JP2001250757A - 走査型露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同期精度を損なう事なく、走査速度を最高ま
で上げ、スループット向上を図る。 【解決手段】 原版であるレチクル３上の転写領域内に
形成されたパターンを被転写物であるウエハ５上の被露
光領域に投影する投影光学系４と、光源１より供給され
た光で、レチクル３を照明する照明光学系２と、レチク
ル３とウエハ５の位置を測定する測定手段として計測系
１０，１２などを持ち、投影光学系４に対してレチクル
３とウエハ５の各々の位置を制御しながら、レチクル３
とウエハ５を所定の走査速度で走査するためのステージ
６，７および制御系１１，１３を有し、レチクル３とウ
エハ５の各々の位置を制御すべくステージ６，７を駆動
する駆動量に応じて前記走査速度を可変とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原版（例えばレチ
クルなど）のパターンを被転写物（例えばウエハなど）
の面上に走査露光する分野、特に、フォトリソグラフィ
技術により半導体または液晶表示素子などのパターンを
被転写物に転写する走査型露光装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体及び液晶表示素子製造において、
素子微細パターン形成工程は一般に原版のパターンを露
光により転写する技術、いわゆるフォトリソグラフィー
技術が利用される。原版はレチクルまたはマスクと呼ば
れる石英ガラス基板であり、その遮光面に抜きまたは残
しパターンが形成されており、照明光により露光された
パターンが投影光学系を介して、半導体ウエハ（以下ウ
エハという。）または液晶用ガラス基板等の被転写物で
ある素子基板上に投影される。素子基板には感光性を有
するフォトレジストが塗布されており、投影されたパタ
ーンが潜像として転写される。現像されたレジスト像の
抜き残しパターンに対し、レジスト下地面の加工選択比
が高いエッチングを行うことにより、素子基板の微細加
工が行われる。

【０００３】ところで半導体素子製造のフォトリソグラ
フィー工程に使用される露光装置は、ステッパと呼ばれ
る縮小投影型露光装置が最近までの主流であった。高解
像力を有するステッパの露光画角（１度の露光でパター
ン投影可能な領域）は高々２２ｍｍ四方であり、その露
光方式はウエハを搭載したステージが移動することによ
り、ウエハ上に等分に分割された露光領域を露光投影光
学系下の露光画角内へ順次移動させ、ステージ位置決め
静止後にパターン露光を行うステップ・アンド・リピー
ト方式であった。

【０００４】近年、半導体素子に対し、高速・大容量化
と低コスト化への要求が著しく高まり、素子メーカーか
らは一層の微細加工を小チップ面積で達成可能な光露光
装置が求められるようになった。一方露光機メーカーか
らは、投影光学系の解像力向上と露光領域内のパターン
均一性を高い生産性で実現できるステップ・アンド・ス
キャン方式（スキャナ）が提案と同時に製品化されてい
る。

【０００５】この方式は、パターン露光時にレチクルと
ウエハが同時に移動し、投影光学系を走査する方式であ
る。レチクル位置とウエハ位置は、投影光学系に対し縮
小倍率比に同期が取られ、同縮小倍率でウエハにレチク
ルパターンが投影される。レチクルとウエハには走査方
向が短手となる矩形状のスリット光が照明系より供給さ
れる。走査露光時、ウエハの露光域の各点はスリット光
を所定時間で通過することにより、レジストが感光し所
望パターン形成に必要な露光エネルギ（積算露光量）を
得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、先に述べた微細
加工に要求されるパターン寸法は、投影レンズの限界解
像力近辺に達しており、露光後の現像レジストパターン
寸法精度は、投影光学系とウエハの合焦精度や、積算露
光量精度（積算誤差量／積算露光量）、レチクルとウエ
ハの相対位置精度（同期精度）に対し極めて敏感に左右
される。特にこの傾向は像側空間像の露光コントラスト
プロファイル変化が緩やかな孤立パターンにおいて顕著
である。また、微細加工の要求に並行して生産性も上げ
なくてはならず、上記所望の精度を維持あるいは向上さ
せつつ走査速度をアップさせる事が要求されている。

