JP2008066412A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば複数のステージを有する露光装置において、移動するステージの位置計測を高精度に行いうる露光装置を提供する。
【解決手段】 露光装置は、投影光学系と、基板処理系と、投影光学系の光軸と垂直な平面上の可動領域を移動する複数のステージと、可動領域における複数のステージの位置を計測するための位置計測システムとを備える。位置計測システムは、干渉計６〜１３と、複数のステージＡ，Ｂに設けられた複数のミラー２〜５とを含む。そして、干渉計の少なくとも一つは、基板の可動領域で包囲される非可動領域に設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は露光装置に関する。

半導体デバイス等のデバイスを製造する露光装置では、スループットの向上が追求される。スループットの向上を図る１つの方法として、基板を搭載する基板ステージを複数設けたツインステージ型露光装置が開発されている。

特許文献１には、アライメント処理と露光処理とをする基板処理装置であって、２つの基板ステージ位置を精確に把握し続けることができ、また、配管配線も絡まることのない基板処理装置が開示されている。この基板処理装置において、座標系は、基板の露光処理をする処理系とアライメント系とを結ぶ軸をｙ軸、アライメント系の光軸をｚ軸、これらの両軸と直交する方向をｘ軸として定義されている。このとき基板処理装置には、基板を保持しｘｙ平面上を動くことのできる第１の基板ステージ及び第２の基板ステージ、さらに、第１及び第２両基板ステージの位置を計測する位置計測システムとが備えられている。位置計測システムはｘ軸方向の位置を計測するための少なくとも３箇所、及び、ｙ軸方向の位置を計測するための少なくとも３箇所にあって、ｙ軸方向の位置を計測するための少なくとも１箇所は前記両基板ステージに関して逆側に配置される。
特開２００２−２８０２８３号公報

しかし、上記従来例では以下のような不都合が生じる。

第一に、各バーミラーには固有の面精度が存在するので、バーミラーの表面を基準にした位置計測では位置計測誤差が発生する。そこで、例えば、各バーミラーの表面形状に関するデータを予め取得し、このデータを用いて位置計測誤差を補正する方法が取られる。

上記特許文献１に記載の装置では、各基板ステージにおいて、露光及びアライメント両領域でy方向計測に用いるバーミラーが異なる。従って、各基板ステージのｙ方向制御時は２つのバーミラーに対して別々の補正処理を行わなければならない。しかし、アライメント処理時に参照した一方のバーミラーの面形状誤差は、補正処理を施しても、基板ステージの位置決めに僅かながら反映されてしまう。さらに、露光処理時に参照した他方のバーミラーの面形状誤差も該基板ステージの位置決めに反映される。つまり、位置計測上の誤差が蓄積し、位置決め精度が悪化する。さらに、異なるバーミラーに対して補正を行うため、補正計算に費やす時間も増大してしまう。

第二に、x軸計測用の干渉計を両基板ステージに対して片側に配置すると、２つの基板ステージがｘ方向に並んだ場合、レーザー光に対して一方の基板ステージが他方の基板ステージの影に入り、その基板ステージの位置計測が出来なくなる。そこで上記特許文献１に記載の装置では、ｙ軸方向に基板ステージから張り出した長尺のミラーを使用している。しかし、長尺のミラーを用いると基板ステージの質量が増大する上、長尺ミラー張り出し部の振動により位置決め精度の低下を招く恐れがある。

本発明は、例えば複数のステージを有する露光装置において、移動するステージの位置計測を高精度に行いうる露光装置を提供することにある。

本発明は、基板にパターンを投影するための投影光学系と、投影光学系とは離れた位置で基板に対して処理を行う基板処理系と、投影光学系の光軸と垂直な平面上の可動領域を移動する複数のステージと、可動領域における複数のステージの位置を計測するための位置計測システムとを備えた露光装置であって、位置計測システムは、干渉計と、複数のステージに設けられたミラーとを含み、複数の干渉計の少なくとも一つは、可動領域で包囲される非可動領域に設けられていることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、基板処理系は、例えば、基板のアライメントを行うためのアライメント光学系でありうる。

