JP2004297081A - Exposure system, method of manufacturing device and stage device - Google Patents
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Description
本発明は、設計パターンを基板上のレジストに露光して半導体デバイス等を製造するために用いられる露光装置およびそれを用い得るデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus used to manufacture a semiconductor device or the like by exposing a design pattern on a resist on a substrate and a device manufacturing method using the same.
従来、このような露光装置としては、ウエハ等の基板をステップ移動させながら基板上の複数の露光領域に原版のパターンを投影光学系を介して順次露光するステッパや、投影光学系に対し相対的にマスク等の原版と基板とを同期走査させて原版のパターンを基板上に露光する走査型の露光装置等が知られている。 Conventionally, such an exposure apparatus includes a stepper that sequentially exposes an original pattern onto a plurality of exposure areas on a substrate via a projection optical system while step-moving a substrate such as a wafer, or a projection optical system. There is known a scanning type exposure apparatus for exposing an original pattern onto a substrate by synchronously scanning an original such as a mask and a substrate.
また、近年、より高精度で微細なパターンの露光が行えるように、前記ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領域に高精度で微細なパターンの露光を行う、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置が提案されている。この露光装置では、スリットにより制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみを使用しているため、より高精度且つ広画角な微細パターンの露光が可能となっている。 In recent years, the step movement and the scanning exposure are repeated so that a fine pattern can be exposed to a plurality of regions on the substrate with a high accuracy, so that a fine pattern can be exposed with a higher accuracy. An and scan type exposure apparatus has been proposed. In this exposure apparatus, only a portion relatively close to the optical axis of the projection optical system is used, limited by the slit, so that a fine pattern with higher precision and a wider angle of view can be exposed.
しかしながら、このようなステップ・アンド・スキャン型の露光装置等の高精細な露光を目的とする露光装置において、投影光学系の性能を十分に引き出し、真に露光精度を向上させるためには、さらに、原版と基板間の位置的整合性を向上させる必要がある。 However, in an exposure apparatus for high-definition exposure such as a step-and-scan type exposure apparatus, in order to sufficiently bring out the performance of the projection optical system and truly improve the exposure accuracy, furthermore, It is necessary to improve the positional consistency between the original and the substrate.
そこで本発明の目的は、露光装置およびこれを用い得るデバイス製造方法において、原版と基板間の位置的整合性の向上を図るための新たな技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a new technique for improving the positional alignment between an original and a substrate in an exposure apparatus and a device manufacturing method using the same.
具体的には、本発明の目的は、支持手段の変形による投影光学系や原版と基板との間の位置関係の測定精度の劣化を極力排除し、かかる位置関係の測定をより高精度で行えるようにすることにある。 Specifically, an object of the present invention is to minimize the deterioration of the measurement accuracy of the positional relationship between the projection optical system or the original and the substrate due to the deformation of the support means, and to perform the measurement of such a positional relationship with higher accuracy. Is to do so.
前記目的を達成するための本発明の露光装置は、基板を基板ステージにより移動させながら、原版のパターンを投影光学系を介して前記基板上に露光する露光装置であって、前記基板ステージを設けた第1の定盤と、この第1定盤を3点において支持する支持手段と、前記原版および投影光学系を設けた第2の定盤と、前記第1および第2定盤間の距離を測定する測定手段とを備え、前記測定手段の前記第1定盤上における測定点は、その測定方向にみれば、前記3点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在することを特徴とする。 An exposure apparatus of the present invention for achieving the above object is an exposure apparatus that exposes a pattern of an original onto the substrate via a projection optical system while moving the substrate by a substrate stage, wherein the substrate stage is provided. A first platen, supporting means for supporting the first platen at three points, a second platen provided with the original plate and the projection optical system, and a distance between the first and second platens. And measuring points on the first platen of the measuring means are, when viewed in the measuring direction, each of the vertices of the triangle formed by the three points and the midpoint of the side adjacent thereto. Are present on a straight line passing through.