【０００７】従来、走査速度をアップさせる上で、特に
レチクルとウエハの相対位置精度（同期精度）を維持す
る事が、ステージの位置決めの駆動スピードの要因で、
非常に困難であった。

【０００８】走査速度をアップさせるとウエハ内あるい
は１走査内（１ショット内）のある特定の場所で駆動量
が多くなり駆動スピードが追いつけず、所望の同期精度
を満足させる事ができなかった。そのため所望の同期精
度を維持するには走査速度を落とさざるを得なく、生産
性を低下させていた。

【０００９】駆動量が多くなる原因としては、 （１）床振動等からステージに外乱として入る振動が大
きいこと。 （２）ウエハの平面度が悪い場合、ウエハのフォーカス
やレベリング駆動等による所謂アッベ誤差（位置合わせ
したい場所と測定点のずれに起因する誤差）の補正が大
きいこと。 （３）装置固有の癖があること。 等が考えられる。各項目とも、ある特定の時間や場所で
発生する。従ってある特定の時間や場所をうまく避ける
事ができれば、走査速度を上げる事ができ、生産性を向
上させられる。

【００１０】本発明は、同期精度を損なう事なく、走査
速度を最高まで上げ、スループット向上を図ることがで
きる走査型露光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の課
題を解決するものであって、原版上の転写領域内に形成
されたパターンを被転写物上の被露光領域に投影する投
影光学系と、光源より供給された光で、前記原版を照明
する照明光学系と、前記原版と前記被転写物の位置を測
定する測定手段とを持ち、前記投影光学系に対して前記
原版と前記被転写物の相対位置および前記原版と前記被
転写物の各々の位置の少なくともいずれかを制御しなが
ら、前記原版と前記被転写物を所定の走査速度で走査す
るためのステージおよび制御系を有する走査型露光装置
において、前記相対位置および前記各々の位置の少なく
ともいずれかを制御すべく前記ステージを駆動する駆動
量に応じて前記走査速度を可変とすることを特徴とす
る。

【００１２】本発明は、前記走査速度を可変とする時
の、前記駆動量を、パラメータとして持ち、必要により
該走査速度を変更できる事が望ましい。また、本発明
は、前記駆動量を、事前に測定あるいは計算しておき、
事前に前記走査速度を決めておく事としてもよい。

【００１３】前記駆動量は前記投影光学系の光軸方向の
量に応じて決定される事にしてもよい。また、前記駆動
量に応じて前記走査速度を可変とするのは、ウエハ毎
と、ショット毎と、ショット内逐次との間で変更できる
事が好ましい。

【００１４】また、可変とした前記走査速度の変更に応
じた露光量制御の変更を行う事が好ましい。

【００１５】

【実施例】本発明の第１実施例について図１を用いて説
明する。図１は本発明の第１実施例に係る走査型露光装
置の要部概略図である。この走査型露光装置は、光源１
から光束が放射され、該光束が照明光学系２で所望のス
リット状の大きさ及び光量分布等に形成されレチクルス
テージ６で保持された原版としてのレチクル３を照明す
る。レチクル３のパターンは、前記照明により投影光学
系４を介して、ウエハステージ７で保持され感光材が塗
られた被転写物であるウエハ５に転写され前記パターン
が形成される。

【００１６】照明光学系２には、不図示であるが、コヒ
ーレンスファクタσ値を設定するための円形開口面積が
異なる開口絞りや、輪帯照明用のリング形状絞り、４重
極絞り等が載置されており、さらにそれらを切り替える
機構や、照明光量を調整するための機構、例えばＮＤフ
ィルタ切替機構や、光量を計測する光量検出器、スリッ
ト状の照明範囲を確保するためにレチクル３と共役な位
置に載置されたブラインド及びブラインドの駆動機構等
が含まれている。また、投影光学系４には、開口数を設
定するための開口数切替機構や、投影レンズの収差を補
正するレンズ駆動機構等が含まれている。

