JP2000100704A - 走査型露光装置と走査型露光方法 - Google Patents

走査型露光装置と走査型露光方法

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JP2000100704A
JP2000100704A JP10269847A JP26984798A JP2000100704A JP 2000100704 A JP2000100704 A JP 2000100704A JP 10269847 A JP10269847 A JP 10269847A JP 26984798 A JP26984798 A JP 26984798A JP 2000100704 A JP2000100704 A JP 2000100704A
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semiconductor substrate
scanning
laser interferometer
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Takeo Hashimoto
武夫 橋本
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同期走査型の露光装置において、距離や位置
を検出するレーザー干渉計による計測結果の光路Ａ及び
光路Ｂの空気ゆらぎを補正し、各レーザー干渉計による
位置誤差を校正しえる方法と方式を提供することを課題
とする。 【解決手段】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
により計測する機構を備えた走査型露光装置であって、
前記レチクル及び前記半導体基板を載せた前記各ステー
ジの近傍に空気ゆらぎモニタ用参照レーザー干渉計を少
なくとも一つ以上有することを特徴とする。また、前記
レチクルと前記半導体基板の位置を前記レーザー干渉計
の計測により求まる結像位置誤差と実露光結果から求ま
る位置誤差の差を予め前記同期走査の制御に取り込んだ
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セパレート型の走
査型露光装置に関し、レチクルステージとウェーハステ
ージとの位置合わせによる同期駆動を図る走査型露光方
法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、走査型露光装置は、マスクパター
ンの一部を投影光学系によりウェーハに投影し、投影光
学系に対し相対的にマスクとウェーハを同期走査するこ
とによりマスクパターン全体をウェーハに露光する露光
装置であり、半導体ウェーハを露光するため、投影光学
系を介して、マスクとウェーハをキャリッジに載せて一
体的に移動させながら走査露光することにより、マスク
パターン全面の像をウェーハ上に転写する方式で行われ
ていた。
【０００３】しかし、多数のチップを取得してチップの
コストを低下させ、シリコン技術の進歩によりウェーハ
の大きさが拡大しており、マスクとウェハとを一体的に
走査することでは、キャリッジの重量が大きくなり、そ
うすればキャリッジを高速に移動させることが困難とな
り、現状ではウェーハとマスクとをそれぞれ個別の走査
キャリッジステージに搭載し、それぞれに駆動系、及び
位置測定用のレーザ干渉計を設けて、ウェーハとマスク
とを同期させて移動する同期駆動により、マスクの像を
ウェーハ上に転写する方式に代わってきている。
【０００４】そうして、近年では、半導体集積回路の微
細化と高集積化に伴い、スリット状の露光エリアをも
ち、レチクルと半導体基板を反対方向に走査しながら露
光を行う走査（スキャン）型露光装置が用いられ始めて
いる。
【０００５】ここで、図５に走査型露光装置の概略構成
図を示して説明する。図において、本装置のボディの一
部５８と、レチクルステージ５１に固定されたマスクの
位置を光路Ａとして検出するレーザ干渉計５４と、ウェ
ハーステージ５７に固定されたウェーハの位置を光路Ｂ
として検出するレーザ干渉計５９と、マスクを載置する
レチクルステージ５１と、マスクパターンを形成した原
版であるレチクル５２と、レチクルステージ５１の位置