また、前記目的を達成するための本発明のデバイス製造方法は、基板を基板ステージにより移動させながら、原版のパターンを投影光学系を介して前記基板上に露光するデバイス製造方法であって、前記基板ステージを第1の定盤上に設け、前記原版および投影光学系を第2の定盤上に設け、前記第1定盤を3点で支持し、前記第1および第2定盤間の距離を、第1定盤上における測定点が、その測定方向にみれば、前記3点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在するようにして測定し、その測定結果に基づいて前記第1および第2定盤間の相対位置を制御しながら前記露光を行うことを特徴とする。 Further, the device manufacturing method of the present invention for achieving the above object is a device manufacturing method of exposing a pattern of an original onto the substrate via a projection optical system while moving the substrate by a substrate stage, A substrate stage is provided on a first surface plate, the original plate and the projection optical system are provided on a second surface plate, the first surface plate is supported at three points, and the first and second surface plates are supported. The distance is measured such that the measurement points on the first surface plate are located on a straight line passing through each vertex of the triangle formed by the three points and the midpoint of the side adjacent thereto when viewed in the measurement direction. The exposure is performed while controlling the relative position between the first and second platens based on the measurement result.
また、前記目的を達成するための本発明の別の露光装置は、基板を基板ステージにより移動させながら、原版のパターンを投影光学系を介して前記基板上に露光する露光装置であって、前記基板ステージを設けた第1の定盤と、この第1定盤を3点において支持する支持手段と、前記原版および投影光学系を設けた第2の定盤と、前記第1および第2定盤間の距離を測定する測定手段とを備え、前記測定手段は、その前記第1定盤上での測定点における、予め測定された前記基板ステージの移動による前記第1定盤の変形量を考慮して前記距離の測定を行うものであることを特徴とする。 Further, another exposure apparatus of the present invention for achieving the object is an exposure apparatus that exposes a pattern of an original onto the substrate via a projection optical system while moving the substrate by a substrate stage, A first platen provided with a substrate stage, support means for supporting the first platen at three points, a second platen provided with the original plate and the projection optical system, and the first and second plates; Measuring means for measuring a distance between the boards, wherein the measuring means calculates a previously measured amount of deformation of the first platen due to movement of the substrate stage at a measurement point on the first platen. It is characterized in that the distance is measured in consideration of the above.
また、前記目的を達成するための本発明の別のデバイス製造方法は、基板を基板ステージにより移動させながら、原版のパターンを投影光学系を介して前記基板上に露光するデバイス製造方法であって、前記基板ステージを第1の定盤上に設け、前記原版および投影光学系を第2の定盤で支持し、前記第1定盤を3点で支持し、前記第1および第2定盤間の距離を、第1定盤上での測定点における、予め測定された前記ステージの移動による前記第1定盤の変形量を考慮して測定し、その測定結果に基づいて前記第1および第2定盤間の相対位置を制御しながら前記露光を行うことを特徴とする。 Another device manufacturing method of the present invention for achieving the above object is a device manufacturing method for exposing a pattern of an original onto the substrate via a projection optical system while moving the substrate by a substrate stage. Providing the substrate stage on a first platen, supporting the original plate and the projection optical system on a second platen, supporting the first platen at three points, and providing the first and second platens. The distance between the first and second measurement points on the first surface plate is measured in consideration of the previously measured deformation amount of the first surface plate due to the movement of the stage. The exposure is performed while controlling the relative position between the second platens.
また、前記目的を達成するための本発明のステージ装置は、3点で支持された定盤と、この定盤上に設けられたステージと、前記定盤の支持方向の位置を測定する測定手段とを備えたステージ装置であって、前記測定手段の前記定盤上における位置の測定点は、その測定方向にみれば、前記3点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在することを特徴とする。 In addition, a stage device of the present invention for achieving the above object has a surface plate supported at three points, a stage provided on the surface plate, and a measuring means for measuring a position of the surface plate in a supporting direction. Wherein the measuring point of the position of the measuring means on the surface plate is, when viewed in the measuring direction, a midpoint of each vertex of the triangle formed by the three points and a side adjacent thereto. And exists on a straight line passing through.