本発明の実施形態によれば、可動領域のすべての領域において、使用するミラーを切り替えずにステージの位置を計測しうる。

本発明によれば、例えば複数のステージを有する露光装置において、移動するステージの位置計測を高精度に行いうる露光装置を提供することができる。また、ステージより張り出した長尺ミラーを使用しなくても、使用するミラーを切り替えずに移動するステージの位置計測を行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明で使用することができるツインステージ型露光装置の概略正面図である。レクチルRは、移動可能なレチクルステージRSに保持される。レチクルR上に形成されたパターンは、投影光学系POによってウエハ(基板)S上に投影される。基板ステージST1,ST2は基板Sを搭載可能であり、定盤B上で移動可能である。定盤B上における基板ステージST1,ST2の位置を計測するために、干渉計I1,I2が例えば定盤Bに設けられ、干渉計I1,I2から照射された光を反射するミラーM1,M2が基板ステージST1,ST2に設けられる。

ツインステージ型露光装置は、露光領域とアライメント処理等の処理を行うアライメント領域とを備える。露光領域は、図１の左半分に相当し、レチクルパターンを基板Sに対して露光を行う。一方、アライメント領域は図１の右半分に相当し、アライメント用の計測を行う。図１においては、第１基板ステージST1が露光領域に、第２基板ステージST2がアライメント領域に位置している。しかし、第１，２基板ステージST1，2は、互いに位置する領域を入れ替わることが可能である。アライメント領域には、露光すべき基板Sに対してアライメント用の計測を行うためのアライメント光学系Aが設けられている。露光領域では、レチクルRを搭載したレチクルステージRSと基板Sを搭載した第１基板ステージST1とが同期を取りながら、露光を行う。

このような露光装置では複数の基板ステージを露光領域とアライメント領域の間で交互に移動させ、２つの処理を同時並行で行う。

アライメント処理は、露光光の結像点にウエハの位置を合わせる処理であり、その方法には様々なものが存在する。その中でも、スルーザレンズダイバイダイアライメントとオフアクシスグローバルアライメントが代表的である。

スルーザレンズダイバイダイアライメントは、露光処理に使われる投影光学系を使用して、ショット毎にレチクルとウエハのアライメントを行う方法である。このアライメント方法では、ショット毎にアライメントが行われるため、アライメント時間が長くなり、露光装置としてのスループットが悪化する。

一方、オフアクシスグローバルアライメントは以下のようなアライメント方法である。投影光学系とは別の光学系を用いて、ウエハ上の適当数のショットの合わせマーク位置を調べ、これら各位置のずれ量からウエハ全体の位置ずれを計算する。そして各ショットの位置ずれが最小になるように基板ステージを動かすことで位置合わせを行う。このアライメント方法では、すべてのショットの位置ずれを計測するわけではないので、上記スルーザレンズダイバイダイアライメントに比べて、アライメント時間は短い。従って、オフアクシスグローバルアライメントを使用することが好ましい。

図２は半導体デバイス等のデバイスを製造する露光装置に搭載される基板ステージ装置の構成を概略的に示す平面図である。定盤１上に不図示のコイル列で構成された不図示の固定子が配置され、定盤１の上に２つの基板ステージＡ、Ｂが配置されている。コイル列はｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル列とｙ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル列から構成されうる。さらに基板ステージＡ、Ｂは、例えばハルバッハ配列に従って並べられた磁石列で構成された可動子を有しうる。

可動子磁石の成す磁場中においてコイル列の所定のコイルに通電することで、ｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞれの方向に独立してローレンツ力を発生させることが可能である。さらに、通電すべきコイルを選択することでｘ軸回り（θｘ方向）、y軸回り（θｙ方向）、ｚ軸回り（θｚ方向）のモーメントをそれぞれ独立して発生させることもできる。

