフアクシスカメラ２２でウェハ４０の表面を撮影しながら、ウェハ基準マーク４２がオフアクシスカメラ２２で撮影される画像内の所定の位置（例えば、画像の中心）となるように位置調整装置２６を駆動し、ウェハステージ１６の位置決めを行う。
【００３３】
次いで、図２に示すように、制御部１８は、オフアクシスカメラ２２に対してウェハ基準マーク４２を位置合わせした位置からウェハステージ１６を移動させることなく、ナノインプリント装置２４を起動させる。ナノインプリント装置２４は、原版５６をウェハ４０に向けて前進させ、原版５６の下端面をウェハ４０の表面に当接させる。次いで、ＵＶ光照射部５４は原版５６に向けてＵＶ光を照射する。このＵＶ光の照射により、原版５６の下端面に形成されたパターン５８に対応するアラインメントマーク４４が、ウェハ４０の中心部から見て、ウェハ基準マーク４２より径方向外側であって、かつ、露光光１００（図５参照）によってパターンが投影されない外周部分に形成される。また、アラインメントマーク４４は、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上に形成される。ナノインプリント装置２４はオフアクシスカメラ２２に固定されているため、ウェハ基準マーク４２とアラインメントマーク４４の位置関係は、オフアクシスカメラ２２とナノインプリント装置２４の位置関係と同一となる。
【００３４】
次いで、図３に示すように、制御部１８は、オンアクシスカメラ２０でウェハ４０の表面を撮影しながら、オンアクシスカメラ２０で撮影される画像内でマスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４が所定の位置関係（例えば、両マークが重なり合う位置関係）となるように位置調整装置２６を駆動し、ウェハステージ１６の位置決めを行う。制御部１８は、オンアクシスカメラ２０で撮影される画像内でマスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４が所定の位置関係となったときのウェハステージ１６の位置情報（すなわち、マスクステージ１４に対するウェハステージ１６の位置情報）を算出して記憶する。この位置情報は、位置調整装置２６から入力される駆動情報に基づいて算出される。
【００３５】
次いで、図４に示すように、制御部１８は、マスク調整機構３４を起動させる。マスク調整機構３４は、アーム（図示省略）を用いてマスク３０をマスクステージ１４上に載置する。制御部１８は、オンアクシスカメラ２０で、載置されたマスク３０のマスク基準マーク３２と、マスクステージ１４のマスクステージ基準マーク１５とを同時に撮像する。オンアクシスカメラ２０によって撮像された画像データは、制御部１８に入力される。制御部１８は、オンアクシスカメラ２０から入力された画像データに基づいて、画像データ内のマスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５の位置が一致するようにマスク調整機構３４を駆動する。制御部１８は、マスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５の位置が一致する位置で、マスク調整機構３４の駆動を停止する。これにより、マスク３０とマスクステージ１４とが位置合わせされたこととなる。
【００３６】
次いで、図５に示すように、制御部１８は、位置調整装置２６に内蔵されているモータの回転角度を監視しながら、所定の位置にウェハ４０が位置するように位置調整装置２６を駆動する。ここでいう所定の位置とは、露光光を照射してマスクに形成されたパターンを投影するためのウェハ４０の位置をいう。投影のためのウェハ４０の所定の位置は、あらかじめ制御部１８にウェハ基準マーク４２との相対位置として記憶されている。ここで、ウェハ基準マーク４２とアライメントマーク４４の位置関係は取得済みであり、アライメントマーク４４とマスクステージ基準マーク１５の位置関係も取得済みである。このため、ウェハ基準マーク４２とマスクステージ基準マーク１５の位置関係を特定することができ、この特定した位置関係に基づいて、所望の位置にマスク３０のパターンを投影することができる。なお、本実施例のウェハ４０には、パターンを投影するための複数の領域が備わっており、制御部１８には、それぞれの領域の相対位置が記憶されている。制御部１８は、特定されるウェハ基準マーク４２とマスクステージ基準マーク１５の位置関係に基づいて、各領域についてウェハステージ１６を位置決めする位置を算出する。そして、制御部１８は、その算出した位置にウェハステージ１６を位置決めすることで、マスク３０のパターンを投影する所望の位置に、パターンを投影する露光光１００の焦点が合うようにウェハ４０を位置決めすることができる。
【００３７】
次いで、制御部１８は光源１０を駆動し、露光光１００を発生させる。これによって、露光光１００は反射ミラー１１ａ、１１ｂを介して、マスクステージ１４に支持されたマスク３０に照射される。露光光１００がマスク３０に照射されることにより、マスク３０のパターンが投影光学系１２に向けて出射される。出射されたパターンは、投影光学系１２を透過して縮小されてウェハ４０に照射される。これにより、マスク３０のパターンがウェハ４０に投影される。さらに、制御部１８は位置調整装置２６を駆動して、ウェハ４０の位置決めと光源１０の駆動を繰り返すことで、所望のパターンが投影されたウェハ４０が得られる。
【００３８】
上記の説明から明らかなように、本実施例のナノインプリント装置２４が請求項に記載のマーク形成装置に対応する。また、本実施例のフォトレジスト膜が請求項に記載の感光性膜に対応する。
【００３９】
本実施例の露光装置２によると、ウェハ４０上に形成したアラインメントマーク４４と、マスクステージ基準マーク１５とをオンアクシスカメラ２０によって撮像することで、マスクステージ１４とウェハステージ１６の位置合わせを行う。そのため、アラインメントマーク４４をオンアクシスカメラ２０で撮像可能な位置まで移動させる際のウェハステージ１６の移動距離が、従来の露光装置における、ウェハステージに設けられたウェハステージ基準マークをオンアクシスカメラで撮像可能な位置まで移動させる際のウェハステージの移動距離に比べて短く済む。また、マスクステージ１４とウェハステージ１６の位置合わせ後にウェハ４０を所望のパターン投影位置に移動させる際のウェハステージ１６の移動距離も短く済む。そのため、作業時間を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施例の露光装置２によると、ナノインプリント装置２４は、オフアクシスカメラ２２に固定されているため、オフアクシスカメラ２２の撮像位置（ウェハ基準マーク４２の位置）と、ナノインプリント装置２４によって形成されるアラインメントマーク４４の形成位置との位置関係は予め決まっており、既知である。そのため、ナノインプリント装置２４で形成したアラインメントマーク４４を改めてオフアクシスカメラ２２で撮像して、オフアクシスカメラ２２とアラインメントマーク４４を位置合わせする必要がない。作業時間を短縮することができる。