を検出するための移動鏡Ａ５３と、ウェーハを載置した
ウェーハステージ５７と、ウェーハステージ５７の位置
を検出するための移動鏡Ｂ５６と、マスクとウェーハ間
に配置されてレーザ光を収束する投影光学系５５とから
構成される。
【０００６】このような構成の走査型露光装置では、図
の上方向の光源からレーザー光を発せられ、レチクルス
テージ５１とウェーハステージ５７とを反対方向に同期
して移動しながらマスクパターンを描画したレチクル５
２を透過したレーザー光がウェーハ上のレジストを露光
することにより微細な露光描画が成されて、エッチング
やイオン注入等によって半導体構造を形成することがで
きる。その際、レチクルステージ５１とウェーハステー
ジ５７との位置を正確に測定するために、レーザー干渉
計５４，５９により各ステージの位置をそのステージと
共に移動する移動鏡５３，５６からの反射光を受信して
光路Ａ，Ｂの距離を測定して、正確な露光位置を測定し
つつ、レチクル５２の位置とウェーハの位置を随時修正
して、マスクパターンをウェーハに転写している。
【０００７】この走査型露光装置の長所の一つとして、
平均化効果による収差低減、特にディストーションの低
減が挙げられる。
【０００８】一方で、レチクルと半導体基板の同期（走
査）誤差は、像の理想位置からのズレとなって現れ、実
質的にディストーション（歪）として現れる。これは通
常、ダイナミックディストーションと呼ばれ、スリット
の走査方向の幅を走査する間の同期誤差の移動平均とし
て定義される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
構成の走査型露光装置では、スリットの走査方向の幅を
走査する間の同期誤差の移動平均として定義される上記
ダイナミックディストーションは、図５に示したレチク
ルステージ５１とウェーハステージ５７のレーザー干渉
計Ａ５４とＢ５９の読み値から求められるが、通常この
レーザー干渉計Ａ５４とＢ５９の読み値と、ウェーハス
テージ５７上のウェーハに投影されたレジスト像から求
めた値とは、投影光学系５５のディストーションを考慮
しても一致せず、レーザー干渉計Ａ５４とＢ５９の読み
値から求めた値の方が小さくなる。
【００１０】この理由としては以下のことが挙げられ
る。 （１）図５中の光路Ａ及び光路Ｂに空気ゆらぎ（温度、
圧力等）が発生すると、計測誤差が生じる。 （２）レチクルステージ５１及びウェーハステージ５７
は数乃至数十Ｋｇの質量を持ち、１０乃至１００ｍｍ／
ｓｅｃの速度で反対方向に動いている。このため、ボデ
ィ５８の剛性不足により、レチクルステージ５１、ウェ
ーハステージ５７、及び投影光学系５５の相対位置に変
化が生じると、レーザー干渉計５４，５９では読みとれ
ない位置誤差が生じる。
【００１１】このためディストーションを極めて高精度
に補正するためには、レーザー干渉計５４，５９の読み
値に現れない誤差を低減又は何らかの手段で補正する必
要があった。
【００１２】本発明は、同期走査型の露光装置におい
て、距離や位置を検出するレーザー干渉計５４，５９に
よる計測結果の光路Ａ及び光路Ｂの空気ゆらぎを補正
し、各レーザー干渉計５４，５９による位置誤差を校正
しえる方法と方式を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、レチクルと半
導体基板を投影光学系を介し互いに反対方向に同期走査
し、前記レチクル及び前記半導体基板を載せた各ステー
ジの位置をレーザー干渉計により計測する機構を備えた
走査型露光装置であって、前記レチクル及び前記半導体
基板を載せた前記各ステージの近傍に空気ゆらぎモニタ
用参照レーザー干渉計を少なくとも一つ以上有すること
を特徴とする。
【００１４】また、本発明は、レチクルと半導体基板を
投影光学系を介し互いに反対方向に同期走査し、前記レ
チクル及び前記半導体基板を載せた各ステージの位置を
レーザー干渉計により計測する機構を備えた走査型露光
装置であって、前記レチクルと前記半導体基板の位置を
前記レーザー干渉計の計測により求まる結像位置誤差と
実露光結果から求まる位置誤差の差を予め前記同期走査
の制御に取り込んだことを特徴とする。
【００１５】また、本発明は、レチクルと半導体基板を
投影光学系を介し互いに反対方向に同期走査し、前記レ
