JP2005243887A - リソグラフィ装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 床ユニット17上に能動型防振台35を介して支持されてレチクルRを保持するレチクルステージRSTと、床ユニット17上に能動型防振台41を介して支持されてウエハWを保持するウエハステージWSTとを備え、レチクルRのパターンをウエハW上に露光する露光装置を製造する方法である。床ユニット17に或る入力を与えて床ユニット17の加速度を計測する第1工程と、その加速度を移動平均値等の形で時間軸上で評価する第2工程とを有し、その評価結果に応じて床ユニット17を補強する。
【選択図】 図2
Description
また、本発明は、床等の構造物の設計時からその振動特性又は剛性に関して或る程度定量的な目標値を設定でき、その結果としてリソグラフィ装置を効率的に製造できる製造技術を提供することを第2の目的とする。
本発明において、その第2工程の評価結果に応じて、その床構造の補強を行う第3工程(ステップ107)を更に有することができる。これによって、その床構造の振動特性又は剛性を改善でき、ひいては装置性能を向上できる。
この場合、そのリソグラフィ装置は、その基板の露光時に、スリット状の露光領域でその基板を露光した状態で、そのマスクステージとその基板ステージとを同期移動する走査型露光装置であるとすると、その加速度の移動平均値の許容範囲は、そのマスクステージとその基板ステージとの同期精度に基づいて定めてもよい。その加速度の移動平均値は、それらのステージを駆動するときの振動量に或る程度対応しているため、その移動平均値を小さくすることによって、その同期精度を向上できる。
この場合、そのリソグラフィ装置は、そのマスクのパターンをその基板上に投影する投影光学系(PL)を含むものとすると、その加速度の移動標準偏差値の許容範囲は、その投影光学系の像面に対するその基板の表面の合焦精度に応じて定めてもよい。その加速度の移動標準偏差のうちで、その投影光学系の光軸に平行な方向の成分によって合焦精度が劣化するため、その移動標準偏差を小さくすることによって、その合焦精度を向上できる。
また、例えば床構造の応答情報に関して時間軸上で評価される情報に許容範囲を設けることによって、床構造の設計時からその振動特性又は剛性に関して或る程度定量的な目標値を設定することができる。その結果、リソグラフィ装置を効率的に製造することができる。
図1は、本例の投影露光装置を構成する各機能ユニットをブロック化して表した図であり、この図1において、投影露光装置を収納するチャンバーは省略されている。図1において、露光用の光源としてKrFエキシマレーザ(波長248nm)又はArFエキシマレーザ(波長193nm)よりなるレーザ光源1が使用されている。その露光用の光源としては、その他のF2 レーザ(波長157nm)のような発振段階で紫外域のレーザ光を放射するもの、固体(YAG等)レーザ光源からの近赤外域のレーザ光を波長変換して得られる真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの、或いはこの種の露光装置でよく使われている水銀放電ランプ等も使用できる。
この場合、そのデフォーカス量の制御精度は、そのZレベリング機構の構成及び多点のオーフォカースセンサ(23A,23B)の検出精度等によって所定の値となる。従って、その像面と露光面との間隔のZ方向への振動の振幅は、投影光学系PLの焦点深度からそのデフォーカス量の制御精度を差し引いた値よりも小さくなるようにしておく必要がある(詳細後述)。
従って、走査露光中の両ステージのX方向、Y方向への振動の振幅の和は、両ステージの許容される位置ずれ量からその位置ずれ量の制御精度を差し引いた値よりも小さくなるように設定される必要がある(詳細後述)。言い換えると、ステージ制御ユニット14及び駆動系11,13による制御精度を小さくできない場合には、レチクルステージRST及びウエハステージWSTの許容できる振動量のマージンは小さくなる。