【００４１】
上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の実施例の露光装置２は、マスク３０を固定してマスク３０のパターンをウェハ４０に露光する投影露光装置（ステッパ）であるが、露光装置２はステッパには限られない。従って、例えば、マスクステージ１４とウェハステージ１６を固定してマスク３０のパターンをウェハ４０に露光する投影露光装置（アライナー）としてもよい。また、マスクステージ１４とウェハステージ１６を互いに同期移動させながらマスク３０のパターンをウェハ４０に露光する走査型の投影露光装置（スキャナ）としてもよい。
【００４２】
（２）上記の実施例では、投影光学系１２は、倍率が固定の複数のレンズ５０で構成されているが、投影光学系１２は、倍率を変更可能な複数のレンズ５０で構成してもよい。また、単一のレンズ５０で構成してもよい。
【００４３】
（３）上記の実施例では、マスクステージ１４は固定されているが、マスクステージ１４は、モータ等の駆動装置によって、垂直方向、水平方向、及び回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動可能に構成されていてもよい。
【００４４】
（４）上記の実施例では、オフアクシスカメラ２２とウェハ基準マーク４２を位置合わせした位置でアライメントマーク４４を形成することで、オフアクシスカメラ２２とアライメントマーク４４を位置合わせする工程を省略したが、本願の技術はこのような形態に限られない。ウェハ４０の外周部であればどのような位置にアライメントマーク４４を形成してもよい。この場合には、オフアクシスカメラ２２とアライメントマーク４４を位置合わせし、オフアクシスカメラ２２に対するアライメントマーク４４の位置情報を取得する。これによって、ウェハ基準マーク４２とアライメントマーク４４の位置関係を特定することができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４６】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４７】
２：露光装置、１０：光源、１１ａ、１１ｂ：反射ミラー、１２：投影光学系、１４：マスクステージ、１５：マスクステージ基準マーク、１６：ウェハステージ、１８：制御部、２０：オンアクシスカメラ、２２：オフアクシスカメラ、２４：ナノインプリント装置、２６：位置調整装置、３０：マスク、３２：マスク基準マーク、３４：マスク調整機構、４０：ウェハ、４２：ウェハ基準マーク、４４：アラインメントマーク、５０：レンズ、５２：マスクステージ基準マーク、５４：ＵＶ光照射部、５６：原版、５８：パターン、１００：露光光
【技術分野】
【０００１】
本明細書によって開示される技術は、半導体製造プロセスにおいて、マスク（フォトマスク又はレチクルとも呼ばれる）に形成されたパターンをウェハに投影する露光装置と露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、マスクに形成されたパターンを、表面に感光性膜が形成されているウェハに投影する露光装置が開示されている。この種の露光装置は、マスクを支持するマスクステージと、ウェハを支持するウェハステージと、マスクを介して入射する光を縮小してウェハに投影する投影光学系を備えている。マスクステージにはマスクステージ基準マークが備えられ、ウェハステージにはウェハステージ基準マークが備えられている。この露光装置では、上記のマスクステージ基準マークと、ウェハステージ基準マークを基準としてマスクステージとウェハステージを位置合わせした上で、ウェハへのパターンの投影を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７９４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の露光装置においては、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせのための情報を取得するために、マスクステージに形成されたマスクステージ基準マークとウェハステージに形成されたウェハステージ基準マークを利用する。すなわち、オンアクシスカメラによってマスクステージ基準マークとウェハステージ基準マークとを投影光学系を介して同時に撮像しながら、両基準マークが所定の位置関係となるようにマスクステージに対するウェハステージの位置を調整し、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報を取得する。このオンアクシスカメラは、ウェハ表面に形成されている感光性膜を反応させる波長の光を用いるため、ウェハ上にウェハステージ基準マークを設けると、ウェハステージ基準マークを撮影する際にウェハ表面の感光性膜が反応してしまう。このため、従来の露光装置では、ウェハステージ上のウェハが支持される部分の外側にウェハステージ基準マークが設けられていた。その結果、ウェハステージ基準マークを撮像するためには、マスクステージに対してウェハステージを長い距離移動させる必要があり、その分作業時間も長くなるという問題が生じていた。
【０００５】