チクル及び前記半導体基板を載せた各ステージの位置を
レーザー干渉計により計測する機構を備えた走査型露光
装置であって、前記レチクル用のステージと前記半導体
基板用のステージの少なくともいずれか一つは、前記ス
テージを挟んで互いに向かい合う向きにレーザー干渉計
を備えることを特徴とする。
【００１６】また、本発明は、レチクルと半導体基板を
投影光学系を介し互いに反対方向に同期走査し、前記レ
チクル及び前記半導体基板を載せた各ステージの位置を
レーザー干渉計により計測する機構を備えた走査型露光
装置であって、前記レーザー干渉計の光路の一部に筒状
の治具を設けたことを特徴とする。
【００１７】また、本発明は、レチクルと半導体基板を
投影光学系を介し互いに反対方向に同期走査し、前記レ
チクル及び前記半導体基板を載せた各ステージの位置を
レーザー干渉計により計測する機構を備えた走査型露光
装置であって、予め前記レーザー干渉計により前記各ス
テージの位置の相互の移動平均値を求める移動平均検出
手段と、前記半導体基板上の露光走査の結果による位置
誤差を求める位置誤差検出手段と、前記半導体基板上の
各位置に対する前記移動平均値と前記位置誤差との差異
を補正値として求める補正値算定手段と、実際の走査露
光時に前記補正値に基づいて前記レーザー干渉計の測定
値と前記各ステージの位置を補正することを特徴とす
る。
【００１８】また、本発明は、レチクルと半導体基板を
投影光学系を介し互いに反対方向に同期走査し、前記レ
チクル及び前記半導体基板を載せた各ステージの位置を
レーザー干渉計により計測する機構を備えた走査型露光
方法において、予め前記レーザー干渉計により前記各ス
テージの位置の相互の移動平均値を求め、前記半導体基
板上の露光走査の結果による位置誤差を求め、前記半導
体基板上の各位置による前記移動平均値と前記位置誤差
との差異を補正値として求め、実際の走査露光時に前記
補正値に基づいて前記レーザー干渉計の測定値と前記各
ステージの位置を補正することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明による実施形態について、
図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】［第一の実施形態］本発明の第一の実施形
態の走査型露光装置は、レチクルステージ上に載置され
レチクルの位置を正確に求めるために、図１に示したレ
ーザー干渉計１９と移動鏡１６，１７からなる位置計測
システムに加えて、該システムに近接した位置に参照レ
ーザー干渉計１４と固定鏡１３からなる位置（距離）計
測システムを備えている。またウェーハステージ側にも
同様なシステムを備えている。
【００２１】図１において、レーザー干渉計１９はレチ
クル１２を載置したレチクルステージ１１に固定した移
動鏡１６によって反射されたレーザー光を受信して、発
射光と対比して光路Ｂの光路長を測定する。また移動鏡
１７に対しても、不図示のレーザー干渉計によりその光
路長を測定し、２次元的なレチクルステージ１１の位置
を測定することができる。
【００２２】参照レーザー干渉計１４も同様に、固定し
た固定反射鏡１３にレーザー光を発射し、その反射光を
受光してレーザーの干渉波を観測することにより、光路
Ａの光路長を測定することができる。また、移動鏡１７
に対応して図１上の手前側に配置した参照レーザー干渉
計と固定反射鏡を設けて、その光路長を求めることによ
り、２次元的に固定した光路長を測定する。
【００２３】また、レチクルステージに対応して、ウェ
ーハステージ５７にも、２次元的なレーザー干渉計を設
けて移動位置を測定すると共に、参照レーザー干渉計と
固定反射鏡を設けて、環境変化や空気揺らぎ等に対応し
た補正を行うことができる。そうして、レチクルステー
ジ１１とウェーはステージ５７とで２次元状の補正を同
期的に行い、正確なウェーハ上のポイントを露光するこ
とができる。
【００２４】本第一の実施形態では、参照レーザー干渉
計１４によるシステムで、光路Ａの距離を常に計測し、
モニターしておく。空気ゆらぎ等で光路Ａの見かけ上の
距離が変化した場合は、隣接する光路Ｂにも変化が起こ
っているものとして、光路Ｂの距離、即ちレチクル位置
の補正を行う。こうして、同期精度の向上によりダイナ