本発明によれば、基板ステージを3点支持された第1の定盤に搭載し、原版ステージおよび投影光学系を3点支持された第2の定盤に搭載した露光装置において、3点で支持されている定盤の位置やそれに対する距離の測定点を、それら3点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在するようにしたため、基板ステージの移動に伴う定盤の変形が少ない点を測定点として測定を行い、高い精度で測定を行うことができる。あるいは、このような測定を、その測定点における、予め測定した基板ステージの移動による定盤の変形量を考慮して測定を行うことにより、やはり高い精度で測定を行うことができる。 According to the present invention, in an exposure apparatus in which a substrate stage is mounted on a first surface plate supported by three points and an original stage and a projection optical system are mounted on a second surface plate supported by three points, Since the measurement points of the position of the supported surface plate and the distance to it are located on a straight line passing through each vertex of the triangle constituting the three points and the midpoint of the adjacent side, the position of the substrate stage Measurement can be performed with high accuracy by measuring a point at which the surface plate undergoes little deformation due to movement as a measurement point. Alternatively, such measurement can be performed with high accuracy by taking into account the previously measured deformation of the surface plate due to the movement of the substrate stage at the measurement point.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る露光装置を側方から見た様子を模式的に示す図であり、図2は、その露光装置の外観を示す斜視図である。これらの図に示すように、この露光装置は、レチクルステージ1上の原版のパターンの一部を投影光学系2を介してX・Yステージ3上のウエハに投影し、投影光学系2に対し相対的にレチクルとウエハをY方向に同期走査することによりレチクルのパターンをウエハに露光するとともに、この走査露光を、ウエハ上の複数領域に対して、繰り返し行うためのステップ移動を介在させながら行うステップ・アンド・スキャン型の露光装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a side view of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of the exposure apparatus. As shown in these drawings, this exposure apparatus projects a part of the pattern of an original on a
レチクルステージ1はリニアモータ4によってY方向へ駆動し、X・Yステージ3のXステージ3aはリニアモータ5によってX方向に駆動し、Yステージ3bはリニアモータ6によってY方向へ駆動するようになっている。レチクルおよびウエハの同期走査は、レチクルステージ1およびYステージ3bをY方向へ一定の速度比率(例えば4:1)で駆動させることにより行う。また、X方向へのステップ移動はXステージ3aにより行う。
The
X・Yステージ3は、ステージ定盤7上に設けられ、ステージ定盤7は3つのダンパ8を介して3点で床等の上に支持されている。レチクルステージ1および投影光学系2は鏡筒定盤9上に設けられ、鏡筒定盤9はベースフレーム10上に3つのダンパ11および支柱12を介して支持されている。ダンパ8は6軸方向にアクティブに制振もしくは除振するアクティブダンパであるが、パッシブダンパを用いてもよく、あるいはダンパを介せずに支持してもよい。
The XY
図3は、ダンパ11あるいは支柱12、走査露光時の走査方向、投影光学系2および露光光間の、装置の上から見たときの位置的関係を示す。同図に示すように、ダンパ11および支柱12による鏡筒定盤9の3つの支持点は二等辺三角形を構成しており、その二等辺14、15が交わる点16と重心とを結ぶ直線17に対して走査方向Yは平行であり、かつその重心18と投影光学系2の重心19とはほぼ一致している。図3中の20は、スリット状に成形された露光光の断面である。そのスリット形状の長手方向は走査方向に垂直な方向(X方向)である。3つのダンパ11のうち2つは装置の前部に位置し、残りの1つは装置の奥側に位置している。そして、装置へのウエハの搬入経路は、装置の前側より、装置前部に配置した2つの支柱12の間を経て設定されている。
FIG. 3 shows the positional relationship between the
また、この露光装置は、鏡筒定盤9とステージ定盤7との間の距離を3点において測定するレーザ干渉計、マイクロエンコーダ等の距離測定手段13を備え、それらのステージ定盤7上における3つの測定点Pは、図5に示すように、その測定方向にみれば、ダンパ8による定盤7の3つの支持点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在する。
The exposure apparatus further includes a distance measuring means 13 such as a laser interferometer or a micro encoder for measuring the distance between the
あるいは、これら測定点における、予め測定されたX・Yステージ3の移動によるステージ定盤7の変形量を考慮して前記距離の測定を行うようにしてもよい。