本明細書では、マスクステージとウェハステージの位置合わせをする際のマスクステージに対するウェハステージの移動距離を短くして作業時間を短縮する技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される技術は、パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより、前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハに投影する露光装置として具現化される。この露光装置は、マスクステージと、ウェハステージと、マーク形成装置と、オンアクシスカメラと、位置調整装置と、制御装置と、を備える。マスクステージは、マスクステージ基準マークを備えると共に前記マスクを支持する。ウェハステージは、マスクステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置され、前記ウェハを支持する。マーク形成装置は、ウェハステージに支持されたウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成する。オンアクシスカメラは、感光性膜が反応する光を用いて、マスクステージ基準マークとアラインメントマークとを投影光学系を介して同時に撮像可能となっている。位置調整装置は、マスクステージに対するウェハステージの位置を調整可能となっている。制御装置は、オンアクシスカメラによってマスクステージ基準マークとアラインメントマークを撮像しながら位置調整装置によりマスクステージに対するウェハステージの位置を調整することで、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報を取得する。
【０００７】
この露光装置では、マスクステージとウェハステージの位置合わせ情報の取得を、マスクステージ基準マークと、ウェハ表面に形成されたアラインメントマークにより行う。アラインメントマークは、ウェハ表面に形成されているため、アラインメントマークをオンアクシスカメラで撮像可能な位置まで移動させる際のマスクステージに対するウェハステージの移動距離は、従来の露光装置においてウェハステージ基準マークをオンアクシスカメラで撮像可能な位置まで移動させる際の移動距離に比べて短くなる。その結果、作業時間を短縮することができる。また、アラインメントマークは、ウェハ表面のうち半導体装置が形成されない外周部分に形成されている。このため、アラインメントマークをオンアクシスカメラで撮像しても、半導体装置が形成される部分の感光性膜に影響しない。さらに、アライメントマークの形成は、ウェハをウェハステージ上に支持した状態で行われる。このため、ウェハステージにウェハを載置する前に、ウェハの表面にアライメントマークを形成しておく必要はない。
【０００８】
上記の露光装置は、感光性膜が反応しない光を用いて、投影光学系を介することなくウェハを撮像可能なオフアクシスカメラをさらに備えていてもよい。この場合に、ウェハは半導体装置が形成される内周部分にウェハ基準マークを備えることができ、また、マーク形成装置は、オフアクシスカメラに固定することができる。そして、マーク形成装置は、オフアクシスカメラがウェハ基準マークに位置合わせされたときにアラインメントマークを形成してもよい。
【０００９】
この構成によると、オフアクシスカメラがウェハ基準マークに位置合わせされた位置で、アラインメントマークをウェハ上に形成することができる。このため、ウェハ基準マークとアライメントマークの位置関係は、オフアクシスカメラとマーク形成装置の位置関係と同一となる。したがって、アラインメントマークを改めてオフアクシスカメラで撮像しながら位置合わせを行う工程を不要とすることができる。作業時間を短縮することができる。
【００１０】
上記の露光装置では、制御装置は、さらに、オフアクシスカメラによってウェハ基準マークを撮像しながら位置調整装置によりマスクステージに対するウェハステージの位置を調整することで、オフアクシスカメラに対するウェハ基準マークの位置合わせを行うと共に、その位置合わせをした位置でウェハの表面にアライメントマークを形成し、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報と、オフアクシスカメラに対するマーク形成装置の位置情報に基づいて、位置調整装置によりマスクステージに対するウェハステージの位置を調整してマスクのパターンをウェハに投影するようにしてもよい。
【００１１】
この構成によると、マスクステージに対するウェハステージの位置合わせ情報と、オフアクシスカメラとマーク形成装置の位置関係と、に基づいてマスクステージとウェハステージを位置合わせし、マスクのパターンをウェハの所望の位置に投影することができる。所望のパターンが投影されたウェハを正確に形成することができる。
【００１２】
本明細書によって開示されるもう一つの技術は、パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハ上に投影する露光方法である。この露光方法は、ウェハステージに支持されたウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成する工程と、マスクステージに対するウェハステージの位置を調整しながらオンアクシスカメラによってマスクステージのマスクステージ基準マークとアラインメントマークを撮像することでマスクステージとウェハステージの位置合わせを行う工程と、を備える。
【００１３】
この方法によると、マスクステージに対してウェハステージの位置合わせをする際のマスクステージに対するウェハステージの移動距離を従来よりも短くすることができ、作業時間を短縮することができる。
【００１４】
また、上記の露光方法による露光工程を有する半導体装置の製造方法も、新規で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】露光装置の構成及び露光方法を説明する図（１）。
【図２】露光方法を説明する図（２）。
【図３】露光方法を説明する図（３）。
【図４】露光方法を説明する図（４）。
【図５】露光方法を説明する図（５）。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に説明する実施例の技術的特徴を列挙する。
（形態１） マーク形成装置として、ナノインプリント装置が用いられている。
（形態２） オンアクシスカメラは、λ＝３６５ｎｍの露光光を撮像対象に照射する。
（形態３） オフアクシスカメラは、λ＝５９０±６０ｎｍのハロゲンランプ光を撮像対象に照射する。
（形態４） アラインメントマークは、ウェハ表面に塗布されているフォトレジスト膜上に形成される。そのため、オンアクシスカメラによって露光光を照射してから読み取り可能になるまでの時間が短く済む。
（形態５） アラインメントマークは、ウェハの表面のうちパターンが投影されない外周部分に形成される。従って、仮にオンアクシスカメラによって露光光を照射することによってアラインメントマーク周囲のフォトレジストが露光された場合であっても、パターンの投影に影響を及ぼすことがない。