次に、例えば半導体デバイスの製造工場内での本例の投影露光装置の設置状態の一例につき説明する。図2は、その投影露光装置の設置状態の一例を示し、この図2において、その製造工場の床FL上に例えばH型鋼よりなる複数の支柱31を介して、投影露光装置を設置する際の基礎部材としての厚い平板状のペデスタル32が設置され、ペデスタル32上に投影露光装置を設置するための長方形の薄い平板状のベースプレート33が固定されている。複数の支柱31は、例えばペデスタル32の底面の4隅を含む複数の位置に、ペデスタル32が所定の振動特性(又は剛性)を持つように配置されている。図3(C)に示すように、複数の支柱31、ペデスタル32、及びベースプレート33から床構造としての床ユニット17が構成されている。なお、その床構造としては、床FLそのものを使用することも可能である。床構造として床FLそのものを使用する場合には、支柱31に対応して床FLの振動特性(又は剛性)を決定する部材は、その床FLを支持する梁構造となる。
本例の投影露光装置の機構部及び制御系を組み立てる際には、設計完了後に一例として、床ユニット17、ウエハステージユニット16、投影光学系PL、及びレチクルステージユニット15は、個別に組立が行われる。その際に、床ユニット17については、所定の防振特性又は剛性が得られるように設計、製造が行われ、必要に応じて補強が行われる(詳細後述)。次に、床ユニット17上に支持部材34及び能動型防振台35を介してコラム構造体CL中の第1コラム36を設置した後、ウエハステージユニット16及び投影光学系PLの組み込みが行われる。次に、レチクルベース37を含むレチクルステージユニット15の組み込みが行われるのに続いて、第2コラム38を介して照明光学系9及び照明系サブチャンバ39の組み込みが行われた後、図1のレーザ光源1及びビーム送光系(不図示)が設置される。その後、光学系及び制御系の調整等が行われる。
さて、本例では、投影露光装置の装置性能としての露光精度の一例である、オートフォーカス方式で投影光学系PLの像面にウエハWの表面を合焦させる際のデフォーカス量の許容範囲である(1)式のAF精度、及び走査露光時のレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの位置ずれ量の許容範囲である(2)式の同期精度をそれぞれ所定精度にするために、床構造としての床ユニット17の振動特性を設定する。そのために、設計段階で、床ユニット17の振動特性によってAF精度中の像面と露光面との間隔のZ方向の振動、及び同期精度中のステージのX方向、Y方向の振動がどのように変化するのかを解析して、必要な同期精度及びAF精度を得るための床ユニット17の設計上での振動特性を求める。なお、床ユニット17の振動特性を設定する代わりに、その剛性を所定の状態に設定してもよい。
また、駆動系11によってレチクルステージRSTをY方向に駆動して、レチクルステージRSTをY方向に加減速した場合も、レチクルステージRSTはそれ自体の構造(振動特性又は剛性)に応じた固有のモードで微小振動し、その振動が各移動鏡Mrx,Mry,Mrθにも伝わって同期精度が悪化する。更に、上記のペデスタル32の振動の内で比較的高い周波数成分の微小振動は、矢印63Aで示すように能動型防振台35及びコラム構造体CLを介して投影光学系PL及びレチクルステージRSTをも振動させる。この振動の内で、X方向及びY方向への振動は同期精度を悪化させ、Z方向への振動はAF精度を悪化させる。
1)レチクルステージRST及びウエハステージWSTの固有振動による振動と、この振動に起因する投影光学系PLの振動とを合わせた振動(以下、「第1の振動」と言う)
2)レチクルステージRST、ウエハステージWST、及び投影光学系PLで発生した第1の振動のうちで、能動型防振台35,41を介して又は直接に床ユニット17に伝わった後、再び能動型防振台35又は41を介してレチクルステージRST、ウエハステージWST、及び投影光学系PLに伝えられる振動(以下、「第2の振動」と言う)
3)外乱又は暗振動の内で床ユニット17を介してレチクルステージRST、ウエハステージWST、及び投影光学系PLに伝わる振動(以下、「第3の振動」と言う)
これらの振動の内で、その第1の振動については、図3(A)のレチクルステージユニット15及び図3(B)のウエハステージユニット16の設計時の構造解析によって評価することができる。そして、その第2の振動については、その第1の振動と、能動型防振台35及び41における振動の減衰特性と、床ユニット17の設計時の構造解析によって得られる振動特性(一例として、単位のハンマー入力に対して発生する周波数毎の加速度分布)とから評価することができる。また、その第3の振動については、例えば予め本例の投影露光装置が設置されるデバイス製造工場の平均的な外乱又は暗振動の状態とその床ユニット17の振動特性とから評価することができる。これらの第1、第2、及び第3の振動を求めることによって、図4の工程ブロック64及び65に示すように、同期精度及びAF精度を評価することができる。