ミックディストーションを低減すると共に、ウェーハに
形成する線幅の均一性やＤＯＦ（Depth of Forcus：焦
点深度）が向上し、光リソグラフィーで微細化する上で
の問題点を低減できる。さらに本実施形態により、レチ
クルとウェーハの同期精度に依存している走査型露光装
置の結像性能（ＤＯＦ、ＣＤ（CriticalDimention：寸
法）、像位置等）を向上することができる。
【００２５】［第二の実施形態］本発明の第二の実施形
態の走査型露光装置は、図１に示したレーザー干渉計２
９と移動鏡２６からなる位置計測システムに加えて、図
２に示すように、該露光装置のレチクルステージ２１を
挟んで反対側にレーザー干渉計２８と移動鏡２７からな
るシステムを備えている。
【００２６】図２において、移動するレチクル２２を載
置したレチクルステージ２１の位置をレーザー干渉計２
９からの発射光と移動鏡２６からの反射光との干渉度合
いに応じて光路長Ｌ１を求めることができる。また、レ
ーザー干渉計２８からの発射光と移動鏡２７からの反射
光との干渉度合いに応じて光路長Ｌ２を求めることがで
きる。また、紙面上左右をＸ軸とすると、Ｙ軸において
もレチクルステージ２１のＹ軸上前後に移動鏡を設け
て、Ｙ軸上に対応してレーザー干渉計を設けて、Ｙ軸上
の各光路長を測定することにより２次元上のレチクルス
テージ２１の位置を正確に測定できる。さらに、ウェー
ハステージにおいても、同様に、対向する位置にそれぞ
れレーザー干渉計と移動鏡を設けて、２次元的にそれぞ
れの光路長を測定する。
【００２７】本発明の第二の実施形態では、十分に装置
内の空気が安定した状態での、予め測定したＬ（=Ｌ１
＋Ｌ２）を基準値とし、レチクル２２の位置を次式から
求める（図２）。
【００２８】 レチクル位置=［｛Ｌ１＋（Ｌ−Ｌ２）｝／２］＋Ｃ ・・（１） ｛但し、Ｃ：定数（移動鏡とレチクル端（又はレチクル
中心）の距離）｝ このレチクル位置に対応してウェーハ位置についても同
様な装置構成により求めて、位置ずれの発生があれば、
露光位置を随時補正して、マスクパターンを形成する。
【００２９】なお、最近の半導体回路の高密度化から、
移動鏡とレチクル端（又はレチクル中心）の距離Ｃは、
１０ｃｍ程度であり、６インチレチクルを使用する場
合、約２０ｃｍ程度である。
【００３０】［第三の実施形態］本発明の第三の実施形
態の走査型露光装置は、構成は図１と同様として、図３
（ａ）に示すレーザー干渉計の読み値から得られるダイ
ナミックディストーション（移動平均）と、図３（ｂ）
に示す位置（ｍｍ）と位置誤差（ｎｍ）との露光結果か
ら求められるダイナミックディストーションとの差を予
め求め、図３（ｃ）に示す位置（ｍｍ）と補正値（ｎ
ｍ）との関係で、両者の差から補正値を計算し露光装置
に記憶させておく特徴を備えている。
【００３１】本発明の第三の実施形態では、図３に示し
た如く、レチクルステージとウェーハステージの少なく
とも２次元上ｘ軸とｙ軸のそれぞれのレーザー干渉計の
データから求めた移動平均と、露光結果から求めたダイ
ナミックディストーションとの関係から補正値を求め
（図３（ｃ））、その補正値を本露光装置に記憶手段に
記憶させ、現実の露光時にその補正値を加味した上で同
期走査する。
【００３２】図３によれば、横軸は露光フィールド内の
位置で、図３（ａ）を得る前の段階に、レチクルとウェ
ーハの同期誤差の現実的な生データを得ておく。これ
は、レチクルとウェーハの位置をそれぞれレーザー干渉
計で求めており、ある位置（或いはタイミング）での本
来位置するべき場所からの微少な誤差を示したものであ
る。この際、レチクルとウェーハのいずれかを基準とし
て同期誤差を求めておく。次に、この同期誤差のレチク
ル上の露光透過部分のスリット内の移動平均が、図３
（ａ）の縦軸とする。また、横軸はウェーハ上の露光さ
れる範囲を±１６．５ｍｍとして示している。この移動
平均は走査露光された像の理想位置からのずれに相当す
る。走査露光では、レチクル上又はウェーハ上の一つの
点は、スリットにかかった後、スリットを抜けるまでの
間、露光されて形成されるので、その間の同期誤差の平
均値の場所に結像する。すなわち、移動平均は理想格子
からのずれであるディストーションを示している。
【００３３】図３（ｂ）の縦軸は、実際に露光した結果
から求めた位置誤差である。この求め方はディストーシ