（形態６） マスクはマスク基準マークを備えている。マスク基準マークとマスクステージ基準マークとを位置合わせすることにより、マスクとマスクステージの位置合わせを行う。
【実施例】
【００１７】
図面を参照して実施例を説明する。図１は、本実施例の露光装置２の構成の概略を示している。露光装置２は、半導体装置を製造する装置として用いられ、マスク３０に形成されたパターン（回路パターン、素子パターン、配線パターン等）を投影光学系１２により縮小し、縮小したパターンをウェハ４０上に投影する。本実施例の露光装置２は、マスク３０を固定して、ウェハ４０を間欠移動させながらマスク３０のパターンをウェハ４０の複数箇所に投影する投影露光装置（ステッパ）である。露光装置２は、光源１０と、投影光学系１２と、マスクステージ１４と、ウェハステージ１６と、制御部１８と、オンアクシスカメラ２０と、オフアクシスカメラ２２と、ナノインプリント装置２４と、位置調整装置２６と、を備える。マスクステージ１４上にはマスク３０が支持されている。また、ウェハステージ１６上にはウェハ４０が支持されている。
【００１８】
光源１０は、ウェハ４０の表面に塗布されるフォトレジスト（感光剤）が反応する波長の光を照射する。光源１０には、例えば、高圧水銀ランプやエキシマレーザー、その他のレーザー装置等を用いることができる。光源１０から出射された露光光１００は、光源１０の近傍に設けられた反射ミラー１１ａ、１１ｂによって反射されて、マスクステージ１４に支持されたマスク３０に照射される（図５参照）。マスク３０に照射された露光光１００は、投影光学系１２を介してウェハ４０に照射される（図５参照）。
【００１９】
マスクステージ１４は、上記の光源１０と投影光学系１２の間に配置されている。マスクステージ１４は、その中心に開口部が形成されており、その開口部の周縁でマスク３０の周縁部を支持するようになっている。光源１０からマスク３０に照射された露光光１００は、マスクステージ１４の開口部から投影光学系１２に入射するようになっている（図５参照）。マスクステージ１４には、マスクステージ１４とマスク３０との位置調整、及び、マスクステージ１４とウェハステージ１６との位置調整を行うための基準となるマスクステージ基準マーク１５が形成されている。マスクステージ基準マーク１５は上記のオンアクシスカメラ２０によって撮像可能とされている。マスクステージ１４は、図示しないフレームに固定されており、光源１０及び投影光学系１２等との位置関係が変動しないようにされている。
【００２０】
上述したマスクステージ１４には、マスク３０が支持される（図４、図５参照）。マスク３０は、通常ガラス板で形成されている。マスク３０には、所望する半導体装置に応じた回路パターン等が形成されているとともに、マスク３０とマスクステージ１４との位置調整を行うためのマスク基準マーク３２が形成されている。マスク基準マーク３２も、上記のオンアクシスカメラ２０によって撮像可能とされている。マスク３０に露光光１００が照射されると、マスク３０に形成されたパターンが、投影光学系１２を介してウェハ４０の表面に投影されるようになっている。
【００２１】
なお、マスクステージ１４の近傍には、マスクステージ１４上でマスク３０の位置を調整するマスク調整機構３４が備えられている。マスク調整機構３４には、例えば、アームロボット等が用いられる。
【００２２】
投影光学系１２は、マスクステージ１４の下方（図１のＺ軸方向）に配置されている。本実施例におけるＺ軸方向とは、図１に示すように、マスク３０からウェハ４０に投影される露光光１００（図５参照）の光軸１００ａに平行な方向（垂直方向）を指す。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向とはＺ軸方向に垂直な平面内で相互に直交する方向（水平方向）を指し、回転軸方向とはＺ軸周りの回転方向を指す。投影光学系１２は、複数のレンズ５０から構成されており、マスク３０を介して入射する光を縮小してウェハ４０に投影する。例えば、投影光学系１２には、マスク３０に形成された回路パターンを、例えば１／４倍、１／５倍又は１／１０倍に縮小してウェハ４０に投影するように複数のレンズ５０が配されている。
【００２３】
ウェハステージ１６は、投影光学系１２の下方（図１のＺ軸方向）に配置されており、投影光学系１２を挟んでマスクステージ１４と対向している。ウェハステージ１６は、その上面にウェハ４０を支持する。ウェハステージ１６に支持されたウェハ４０には、マスク３０に照射された露光光１００がマスク３０と投影光学系１２を介して投影される（図５参照）。ウェハステージ１６は、位置調整装置２６に連結されている。位置調整装置２６は、制御部１８に接続されており、制御部１８からの駆動制御指令に従い、ウェハステージ１６をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動する。位置調整装置２６によるウェハステージ１６の駆動情報（位置情報（モータ等の回転角度等））は、制御部１８に入力される。制御部１８は、位置調整装置２６からの駆動情報に基づいて、ウェハステージ１６の位置を算出することができる。
【００２４】
上述したウェハステージ１６上に支持されるウェハ４０は、マスク３０のパターンが投影される基板である。ウェハ４０には、ウェハ４０とウェハステージ１６との位置関係を特定するためのウェハ基準マーク４２が形成されている。本実施例では、ウェハ基準マーク４２は、上記のオフアクシスカメラ２２で撮像される。ウェハ４０の表面にはフォトレジストが塗布され、フォトレジスト膜が形成されている。上記のウェハ基準マーク４２は、ウェハ４０内のうち、露光光１００によってマスク３０のパターンが投影される範囲の一部に形成されている。また、このウェハ基準マーク４２は、上記のフォトレジスト膜の下に形成されている。上記のフォトレジストは、半導体製造プロセスに用いられる種々のものを使用することができ、露光光１００が投影されることによって物性が変化し、後に続くエッチングなどの処理から物質表面を保護する作用を有している。本実施例では、フォトレジストの性質（ポジ型やネガ型）については限定しない。
【００２５】