T=m・Δt …(3)
次に、i番目(i=0,1,2,…)のサンプリング点における加速度a(t)(t=i・Δt)をa(i)として、n番目(n=0,1,2,…)のサンプリング点における移動平均値b(t)をb(n)とすると、b(n)は次の(4)式で表わすことができる。また、n番目のサンプリング点における移動σ値c(t)をc(n)とすると、その加速度a(i)及び移動平均値b(n)を用いることによって、c(n)は次の(5)式で表わすことができる。なお、(4)式及び(5)式において、加速度a(i)のデータが無い領域では、例えばa(i)=0とすればよい。
図9(D)は、ウエハ上の代表的な形状のショット領域67が図1の投影光学系PLによる露光領域68に対して走査速度VWSで走査方向(Y方向)に移動する状態を示し、この図9(D)において、ショット領域67及び露光領域68の走査方向の幅をそれぞれL1及びLとする。一例として、幅L1は33mm、幅Lは8mm、ウエハの走査速度VWSは300mm/s程度である。このとき、露光領域68がショット領域67に対して位置68Aに来るまでショット領域67が走査方向に移動する時間、即ちショット領域67の露光時間T’は次のようになる。
この露光時間T’を(3)式の平均時間Tとして用いることによって、ウエハ上の代表的なショット領域を走査露光する場合に、露光精度としての同期精度及びAF精度をそれぞれ向上できる。なお、L1=33(mm)、L=8(mm)、VWS=300(mm/s)を(6)式に代入すると、露光時間T’(平均時間T)は次のようになる。
この場合、サンプリング周期Δtを一例として1msとすると、(3)式で定められる整数mは例えば136(最も近い偶数を選んでいる)となる。即ち、平均時間中のサンプリング点の個数は137となる。
次に、移動平均値b(n)の許容範囲を(−a1/2≦b(n)≦+a1/2)とすると、その許容範囲の幅a1は、(2)式の同期精度がその許容範囲内に収まるように設定される。その幅a1は、X方向及びY方向で異なる値に設定してもよい。仮にその幅a1はX方向の加速度に対応する値であるとする。このとき、(2)式において、X方向の同期精度の許容範囲から位置ずれ量のX方向の制御精度及び上記の第1の振動によるX方向への振動の振幅を差し引くことで、床ユニット17の振動特性に依存するX方向の振動の振幅に対する許容レベルが求められる。この許容レベルを、上記の第1の振動に能動型防振台35及び41における減衰特性を乗じた振動と平均的な外乱又は暗振動による振動とによって床ユニット17に加えられるX方向の力で割ることによって、その移動平均値b(n)の許容範囲を示す振幅a1/2の値を求めることができる。同様にY方向の加速度に対応する幅a1の値も求めることができる。
先ず、図5のステップ101に示すように、投影露光装置のモデルを設計及び構造解析用のコンピュータのデータ上で構築する。即ち、図3(A)のレチクルステージユニット15、図3(B)のウエハステージユニット16、図2の能動型防振台35、コラム構造体CL、照明光学系9を含む照明系サブチャンバ39、図1のレーザ光源1、アライメント系やオートフォーカスセンサやレーザ干渉計等の各種センサ、及び送光光学系(不図示)等の設計を行う。次のステップ102において、所定の装置性能(露光精度)としてのAF精度及び同期精度がそれぞれ上記の(1)式及び(2)式の許容範囲内に収まるように、上述のように図3(C)の床ユニット17に単位のハンマー入力を与えた場合の、その床ユニット17の加速度a(t)の移動平均値b(t)及び移動σ値(移動標準偏差値)c(t)の許容範囲(上記の幅a1及び許容値a2)を定める。
図7は、床ユニット17のペデスタル32にハンマー66を用いて或る入力(F)を与える場合の配置の一例を示し、この図7において、図3(C)のベースプレート33は図示省略されている。この場合、ハンマー66には、ペデスタル32に衝突した際の力(N)の変化を計測できる不図示の計測装置が接続されている。また、ペデスタル32上のハンマー66によって入力が与えられる位置の近傍に1組の加速度センサ40Aが配置されており、1組の加速度センサ40Aによって、ハンマー入力後のペデスタル32(床ユニット17)のX方向、Y方向、及びZ方向の加速度a(t)’の変化が計測される。その加速度が床構造の応答情報に対応している。