ョンの計測方法と同一で、例えば座標測定器等を用いて
計測する。この際、一般のディストーション計測よりも
多数点のデータを取れば、精度がよくなる。図３（ｂ）
の計測マーク点であるプロット数の多いレチクルを用い
るほど計測の精度も上がる。
【００３４】図３（ａ）と図３（ｂ）との相違は、空気
揺らぎや、剛性不足による露光装置のボディの変形等か
ら生じる。この差が図３（ｃ）に示す縦軸の値である。
レーザー干渉計の読み値には現れないシステムエラーと
もいえる。こうして、実際の露光時には、レチクルとウ
ェーハの同期誤差を０に追い込むのではなく、予め求め
た図３（ｃ）の位置関係を追い込みの目標として、レチ
クルとウェーハの２次元状又は３次元状の位置関係を補
正値に基づいて補正・制御する。
【００３５】［第四の実施形態］本発明の第四の実施形
態の走査型露光装置では、図４に示した如く、レーザー
干渉計の発射光の光路を筒状の治具で保護し、空気ゆら
ぎによる計測誤差を極力低減する。
【００３６】図４において、レーザー干渉計４９から発
したレーザー光は光路保護筒４８を通って、移動鏡４６
で反射され、光路保護筒４８を通って受光される。その
発射光と受光との干渉によって、光路長を測定できる。
移動鏡４６はレチクル４２を載置したレチクルステージ
４１に固定され、レチクルステージ４１の移動と共に光
路長を測定して、同様にウェーハステージにおけるレー
ザー干渉計による光路長を測定して、ウェーハステージ
の移動によるレーザー干渉計の測定結果と対比して、走
査駆動の誤差を検出して、誤差を補正する。
【００３７】図４において、移動鏡４７は、移動鏡４６
とレーザー干渉計４９の方向補Ｘ軸とすると、Ｙ軸にお
ける不図示のレーザー干渉計による光路長を測定するた
めの反射鏡である。レチクルステージ４１と同様に、ウ
ェーハステージにおいても、少なくとも２つのレーザー
干渉計と移動鏡とを設けて、ＸＹ面の２次元または３次
元の位置を求めることにより、レチクル４２とウェーハ
の位置ずれを補正しつつ露光位置を走査して、レチクル
パターンをウェーハ上に転写する。
【００３８】前述の実施形態と同様に、上述したよう
に、図４ではレチクルステージ４１の例を示したが、ウ
ェーハステージ側も同様の機構にする。但し、ウェーハ
ステージではＸ、Ｙ方向に動くため、光路保護筒にも可
動機構を持たせる。
【００３９】上述した各実施形態では、露光環境による
空気の揺らぎ等に着目して、空気揺らぎによる影響を補
正するための手法について説明したが、温度変化、湿度
変化、気圧変化ばかりでなく、空気内種類密度差や装置
振動等、種々の環境変化に対しても、本発明を適用でき
るものである。
【００４０】
【発明の効果】以上から、本発明によれば、レチクル及
びウェーハの同期精度が向上する。これにより走査型露
光装置の高精度化が図れる。
【００４１】具体的には、特にダイナミックディストー
ションが低減し、重ね合わせ精度が向上する。その他、
顕著ではないが同じく同期精度の向上により線幅の均一
性やＤＯＦが向上する等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による走査型露光装置の一部
の概念図である。
【図２】本発明の実施形態による走査型露光装置の一部
の概念図である。
【図３】本発明の実施形態による走査型露光装置の動作
説明図である。
【図４】本発明の実施形態による走査型露光装置の一部
の概念図である。
【図５】従来の実施形態による走査型露光装置の一部の
概念図である。
【符号の説明】
１１，２１，４１，５１ レチクルステージ １２，２２，４２，５２ レチクル １３ 固定反射鏡 １４ 参照レーザ干渉計 １６，１７，２６，２７，４６，４７，５３，５６ 移
動鏡 １９，２８，２９，４９，５４，５９ レーザー干渉計 ５５ 投影光学系 ５７ ウェーハステージ ５８ ボディ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
    し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
    半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