オンアクシスカメラ２０は、図示しない光源と撮像装置を備え、撮像対象に光を照射し、撮像対象から反射される光を受光することによって像を得る装置である。オンアクシスカメラ２０は、図３に示すように、投影光学系１２を介して撮像対象を撮像するものである。そのため、オンアクシスカメラ２０の光源には、露光用の光源１０と同一波長の光を出射できるものが用いられている。本実施例では、オンアクシスカメラ２０の光源としては、例えば高圧水銀ランプ等のレーザー装置が用いられる。本実施例のオンアクシスカメラ２０は、λ＝３６５ｎｍの露光光（ｉ線）を撮像対象に対して照射することができる。また、オンアクシスカメラ２０の撮像装置としては、例えば、ＣＣＤ素子等の光電変換素子を用いることができる。本実施例では、オンアクシスカメラ２０は、マスクステージ１４の上方に配置されている。なお、オンアクシスカメラ２０の照射光の光軸２０ａは、図３に示すように、投影光学系１２の各レンズ５０の周縁部に照射されるため、各レンズ５０を透過することによって屈折する。オンアクシスカメラ２０は、ウェハ４０上に形成されたアラインメントマーク４４（後述する）と、マスクステージ基準マーク１５とを、投影光学系１２を介して同時に撮像することができる（図３参照）。また、オンアクシスカメラ２０は、マスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５を同時に撮像することもできる（図４参照）。この場合は、オンアクシスカメラ２０は、投影光学系１２を介することなく、マスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５を撮像する。オンアクシスカメラ２０によって撮像された画像は、制御部１８に出力される。
【００２６】
オフアクシスカメラ２２も、上記のオンアクシスカメラ２０と同様に、図示しない光源と撮像装置を備え、撮像対象に光を照射し、撮像対象から反射される光を受光することによって像を得る装置である。オフアクシスカメラ２２は、図１に示すように、投影光学系１２を介さずに撮像対象を撮像するものである。従って、オフアクシスカメラ２２の光源には、ウェハ４０表面のフォトレジスト（感光剤）が反応しない任意の波長の光を出射できるものを用いることができる。本実施例では、オフアクシスカメラ２２の光源としては、例えばハロゲンランプが用いられる。そのため、オフアクシスカメラ２２は、λ＝５９０±６０ｎｍのハロゲンランプ光を照射することができる。オフアクシスカメラ２２の撮像装置としては、例えば、ＣＣＤ素子等の光電変換素子を用いることができる。本実施例では、オフアクシスカメラ２２は、投影光学系１２の側方、即ち露光光１００の光軸１００ａから外れた位置であって、ウェハステージ１６の上方に配置されている。本実施例では、オフアクシスカメラ２２は、ウェハ４０に形成されたウェハ基準マーク４２を、投影光学系１２を介することなく撮像することができる。オフアクシスカメラ２２によって撮像された画像は、制御部１８に出力される。
【００２７】
ナノインプリント装置２４は、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上にアラインメントマーク４４を作成する装置である。ナノインプリント装置２４は、上記のオフアクシスカメラ２２の側方に固定されている。ナノインプリント装置２４は、図２に示すように、本体であるＵＶ光照射部５４と、そのＵＶ光照射部５４内に収容されている原版５６とを備える。ＵＶ光照射部５４は、ＵＶ光を出射する光源（図示省略）を内蔵しており、原版５６にＵＶ光を照射可能である。ナノインプリント装置２４は、アラインメントマーク４４を形成する際に、ＵＶ光照射部５４の下端からウェハ４０に向かって原版５６を前進させ、その下端面をウェハ４０の表面に当接させることができる。原版５６の下端面にはパターン５８が形成されている。図２に示すように、原版５６の下端面をウェハ４０の表面に当接させた状態で、ＵＶ光照射部５４から原版５６にＵＶ光を照射することにより、原版５６の下端面が当接するフォトレジストに原版５６のパターン５８を転写することができる。これにより、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上に、パターン５８に応じた形状のアラインメントマーク４４が形成されることとなる。ナノインプリント装置２４では、原版５６の前進及び収容、ＵＶ光照射部５４から原版５６へのＵＶ光の照射等の各動作は、制御部１８からの信号に応じて行われる。
【００２８】
上記のナノインプリント装置２４によるアラインメントマーク４４の形成は、オフアクシスカメラ２２がウェハ基準マーク４２に位置合わせされた位置において、ウェハステージ１６を移動させることなく行われる（図１、図２参照）。ナノインプリント装置２４は、オフアクシスカメラ２２に固定されているため、ナノインプリント装置２４とオフアクシスカメラ２２との位置関係は予め決まっており、既知である。このため、オフアクシスカメラ２２がウェハ基準マーク４２を撮像した位置でアライメントマーク４４を形成すると、ウェハ基準マーク４２とアライメントマーク４４の位置関係はオフアクシスカメラ２２とナノインプリント装置２４との位置関係と同一となる。これによって、本実施例では、オフアクシスカメラ２２に対してアライメントマーク４４を位置合わせする工程を省略することができる。
【００２９】
また、本実施例では、ナノインプリント装置２４によって形成されるアラインメントマーク４４は、ウェハ４０の中心部から見て、ウェハ基準マーク４２より径方向外側であって、かつ、露光光１００（図５参照）によってパターンが投影されない部分に形成される。そのため、オンアクシスカメラ２０の露光光によってアラインメントマーク４４の周囲のフォトレジストが露光されても、その後に行われる、露光光１００によるマスク３０のパターンの投影に影響を及ぼすことはない。なお、アラインメントマーク４４は、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上に形成される。そのため、ウェハ４０の外周部（露光光１００によってパターンが投影されない部分）に予めアライメントマークを形成しておき、そのウェハ４０の表面にフォトレジスト膜を形成した場合と比較して、オンアクシスカメラ２０によってアライメントマークを読み取り可能になるまでの時間が短く済む。すなわち、フォトレジスト膜の下方にアライメントマークを形成した場合、そのアライメントマークを撮影するためには、そのアライメントマーク上方のフォトレジスト膜を感光しなければならない。このため、アライメントマークが撮影可能となるまでにある程度の時間を要する。しかしながら、本実施例では、アライメントマーク４４がフォトレジスト膜の表面に形成されているため、このような時間を要しない。