【００１７】ここでは、本発明の本質に関係しないの
で、照明光学系２および投影光学系４の詳細は省略す
る。レチクル３のパターンは前記スリット状照明により
投影光学系４を介して感光材が塗られたウエハ５に到達
しパターン像が形成されるのであるが、レチクルステー
ジ６により保持されたレチクル３の位置は、レチクルス
テージ計測系１０によって測定される。所望の位置から
レチクル３がずれた場合、レチクルステージ制御系１１
によりレチクルステージ６を位置制御すべく駆動し補正
する。

【００１８】ウエハ５はウエハステージ計測系１２及び
投影光学系４の光軸方向の計測に用いるフォーカスレベ
リング検出系８とフォーカスレベリング計測系１４によ
ってその位置が計測される。所望の位置からウエハ５が
ずれた場合、ウエハステージ制御系１３によりウエハス
テージ７を駆動し、ウエハ５の位置は補正される。ここ
で、フォーカスレベリング検出系８とフォーカスレベリ
ング計測系１４がウエハ５側にしかないが、レチクル３
側にあっても良い。

【００１９】前記スリット状照明でレチクル３の全パタ
ーン領域をウエハ５に転写するため、レチクル３はレチ
クルステージ６を介して図中に矢印で示す走査方向に駆
動され、それに伴いウエハ５もウエハステージ７を介し
て図中に示す走査方向に投影倍率比に応じて駆動され
る。レチクル３とウエハ５の相対位置がずれると所望の
パターン及びウエハ５の所望の位置にパターンが転写さ
れない不具合が生じるため、相対位置制御系１５によ
り、レチクル３とウエハ５の相対位置が計算され、レチ
クルステージ制御系１１とウエハステージ制御系１３に
駆動指令が出され、相対位置制御される。

【００２０】また、レチクル３とウエハ５の相対位置以
外に走査速度による照明光量、照明光学系２のブライン
ド駆動機構等の制御を行うため、主制御系１６が設けら
れている。

【００２１】ここで、相対位置制御系１５、レチクルス
テージ制御系１１、ウエハステージ制御系１３によって
指令された値に基づいてレチクルステージ６、ウエハス
テージ７で駆動するのであるが、走査速度が早くなれ
ば、駆動速度を早くする必要がある。各々のステージの
速度が間に合わないと、レチクル３とウエハ５の相対位
置がずれ前記不具合が生じてしまう。その不具合を生じ
させないため、走査速度を遅くする必要がある。

【００２２】以下本実施例１の走査速度可変方法につい
て、図４に示すブロック図を用いて説明する。走査露光
が開始されると（ステップ１０１）、最初に設定されて
いた走査速度で、レチクル３及びウエハ５が同期しなが
らステージ６，７が駆動される（ステップ１０２）。レ
チクル３とウエハ５の例えば６軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ω
ｘ、ωｙ、ωｚ方向）の同期精度を観察しながら走査が
進み（ステップ１０３）、同期のずれを補正するため
に、レチクルステージ６あるいはウエハステージ７にフ
ィードバックする駆動量Ｃａを求める（ステップ１０
４）。その駆動量Ｃａから例えば以下の式により走査速
度を決定する（ステップ１０５）。

【００２３】Ｖａ＝（Ｋ／Ｃａ）×Ｖ０・・・（１） ここで Ｖａ：新たな走査速度 Ｋ ：係数（経験的な係数） Ｃａ：図４に示すブロック図中のステップ１０４で算出
された駆動量 Ｖ０：初期設定されている走査速度 また、走査速度を変えるかのトレランス（閾値）を設
け、トレランスから超えたら走査速度を変えるという判
断をしてもよい。例えば、トレランスＣ０を設け、Ｃ０
≦Ｃａの条件のときに、走査速度を変えるという判断を
ブロック図のステップ１０５に追加してもよい。また、
トレランスＣ０はこの走査露光における精度を規定する
ものであって事前に所望の数値に変更できるものであ
る。

【００２４】さらに、トレランスＣ０として複数種類の
値Ｃ０１，Ｃ０２・・・Ｃ０ｎを設け、各々に走査速度
の幅を持たせて、どの走査速度に出来るかの判断をして
もよい。