基板ステージＡ、Ｂの側面にはx軸計測用バーミラー２及び４、y軸計測用バーミラー３及び５がそれぞれ配置され、さらに各基板ステージ上面には不図示のｚ軸方向位置計測用ミラーが配置される。基板ステージA、Bのx、y、ｚ方向の位置は、各基板ステージに固定されたバーミラーと、ｘ干渉計６，８、ｙ干渉計１２，１０、さらに不図示のｚ干渉計とを用いて計測される。これらの干渉計のうち、ｙ干渉計12は、基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域領域例えば中央領域に設置される。各バーミラーにはレーザー光が照射され、バーミラーに照射されたレーザー光とミラーで反射されたレーザー光を干渉計において干渉させることにより、各基板ステージのｘ、ｙ、ｚ方向の相対位置が極めて精確に計測される。すなわち、バーミラーと干渉計とは、移動するステージの位置を計測するための位置計測システムを構成する。また、図２にはレーザー光１４〜２１がそれぞれ１本ずつ記されているが、実際は１つの干渉計から複数本のレーザー光が照射されている。このとき、ｘ（又はｙ）干渉計から照射されたレーザー光の内、ｙ（又はｘ）方向に並ぶ２本のレーザー光の計測値の差を取ることにより、θｚ方向の位置が計測できる。また、ｘ干渉計から照射されたレーザー光の内、ｚ方向に並ぶ２本のレーザー光の計測値の差を取ることにより、θｙ方向の位置が計測できる。さらに、ｙ干渉計から照射されたレーザー光の内、ｚ方向に並ぶ２本のレーザー光の計測値の差を取ることにより、θｘ方向の位置が計測できる。

以上、６軸方向の平面リニアモータ駆動手段、６軸方向の位置計測システムさらに不図示の制御器から位置サーボループを構成することで、基板ステージＡ、Ｂの６軸方向の精密な位置決めが可能になる。

次に露光装置で行われる２つの処理について、図２を用いて概説する。図２のアライメント領域（処理領域）では基板におけるパターン配置が測定され、露光領域では投影光学系によって基板上へのパターン形成が行われる。露光処理が終了したウェハ（不図示）は基板ステージAによってアライメント領域に運ばれ、マニピュレータ等の搬送手段（不図示）によって基板ステージAから取り出される。その後、露光すべき別のウェハ（不図示）が基板ステージAに載置され、該ウェハにはアライメント処理が施される。一方、基板ステージB上のウェハ（不図示）はアライメント処理終了後、基板ステージBによって露光領域に運ばれ、該ウェハに露光処理が施される。これらの処理は基板ステージA、Bを用いて同時並行で実行される。

以上の２つの処理が同時並行で成されるためには、基板ステージA、Bは、各処理領域における互いの位置を交換されなければならない。但し、この交換の過程では、基板ステージA,Bの位置を連続的にモニタするために、干渉計による位置管理が常に行われなければならないという要請がある。そこで、以下のことを図２乃至図８を用いて示す。図２乃至図８において、基板ステージA、Bは、露光領域及びアライメント領域のうち干渉計12、13の設置領域を除く可動領域を移動する。図２の干渉計及びバーミラー配置によれば、基板ステージA、Bの定盤１上での位置に従って、使用すべき干渉計を選択する手段（不図示）を併用することで、該基板ステージの干渉計による位置管理が常に可能となる。

図２において、基板ステージＡに搭載された不図示のウェハは露光処理されている一方で、基板ステージＢに搭載された不図示のウェハはアライメント光学系にてパターンの位置計測がなされている。これら処理の間、基板ステージAに固定されたバーミラー２にはｘ干渉計６からのレーザー光１４が、さらにバーミラー３にはｙ干渉計１２からのレーザー光２０が照射される。一方、基板ステージBに固定されたバーミラー４にはｘ干渉計８からのレーザー光１６が、さらにバーミラー５にはｙ干渉計１０からのレーザー光１８が照射され、ｘ、ｙ方向の位置が管理されている。