【００３０】
制御部１８は、図示しないＣＰＵや記憶部を有しており、露光装置２の動作を制御する。制御部１８には、光源１０、位置調整装置２６、マスク位置調整機構３４、オンアクシスカメラ２０、オフアクシスカメラ２２、ナノインプリント装置２４が接続されている。なお、図１〜図５において、制御部１８と上記の各装置との配線の図示は省略している。制御部１８は、位置調整装置２６からの駆動情報、オンアクシスカメラ２０及びオフアクシスカメラ２２からの画像データが入力される。制御部１８は、入力される各種情報に基づいて、光源１０、位置調整装置２６、マスク位置調整機構３４、ナノインプリント装置２４等を制御する。
【００３１】
以上、本実施例の露光装置２の構成について詳述した。以下に、本実施例の露光装置２において、マスク３０とウェハ４０の位置を調整し、マスク３０のパターンをウェハ４０に投影する方法の一例を図１〜図５を参照して以下に説明する。
【００３２】
図１に示すように、まず、制御部１８は、オフアクシスカメラ２２でウェハ４０の表面を撮影しながら、ウェハ基準マーク４２がオフアクシスカメラ２２で撮影される画像内の所定の位置（例えば、画像の中心）となるように位置調整装置２６を駆動し、ウェハステージ１６の位置決めを行う。
【００３３】
次いで、図２に示すように、制御部１８は、オフアクシスカメラ２２に対してウェハ基準マーク４２を位置合わせした位置からウェハステージ１６を移動させることなく、ナノインプリント装置２４を起動させる。ナノインプリント装置２４は、原版５６をウェハ４０に向けて前進させ、原版５６の下端面をウェハ４０の表面に当接させる。次いで、ＵＶ光照射部５４は原版５６に向けてＵＶ光を照射する。このＵＶ光の照射により、原版５６の下端面に形成されたパターン５８に対応するアラインメントマーク４４が、ウェハ４０の中心部から見て、ウェハ基準マーク４２より径方向外側であって、かつ、露光光１００（図５参照）によってパターンが投影されない外周部分に形成される。また、アラインメントマーク４４は、ウェハ４０の表面のフォトレジスト膜上に形成される。ナノインプリント装置２４はオフアクシスカメラ２２に固定されているため、ウェハ基準マーク４２とアラインメントマーク４４の位置関係は、オフアクシスカメラ２２とナノインプリント装置２４の位置関係と同一となる。
【００３４】
次いで、図３に示すように、制御部１８は、オンアクシスカメラ２０でウェハ４０の表面を撮影しながら、オンアクシスカメラ２０で撮影される画像内でマスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４が所定の位置関係（例えば、両マークが重なり合う位置関係）となるように位置調整装置２６を駆動し、ウェハステージ１６の位置決めを行う。制御部１８は、オンアクシスカメラ２０で撮影される画像内でマスクステージ基準マーク１５とアラインメントマーク４４が所定の位置関係となったときのウェハステージ１６の位置情報（すなわち、マスクステージ１４に対するウェハステージ１６の位置情報）を算出して記憶する。この位置情報は、位置調整装置２６から入力される駆動情報に基づいて算出される。
【００３５】
次いで、図４に示すように、制御部１８は、マスク調整機構３４を起動させる。マスク調整機構３４は、アーム（図示省略）を用いてマスク３０をマスクステージ１４上に載置する。制御部１８は、オンアクシスカメラ２０で、載置されたマスク３０のマスク基準マーク３２と、マスクステージ１４のマスクステージ基準マーク１５とを同時に撮像する。オンアクシスカメラ２０によって撮像された画像データは、制御部１８に入力される。制御部１８は、オンアクシスカメラ２０から入力された画像データに基づいて、画像データ内のマスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５の位置が一致するようにマスク調整機構３４を駆動する。制御部１８は、マスク基準マーク３２とマスクステージ基準マーク１５の位置が一致する位置で、マスク調整機構３４の駆動を停止する。これにより、マスク３０とマスクステージ１４とが位置合わせされたこととなる。
【００３６】
次いで、図５に示すように、制御部１８は、位置調整装置２６に内蔵されているモータの回転角度を監視しながら、所定の位置にウェハ４０が位置するように位置調整装置２６を駆動する。ここでいう所定の位置とは、露光光を照射してマスクに形成されたパターンを投影するためのウェハ４０の位置をいう。投影のためのウェハ４０の所定の位置は、あらかじめ制御部１８にウェハ基準マーク４２との相対位置として記憶されている。ここで、ウェハ基準マーク４２とアライメントマーク４４の位置関係は取得済みであり、アライメントマーク４４とマスクステージ基準マーク１５の位置関係も取得済みである。このため、ウェハ基準マーク４２とマスクステージ基準マーク１５の位置関係を特定することができ、この特定した位置関係に基づいて、所望の位置にマスク３０のパターンを投影することができる。なお、本実施例のウェハ４０には、パターンを投影するための複数の領域が備わっており、制御部１８には、それぞれの領域の相対位置が記憶されている。制御部１８は、特定されるウェハ基準マーク４２とマスクステージ基準マーク１５の位置関係に基づいて、各領域についてウェハステージ１６を位置決めする位置を算出する。そして、制御部１８は、その算出した位置にウェハステージ１６を位置決めすることで、マスク３０のパターンを投影する所望の位置に、パターンを投影する露光光１００の焦点が合うようにウェハ４０を位置決めすることができる。
【００３７】
次いで、制御部１８は光源１０を駆動し、露光光１００を発生させる。これによって、露光光１００は反射ミラー１１ａ、１１ｂを介して、マスクステージ１４に支持されたマスク３０に照射される。露光光１００がマスク３０に照射されることにより、マスク３０のパターンが投影光学系１２に向けて出射される。出射されたパターンは、投影光学系１２を透過して縮小されてウェハ４０に照射される。これにより、マスク３０のパターンがウェハ４０に投影される。さらに、制御部１８は位置調整装置２６を駆動して、ウェハ４０の位置決めと光源１０の駆動を繰り返すことで、所望のパターンが投影されたウェハ４０が得られる。
【００３８】
上記の説明から明らかなように、本実施例のナノインプリント装置２４が請求項に記載のマーク形成装置に対応する。また、本実施例のフォトレジスト膜が請求項に記載の感光性膜に対応する。