    により計測する機構を備えた走査型露光装置であって、 前記レチクル及び前記半導体基板を載せた前記各ステー
    ジの近傍に空気ゆらぎモニタ用参照レーザー干渉計を少
    なくとも一つ以上有することを特徴とする走査型露光装
    置。
  2. 【請求項２】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
    し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
    半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
    により計測する機構を備えた走査型露光装置であって、 前記レチクルと前記半導体基板の位置を前記レーザー干
    渉計の計測により求まる結像位置誤差と実露光結果から
    求まる位置誤差の差を予め前記同期走査の制御に取り込
    んだことを特徴とする走査型露光装置。
  3. 【請求項３】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
    し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
    半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
    により計測する機構を備えた走査型露光装置であって、 前記レチクル用のステージと前記半導体基板用のステー
    ジの少なくともいずれか一つは、前記ステージを挟んで
    互いに向かい合う向きにレーザー干渉計を備えることを
    特徴とする走査型露光装置。
  4. 【請求項４】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
    し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
    半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
    により計測する機構を備えた走査型露光装置であって、 前記レーザー干渉計の光路の一部に筒状の治具を設けた
    ことを特徴とする走査型露光装置。
  5. 【請求項５】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
    し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
    半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
    により計測する機構を備えた走査型露光装置であって、 予め前記レーザー干渉計により前記各ステージの位置の
    相互の移動平均値を求める移動平均検出手段と、前記半
    導体基板上の露光走査の結果による位置誤差を求める位
    置誤差検出手段と、前記半導体基板上の各位置に対する
    前記移動平均値と前記位置誤差との差異を補正値として
    求める補正値算定手段と、実際の走査露光時に前記補正
    値に基づいて前記レーザー干渉計の測定値と前記各ステ
    ージの位置を補正することを特徴とする走査型露光装
    置。
  6. 【請求項６】 レチクルと半導体基板を投影光学系を介
    し互いに反対方向に同期走査し、前記レチクル及び前記
    半導体基板を載せた各ステージの位置をレーザー干渉計
    により計測する機構を備えた走査型露光方法において、 予め前記レーザー干渉計により前記各ステージの位置の
    相互の移動平均値を求め、前記半導体基板上の露光走査
    の結果による位置誤差を求め、前記半導体基板上の各位
    置による前記移動平均値と前記位置誤差との差異を補正
    値として求め、実際の走査露光時に前記補正値に基づい
    て前記レーザー干渉計の測定値と前記各ステージの位置
    を補正することを特徴とする走査型露光方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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