次のステップ105において、図8のハンマー入力の最大値Fmaxが単位入力である1(N)になるように規格化を行う。この規格化にために図8のハンマー入力の力がFmaxで除算されるため、ステップ104で計測された加速度a(t)’についてもFmaxで除算することによって、その加速度a(t)’を規格化した加速度a(t)を求める。
なお、本例では、床構造としての床ユニット17の応答情報を時間軸上で評価しているが、その他に図3(A)のレチクルステージユニット15及び図3(B)のウエハステージユニット16についてもその応答情報を時間軸上で評価するようにしてもよい。これによってレチクルステージユニット15及びウエハステージユニット16についてもその振動特性を容易に評価できる。
更に、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ上に半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいたレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを制作するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。
また、ウエハステージ又はレチクルステージのステップ移動時や走査露光時等の加減速時に発生する反力は、それぞれ例えば米国特許(USP) 第5,528,118 号、又は米国特許(USP) 第6,020,710 号(特開平8−33022号公報)に開示されているように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。
Claims (7)
- 床構造上に第1防振機構を介して支持されてマスクを保持するマスクステージと、前記床構造上に第2防振機構を介して支持されて基板を保持する基板ステージとを備え、前記マスクのパターンを前記基板上に露光するリソグラフィ装置を製造する方法において、
前記床構造に或る入力を与えて前記床構造の応答情報を計測する第1工程と、
前記床構造の応答情報を時間軸上で評価する第2工程とを有することを特徴とするリソグラフィ装置の製造方法。 - 前記第2工程の評価結果に応じて、前記床構造の補強を行う第3工程を更に有することを特徴とする請求項1に記載のリソグラフィ装置の製造方法。
- 前記第1工程で計測される前記床構造の応答情報は、前記床構造の所定のサンプリング周期で求められる加速度であり、
前記第2工程で時間軸上で評価される情報は、前記床構造の加速度の所定の平均時間毎の移動平均値を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のリソグラフィ装置の製造方法。 - 前記リソグラフィ装置は、前記基板の露光時に、スリット状の露光領域で前記基板を露光した状態で、前記マスクステージと前記基板ステージとを同期移動する走査型露光装置であり、
前記加速度の移動平均値の許容範囲は、前記マスクステージと前記基板ステージとの同期精度に基づいて定められることを特徴とする請求項3に記載のリソグラフィ装置の製造方法。 - 前記第1工程で計測される前記床構造の応答情報は、前記床構造の所定のサンプリング周期で求められる加速度であり、
前記第2工程で時間軸上で評価される情報は、前記床構造の加速度の所定の平均時間毎の移動標準偏差値を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置の製造方法。 - 前記リソグラフィ装置は、前記マスクのパターンを前記基板上に投影する投影光学系を含み、
前記加速度の移動標準偏差値の許容範囲は、前記投影光学系の像面に対する前記基板の表面の合焦精度に応じて定められることを特徴とする請求項5に記載のリソグラフィ装置の製造方法。 - 前記リソグラフィ装置は、前記基板の露光時に、スリット状の露光領域で前記基板を露光した状態で、前記マスクステージと前記基板ステージとを同期移動する走査型露光装置であり、
前記所定の平均時間は、前記基板上の一つのショット領域を前記スリット状の露光領域が通過する時間と実質的に等しいことを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載のリソグラフィ装置の製造方法。
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