Alternatively, the distance may be measured in consideration of the previously measured deformation amount of the
この構成において、不図示の搬送手段により、装置前部の2つの支柱12間の搬送経路を経てX・Yステージ3上にウエハが搬入され、所定の位置合せが終了すると、露光装置は、走査露光およびステップ移動を繰り返しながら、ウエハ上の複数の露光領域に対してレチクルのパターンを露光転写する。走査露光に際しては、レチクルステージ1およびYステージ3bをY方向(走査方向)へ、所定の速度比で移動させて、スリット状の露光光でレチクル上のパターンを走査するとともに、その投影像でウエハを走査することにより、ウエハ上の所定の露光領域に対してレチクル上のパターンを露光する。1つの露光領域に対する走査露光が終了したら、Xステージ3aをX方向へ駆動してウエハをステップ移動させることにより、他の露光領域を走査露光の開始位置に対して位置決めし、走査露光を行う。なお、このX方向へのステップ移動と、Y方向への走査露光のための移動との組合せにより、ウエハ上の複数の露光領域に対して、順次効率良く露光が行えるように、各露光領域の配置、Yの正または負のいずれかへの走査方向、各露光領域への露光順等が設定されている。
In this configuration, when the wafer is loaded onto the
走査露光に際して、レチクルステージ1が移動するに従って、その重心の移動により鏡筒定盤9の傾きや変形状態が変化する。しかし、上述のように、鏡筒定盤9の支持点が二等辺三角形を構成し、直線17に対して走査方向Yは平行であり、かつ二等辺三角形の重心と投影光学系2の重心とは一致しているため、レチクルステージ1の重心もほぼ直線17上を通る。したがって、レチクルステージ1の移動による鏡筒定盤9の傾きは、Y(Z)方向に対するもののみとなり、X方向に対しては傾かない。また、鏡筒定盤9の変形量は直線17について対称となる。したがって、この変形によっても露光光のスリット形状20は走査方向に対し垂直であるため、Y方向に傾いたとしても、例えば、単にウエハ位置をZ方向に調整すれば、傾きの影響を排除することができる。これに対し、鏡筒定盤9がX方向に対して傾いた場合は、X方向にスリット形状20が延びているため、傾きの影響を排除することは、非常に困難である。
At the time of scanning exposure, as the
また、鏡筒定盤9は3点で支持されているため、レチクルステージ1の位置、鏡筒定盤9各点の変形量、および各支持点の位置間の関係は一義的に決まるため、4点支持に比べ、変形に対する再現性が良い。したがって、レチクルステージ1の移動に伴う鏡筒定盤9の変形を考慮したり、補正したりする場合は、これらを高精度で行うことができる。例えば、図1に示すように、投影光学系2のフォーカス位置にウエハが位置しているか否かは、鏡筒定盤9に固定された投光手段21によりウエハに対して斜め方向から光を照射し、その反射光の位置を受光手段22によって検出することにより行うことができるが、その際、鏡筒定盤9の正確な変形量を考慮してフォーカス位置を正確に検出することができる。また、ウエハのX、Y、θ方向の位置を検出するためのレーザ干渉計23による測定も同様に鏡筒定盤9の変形量を考慮して精確に行うことができる。
Further, since the
また、走査露光やステップ移動において、レチクルステージ1やX・Yステージ3の移動に伴い鏡筒定盤9やステージ定盤7が傾くため、これを補正する必要がある。このために、距離測定手段13により、鏡筒定盤9とステージ定盤7との間の距離を双方の3つの支持点の近傍において測定する。このときのステージ定盤7上における測定点は、その測定方向にみれば、3つの支持点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在する。これらの測定点においては、レチクルステージ1やX・Yステージ3の移動に伴う変形量が無視し得る程度であるため、変形量を考慮することなく、測定を行うことができる。
Further, in the scanning exposure or the step movement, the
一方、測定点における変形量が、無視できない程度であれば、あらかじめ、その変形量をレチクルステージ1やX・Yステージ3の位置に対応させて測定しておき、その変形量を考慮することにより、鏡筒定盤9とステージ定盤7との間の正確な距離を測定することができる。この場合、上述のように、3点支持であるため、変形量の再現性が良く、変形量を精確に反映することができる。
On the other hand, if the deformation amount at the measurement point is not negligible, the deformation amount is measured in advance corresponding to the position of the
図4(a)および(b)は、それぞれステップ移動および走査露光におけるXステージ3aおよびYステージ3bの移動速度の時間的変化の一例を示すグラフである。Yステージの加速を開始すると、Yステージは0.051秒の加速期間および0.05秒の整定時間を経た後、100mm/秒の一定速度で0.375秒間移動する。この一定速度の移動期間において露光を行う。この露光期間の後、Yステージを減速させるとともにXステージの加速を開始し、ステップ移動を行う。ステップ移動が終了したら、再度Yステージの加速を同様にして開始する。このようにして、XおよびYステージの移動を繰り返して、複数の露光領域に対してレチクルのパターンを順次走査露光してゆく。
FIGS. 4A and 4B are graphs showing an example of a temporal change of the moving speed of the