図３において、基板ステージＡはｘ軸の正の方向に移動し、そのｘ方向位置の計測はｘ干渉計６を用いて行われ、ｙ方向位置の計測はｙ干渉計１２に代わり、ｙ干渉計９によって行われる。

ここで、ｙ方向位置計測用の干渉計の切り替えの途中においては、ｙ干渉計１２及びｙ干渉計９からのレーザー光が同時に照射される瞬間がなければならない。なぜなら、ｙ干渉計１２による計測値をｙ干渉計９に引き継がなければならないからである。従って、ｙ干渉計１２からのレーザー光とｙ干渉計９からのレーザー光の間隔はバーミラー３のｘ方向の長さより短くなければならない。換言すれば、そうなるようにｙ干渉計１２及び９を配置しなければならない。バーミラーの長さとレーザー光の間隔に関するこの関係は、前記２つのｙ干渉計に限らず、切り替えられる２つの干渉計のすべてとそれらと対応するすべてのバーミラーの間で、一般的に成立していなければならない。従って、以下ではこの関係がどの干渉計の切り替えについても成立しているものとし、再び言及することは避ける。

一方、基板ステージＢはｘ軸の負の方向に移動し、そのｘ方向位置の計測はｘ干渉計８を用いて行われ、ｙ方向位置の計測はｙ干渉計１０に代わり、ｙ干渉計１１によって行われる。

基板ステージA、Bが定盤１のｘ方向端に達した後、図４に示すように、基板ステージAはｙ軸の負の方向に移動し、基板ステージBはｙ軸の正の方向に移動する。この過程において、基板ステージAの位置は、ｘ方向に関して、ｘ干渉計６からｘ干渉計７に切り替えることで計測される。また、ｙ方向に関して、バーミラー３に照射されたレーザー光１７により計測される。一方、基板ステージBの位置は、ｘ方向に関して、ｘ干渉計８からｘ干渉計１３に切り替えることで計測される。また、バーミラー４に照射されたレーザー光１９により計測される。上記干渉計のうち、ｘ干渉計13は基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域に設置される。

基板ステージA、Bはさらにy軸の、それぞれ負の方向及び正の方向に移動し、図５において両基板ステージはx軸方向で並ぶことになる。この場合でも、基板ステージAのｘ位置はｘ干渉計７で計測され、基板ステージBのｘ位置は基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域に位置するｘ干渉計１３によって計測されるため、干渉計による位置管理が途切れることがない。

図６において、基板ステージAはさらにｙ軸の負の方向に移動し、基板ステージBはさらにｙ軸の正の方向に移動する。この過程において、基板ステージAの位置は、ｘ方向に関して、ｘ干渉計７からｘ干渉計８に切り替えることで計測される。また、ｙ方向に関して、バーミラー３に照射されたレーザー光１７により計測される。一方、基板ステージBの位置は、ｘ方向に関して、ｘ干渉計１３からｘ干渉計６に切り替えることで計測される。また、バーミラー４に照射されたレーザー光１９により計測される。

図７において、基板ステージA、Bが定盤１のｙ方向端に達した後、基板ステージAはｘ軸の負の方向に移動し、基板ステージBはｘ軸の正の方向に移動する。この過程において、基板ステージAの位置は、ｘ方向に関して、バーミラー２に照射されたレーザー光１６により計測される。また、ｙ方向に関して、ｙ干渉計９からｙ干渉計１０に切り替えることで計測される。一方、基板ステージBの位置は、ｘ方向に関して、バーミラー４に照射されたレーザー光１４により計測される。また、ｙ方向に関して、ｙ干渉計１１からｙ干渉計１２に切り替えることで計測される。

図８において、基板ステージAはさらにｘ軸の負の方向に移動し、基板ステージBはさらにｘ軸の正の方向に移動し、両基板ステージは位置の交換を終える。

以上の説明では、基板ステージA及びBが、ともに可動領域をｚ軸の正の向きから見て反時計回りに回転し、位置交換する例を示した。しかし、第１実施形態においては反時計回りに限らず、ｚ軸の正の向きから見て可動領域を時計回りに移動することが可能である。また、両基板ステージに左記のような移動が許されない何らかの制約が存在するならば、各基板ステージが露光領域とアライメント領域の間を往復するように可動領域を時計回り及び反時計回りを繰返す移動方法も可能である。