【００３９】
本実施例の露光装置２によると、ウェハ４０上に形成したアラインメントマーク４４と、マスクステージ基準マーク１５とをオンアクシスカメラ２０によって撮像することで、マスクステージ１４とウェハステージ１６の位置合わせを行う。そのため、アラインメントマーク４４をオンアクシスカメラ２０で撮像可能な位置まで移動させる際のウェハステージ１６の移動距離が、従来の露光装置における、ウェハステージに設けられたウェハステージ基準マークをオンアクシスカメラで撮像可能な位置まで移動させる際のウェハステージの移動距離に比べて短く済む。また、マスクステージ１４とウェハステージ１６の位置合わせ後にウェハ４０を所望のパターン投影位置に移動させる際のウェハステージ１６の移動距離も短く済む。そのため、作業時間を短縮することができる。
【００４０】
また、本実施例の露光装置２によると、ナノインプリント装置２４は、オフアクシスカメラ２２に固定されているため、オフアクシスカメラ２２の撮像位置（ウェハ基準マーク４２の位置）と、ナノインプリント装置２４によって形成されるアラインメントマーク４４の形成位置との位置関係は予め決まっており、既知である。そのため、ナノインプリント装置２４で形成したアラインメントマーク４４を改めてオフアクシスカメラ２２で撮像して、オフアクシスカメラ２２とアラインメントマーク４４を位置合わせする必要がない。作業時間を短縮することができる。
【００４１】
上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）上記の実施例の露光装置２は、マスク３０を固定してマスク３０のパターンをウェハ４０に露光する投影露光装置（ステッパ）であるが、露光装置２はステッパには限られない。従って、例えば、マスクステージ１４とウェハステージ１６を固定してマスク３０のパターンをウェハ４０に露光する投影露光装置（アライナー）としてもよい。また、マスクステージ１４とウェハステージ１６を互いに同期移動させながらマスク３０のパターンをウェハ４０に露光する走査型の投影露光装置（スキャナ）としてもよい。
【００４２】
（２）上記の実施例では、投影光学系１２は、倍率が固定の複数のレンズ５０で構成されているが、投影光学系１２は、倍率を変更可能な複数のレンズ５０で構成してもよい。また、単一のレンズ５０で構成してもよい。
【００４３】
（３）上記の実施例では、マスクステージ１４は固定されているが、マスクステージ１４は、モータ等の駆動装置によって、垂直方向、水平方向、及び回転軸方向（Ｚ軸周り）に駆動可能に構成されていてもよい。
【００４４】
（４）上記の実施例では、オフアクシスカメラ２２とウェハ基準マーク４２を位置合わせした位置でアライメントマーク４４を形成することで、オフアクシスカメラ２２とアライメントマーク４４を位置合わせする工程を省略したが、本願の技術はこのような形態に限られない。ウェハ４０の外周部であればどのような位置にアライメントマーク４４を形成してもよい。この場合には、オフアクシスカメラ２２とアライメントマーク４４を位置合わせし、オフアクシスカメラ２２に対するアライメントマーク４４の位置情報を取得する。これによって、ウェハ基準マーク４２とアライメントマーク４４の位置関係を特定することができる。
【００４５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４６】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４７】
２：露光装置、１０：光源、１１ａ、１１ｂ：反射ミラー、１２：投影光学系、１４：マスクステージ、１５：マスクステージ基準マーク、１６：ウェハステージ、１８：制御部、２０：オンアクシスカメラ、２２：オフアクシスカメラ、２４：ナノインプリント装置、２６：位置調整装置、３０：マスク、３２：マスク基準マーク、３４：マスク調整機構、４０：ウェハ、４２：ウェハ基準マーク、４４：アラインメントマーク、５０：レンズ、５２：マスクステージ基準マーク、５４：ＵＶ光照射部、５６：原版、５８：パターン、１００：露光光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより、前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハに投影する露光装置であって、
マスクステージと、ウェハステージと、マーク形成装置と、オンアクシスカメラと、位置調整装置と、制御装置と、を備え、
前記マスクステージは、マスクステージ基準マークを備えると共に前記マスクを支持し、
前記ウェハステージは、前記マスクステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置され、前記ウェハを支持し、
前記マーク形成装置は、前記ウェハステージに支持された前記ウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成し、
前記オンアクシスカメラは、前記感光性膜が反応する光を用いて、前記マスクステージ基準マークと前記アラインメントマークとを前記投影光学系を介して同時に撮像可能となっており、
前記位置調整装置は、前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整可能となっており、
前記制御装置は、前記オンアクシスカメラによって前記マスクステージ基準マークと前記アラインメントマークを撮像しながら前記位置調整装置により前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整することで、前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置合わせ情報を取得する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記感光性膜が反応しない光を用いて、前記投影光学系を介することなく前記ウェハを撮像可能なオフアクシスカメラをさらに備えており、
前記ウェハは、半導体装置が形成される内周部分にウェハ基準マークを備えており、
前記マーク形成装置は、前記オフアクシスカメラに固定されており、
前記マーク形成装置は、前記オフアクシスカメラが前記ウェハ基準マークに位置合わせされたときにアラインメントマークを形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御装置は、さらに、