Xステージの重量を30kg、Yステージの重量を60kgとし、図4に示すような加減速を行うものとする。そしてそのときのXおよびYステージの最高加速度が0.2G、最高スキャン速度が100mm/秒、最高ステップ速度が350mm/秒、整定時間が0.15秒、露光の画角(各露光領域における露光範囲の大きさ)が32.5×25mm、スキャン距離が37.5(32.5+5)mm、XおよびYステージを駆動するリニアモータの推力定数が20N/Aとすれば、スキャン時およびステップ時のそれぞれにおける加減速時の各デューティDy およびDx は The weight of the X stage is 30 kg and the weight of the Y stage is 60 kg, and acceleration and deceleration as shown in FIG. 4 are performed. At that time, the maximum acceleration of the X and Y stages is 0.2 G, the maximum scan speed is 100 mm / sec, the maximum step speed is 350 mm / sec, the settling time is 0.15 sec, the angle of view of the exposure (exposure in each exposure area) Assuming that the size of the range is 32.5 × 25 mm, the scan distance is 37.5 (32.5 + 5) mm, and the thrust constant of the linear motor driving the X and Y stages is 20 N / A, the scan time and the step time , The duties Dy and Dx at the time of acceleration / deceleration are
次に上記説明した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。 Next, an embodiment of a device production method using the above-described exposure apparatus will be described.
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)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では設計した回路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によって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、これを出荷(ステップ7)する。
FIG. 6 shows a flow of manufacturing micro devices (semiconductor chips such as ICs and LSIs, liquid crystal panels, CCDs, thin-film magnetic heads, micro machines, etc.). In step 1 (circuit design), the circuit of the semiconductor device is designed.
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を形成する。 FIG. 7 shows a detailed flow of the wafer process. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the wafer surface. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the above-described exposure apparatus to print and expose the circuit pattern of the mask onto the wafer. Step 17 (development) develops the exposed wafer. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. Step 19 (resist stripping) removes unnecessary resist after etching. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。 By using the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a highly integrated semiconductor device, which was conventionally difficult to manufacture, at low cost.
1:レチクルステージ、2:投影光学系、3:X・Yステージ、4:リニアモータ、3a:Xステージ、3b:Yステージ、6:リニアモータ、7:ステージ定盤、8:ダンパ、9:鏡筒定盤、10:ベースフレーム、11:ダンパ、12:支柱、13:距離測定手段、18,19:重心、20:露光光の断面、21:投光手段、22:受光手段、23:レーザ干渉計。
1: reticle stage, 2: projection optical system, 3: XY stage, 4: linear motor, 3a: X stage, 3b: Y stage, 6: linear motor, 7: stage base, 8: damper, 9: Lens barrel base, 10: base frame, 11: damper, 12: support, 13: distance measuring means, 18, 19: center of gravity, 20: cross section of exposure light, 21: light projecting means, 22: light receiving means, 23: Laser interferometer.
Claims (5)
A stage apparatus comprising: a surface plate supported at three points; a stage provided on the surface plate; and measuring means for measuring a position of the surface plate in a supporting direction. A stage apparatus characterized in that a measurement point at a position on the board, when viewed in the measurement direction, exists on a straight line passing through each vertex of the triangle formed by the three points and the midpoint of a side adjacent thereto.
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