【００２５】本実施例では（１）式のような式で新たな
走査速度Ｖａを算出しているが、経験測と一番合うよう
な関係式を求め出し、用いるのが良い。ここで関係式は
本発明の本質ではないので便宜上（１）式のようなもの
とする。

【００２６】上記（１）式で求められた新たな走査速度
Ｖａでレチクルステージ６およびウエハステージ７は駆
動され、再度、レチクル３とウエハ５の例えば６軸方向
（Ｘ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚ方向）の同期精度を観
察しながら走査が進む（ステップ１０３）。

【００２７】走査速度を変えなかった場合、走査露光が
終わっていなければ初期設定の走査速度Ｖ０に戻され上
記の流れを再度踏む（１０７）。

【００２８】ここで、ステップ１０６において、新たな
走査速度Ｖａで走査した場合、初期設定の走査速度Ｖ０
に戻さず新たな走査速度Ｖａのまま走査し、本実施例の
この流れを踏んでも良い。その場合ステップ１０７の露
光終了していない場合の矢印はステップ１０２とステッ
プ１０３の間に戻っていく。走査露光が終われば本走査
露光は終了する（ステップ１０８）。

【００２９】次に本発明の実施例２について説明する。
実施例２と実施例１との違いは、実施例２は走査露光し
ながら事前に得ることができるデータから走査速度の決
定をする点である。図２は、図１に示したウエハ５の部
分の拡大図であるが、ウエハ５の上面（投影光学系４の
ピント面）とウエハステージ計測系１２の測定面がＡの
量だけずれており、図中Θだけウエハステージ７が傾く
と所謂アッベ誤差といわれている量（＝Ａ×ｓｉｎ
（Θ））がウエハ５の上面でずれてしまうことを表わし
ている。このＡという量は装置を作る上で既知の量であ
るが、Θの量は、ウエハ５の平面度により変化する。走
査露光している時このΘの量が大きいと、ウエハステー
ジ７を駆動する量が大きくなり、ウエハ５の位置ずれが
生じ同期精度が悪くなる。この問題に対処するため、図
３に示すように、フォーカスレベリング検出系８をスリ
ット状照明光の位置よりＢだけ走査方向にずらし、露光
される前にウエハ５の平面度（フォーカスレベリング駆
動量）を計測しておく事が提案されている。ウエハステ
ージ７はこのＢの距離（時間）の間に駆動しておけば良
く、多少駆動速度を遅くする事ができる。しかるに、も
っと走査速度が早くなれば、同期精度が悪くなる事には
変わりが無い。実施例２はこの様な系での走査速度可変
の発明である。

【００３０】以下本実施例２について、図５に示すブロ
ック図を用いて説明する。走査露光が開始されると（ス
テップ１５０）、初期設定された走査速度Ｖ０で走査露
光され（ステップ１５１）、スリット上の照明範囲に到
達する前のレチクルやウエハのフォーカスやレベリング
量が計測される（ステップ１５２）。その量から、アッ
ベ誤差の補正量や、実際のフォーカスやレベリング量の
駆動量が算出され（ステップ１５３）、駆動量により走
査速度を例えば前述の（１）式により決定し露光される
（ステップ１５４）。ここで、露光しているときには実
施例１の図４におけるステップ１０３〜１０６のような
流れを追加しても良い。そして、走査露光終了かの判定
をして、走査露光が終わっていなければ初期設定の走査
速度Ｖ０に戻され上記の流れを再度踏む（ステップ１５
５）。

【００３１】ここで、ステップ１５４で新たな走査速度
Ｖａで走査した場合、初期設定の走査速度Ｖ０に戻さず
新たな走査速度Ｖａのまま走査し、本実施例のこの流れ
を踏んでも良い。

【００３２】また、ウエハ５の平面度は逐次変わってい
くものではないので、走査露光する前に事前にウエハ５
上の平面度を測定し、その量から走査速度のプロファイ
ルを計算して持っておき、走査露光時はそのプロファイ
ルにしたがって駆動されるようにしても良い。実施例２
において、フォーカスレベリング検出系８をスリット状
照明光の位置よりＢだけ走査方向にずらしている場合
は、走査露光しているショットからＢだけずれた位置の
フォーカスレベリング量を測定することが出来るので、
走査露光するショットとは異なる隣のショットのフォー
カスレベリング量を測定した事になり、事前にレチクル
３およびウエハ５の駆動量を知る事が可能になる。