前記オフアクシスカメラによって前記ウェハ基準マークを撮像しながら前記位置調整装置により前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整することで、前記オフアクシスカメラに対する前記ウェハ基準マークの位置合わせを行うと共に、その位置合わせをした位置で前記ウェハの表面に前記アライメントマークを形成し、
前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置合わせ情報と、前記オフアクシスカメラに対する前記マーク形成装置の位置情報に基づいて、前記位置調整装置により前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整して前記マスクのパターンを前記ウェハに投影する、
ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハ上に投影する露光方法であって、
ウェハステージに支持された前記ウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成する工程と、
オンアクシスカメラによってマスクステージのマスクステージ基準マークと前記アラインメントマークを撮像しながら前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整することで前記マスクステージと前記ウェハステージの位置合わせを行う工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求項４に記載の露光方法による露光工程を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１】
パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより、前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハに投影する露光装置であって、
マスクステージと、ウェハステージと、マーク形成装置と、オンアクシスカメラと、位置調整装置と、制御装置と、を備え、
前記マスクステージは、マスクステージ基準マークを備えると共に前記マスクを支持し、
前記ウェハステージは、前記マスクステージに対して露光光の光軸方向に間隔をあけて配置され、前記ウェハを支持し、
前記マーク形成装置は、前記ウェハステージに支持された前記ウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成し、
前記オンアクシスカメラは、前記感光性膜が反応する光を用いて、前記マスクステージ基準マークと前記アラインメントマークとを前記投影光学系を介して同時に撮像可能となっており、
前記位置調整装置は、前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整可能となっており、
前記制御装置は、前記オンアクシスカメラによって前記マスクステージ基準マークと前記アラインメントマークを撮像しながら前記位置調整装置により前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整することで、前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置合わせ情報を取得する、
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記感光性膜が反応しない光を用いて、前記投影光学系を介することなく前記ウェハを撮像可能なオフアクシスカメラをさらに備えており、
前記ウェハは、半導体装置が形成される内周部分にウェハ基準マークを備えており、
前記マーク形成装置は、前記オフアクシスカメラに固定されており、
前記マーク形成装置は、前記オフアクシスカメラが前記ウェハ基準マークに位置合わせされたときにアラインメントマークを形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御装置は、さらに、
前記オフアクシスカメラによって前記ウェハ基準マークを撮像しながら前記位置調整装置により前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整することで、前記オフアクシスカメラに対する前記ウェハ基準マークの位置合わせを行うと共に、その位置合わせをした位置で前記ウェハの表面に前記アライメントマークを形成し、
前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置合わせ情報と、前記オフアクシスカメラに対する前記マーク形成装置の位置情報に基づいて、前記位置調整装置により前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整して前記マスクのパターンを前記ウェハに投影する、
ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
パターンが形成されたマスクに露光光を照射することにより前記パターンを投影光学系を介して表面に感光性膜が形成されているウェハ上に投影する露光方法であって、
ウェハステージに支持された前記ウェハの表面のうち半導体装置が形成されない外周部分にアラインメントマークを形成する工程と、
オンアクシスカメラによってマスクステージのマスクステージ基準マークと前記アラインメントマークを撮像しながら前記マスクステージに対する前記ウェハステージの位置を調整することで前記マスクステージと前記ウェハステージの位置合わせを行う工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
請求項４に記載の露光方法による露光工程を有する半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１０８９１２（Ｐ２０１１−１０８９１２Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６３６４９（Ｐ２００９−２６３６４９）
【出願日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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