【００３３】また、これと同じように、実施例１および
実施例２の初期速度Ｖ０は、事前に、このショットある
いはウエハを露光しないで走査して最適な速度に設定し
ておいても良い。これをすることで、実際の走査露光時
に走査速度を変更する頻度を少なくすることが出来る。

【００３４】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した走査型
露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明
する。図６は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チ
ップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロ
マシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設
計）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ２
（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスク
を製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステ
ップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意
したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によっ
てウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５
（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４で作製され
たウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッ
センブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケー
ジング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６
（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの
動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうし
た工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ス
テップ７）される。

【００３５】図７は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した走査型露光装置によ
ってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ス
テップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ス
テップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外
の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では
エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ
上に多重に回路パターンが形成される。

【００３６】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明に係る走査型露光装置は、レチク
ルステージあるいはウエハステージにフィードバックす
る駆動量の大きさにより走査速度を可変とする事で、同
期精度を損なう事なく、走査速度を最高まで上げられる
ため、スループット向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例における走査型露光装置
の構成図である。

【図２】 本発明の第２実施例におけるアッベ誤差説明
図である。

【図３】 本発明の第２実施例におけるウエハステージ
構成図である。

【図４】 本発明の第１実施例におけるブロック図であ
る。

【図５】 本発明の第２実施例におけるブロック図であ
る。

【図６】 微小デバイスの製造のフローを示す。

【図７】 図６のウエハプロセスの詳細なフローを示
す。

【符号の説明】

１：光源、２：照明光学系、３：レチクル、４：投影光
学系、５：ウエハ、６：レチクルステージ、７：ウエハ
ステージ、８：フォーカスレベリング検出系、１０：レ
チクルステージ計測系（測定手段を構成する）、１１：
レチクルステージ制御系、１２：ウエハステージ計測系
（測定手段を構成する）、１３：ウエハステージ制御
系、１４：フォーカスレベリング計測系（測定手段を構
成する）、１５：相対位置制御系、１６：主制御系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１８

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原版上の転写領域内に形成されたパター
   ンを被転写物上の被露光領域に投影する投影光学系と、
   光源より供給された光で、前記原版を照明する照明光学
   系と、前記原版と前記被転写物の位置を測定する測定手
   段とを持ち、前記投影光学系に対して前記原版と前記被
   転写物の相対位置および前記原版と前記被転写物の各々
   の位置の少なくともいずれかを制御しながら、前記原版
   と前記被転写物を所定の走査速度で走査するためのステ
   ージおよび制御系を有する走査型露光装置において、前
   記相対位置および前記各々の位置の少なくともいずれか
   を制御すべく前記ステージを駆動する駆動量に応じて前
   記走査速度を可変とすることを特徴とする走査型露光装
   置。
2. 【請求項２】 前記走査速度を可変とする時の、前記駆
   動量をパラメータとして持ち、必要により該走査速度を
   変更できる事を特徴とする請求項１に記載の走査型露光
   装置。
3. 【請求項３】 前記駆動量を、事前に測定あるいは計算
   しておき、事前に前記走査速度を決めておく事を特徴と
   する請求項１または２に記載の走査型露光装置。
4. 【請求項４】 前記駆動量は前記投影光学系の光軸方向
   の量に応じて決定する事を特徴とする請求項１に記載の
   走査型露光装置。
5. 【請求項５】 前記駆動量に応じて前記走査速度を可変
   とするのは、ウエハ毎と、ショット毎と、ショット内逐
   次との間で変更できる事を特徴とする請求項１に記載の
   走査型露光装置。
6. 【請求項６】 可変とした前記走査速度の変更に応じた
   露光量制御の変更を行う事を特徴とする請求項１に記載
   の走査型露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の走査型
   露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とする
   デバイス製造方法。