また、設置すべき干渉計の最小数はバーミラーの寸法と２つの基板ステージが動くことのできるｘｙ平面内の領域の広さ等によって決まるもので、図２乃至図８に示した数に限定するものではない。このことは以下に示す実施形態についても言えることである。
＜第２実施形態＞
図９に本発明の第２の実施形態における２つの基板ステージおよび計測システムの平面配置を示す。ｘ干渉計３５及び３６は基板ステージG、Hに対してｘ方向正の側に配置されており、ｘ干渉計４０は基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域に位置している。さらに、基板ステージ移動範囲の外側にｙ干渉計３７及び３８が、さらに基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域にｙ干渉計３９が設置されている。ここで、ｙ干渉計３９は基板ステージGの移動時にy方向位置計測の中継ぎとして使用されるものである。また、基板ステージGのｘ軸負方向の側面以外の３つの側面すべてにバーミラーが固定されており、基板ステージHのｘ軸正方向の側面及びｙ軸負方向の側面にバーミラーが固定されている。従って、基板ステージG、Hが露光或はアライメント処理に従事している際のｙ方向位置は、各基板ステージに搭載されたバーミラー１本を参照することで管理されるため、制御時の計測誤差補正が煩雑にならずに済む。また、ｘ干渉計40を基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域に設けたことにより、基盤ステージに長尺のミラーを用いずに、他のｘ干渉計35，36を定盤1のx方向片側に配置できる。

この実施例のような干渉計及びバーミラー配置を採用した場合、基板ステージの可動領域の全範囲に渡って干渉計による位置管理を可能とするためには、基板ステージHを常にｘ干渉計３５及び３６とｙ干渉計３９の間を移動させねばならない。その結果、基板ステージGを常にｘ干渉計４０に対してｘ方向の負の側を移動させねばならない。
＜第３実施形態＞
図１０に本発明の第３の実施形態における２つの基板ステージおよび干渉計の平面配置を示す。ｙ干渉計５７、５８、６１は基板ステージ移動範囲の外側３箇所に設置されており、ｙ干渉計５７は基板ステージの移動時にy方向位置計測の中継ぎとして使用される。ｘ干渉計５９及び６０は２つの基板ステージに対してｘ方向正の側に配置されており、ｘ干渉計６２は基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域に位置している。ここで、ｘ干渉計６２は両基板ステージがｘ軸方向に並んだ場合に、ｘ方向位置計測の中継ぎとして使用されるものであり、基板の可動領域で包囲される非可動領域に設置されている。また、バーミラーは、両基板ステージA，Bのｘ軸負方向の側面以外の側面すべてに固定されている。

第３実施形態は基板ステージの可動領域で包囲される非可動領域にｘ干渉計だけを配置した唯一の例である。このｘ干渉計６２の設置により、ｙ方向に張り出した長尺のミラーを用いることなく、他のｘ干渉計59，60を定盤1のx方向片側に配置することができる。

この実施形態のように干渉計及びバーミラーを配置した場合、２つの基板ステージA，Bは可動領域をz軸の正の向きから見て時計回りに移動して互いの位置を交換、又は反時計回りに移動して互いの位置を交換することができる。
＜デバイス製造方法の実施形態＞
次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施形態を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板）を製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１２は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（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Ｓ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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。

ツインステージ型露光装置の側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る複数レーザー光の選択方法を示す平面図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのをフローチャートである。 図１１に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

Ａ，Ｂ，G，H：基板ステージ
１：定盤
２〜５：バーミラー
６〜１３，３５〜４０，５７〜６２：レーザー干渉計
１４〜２１：レーザー光

Claims (4)

1. 基板にパターンを投影するための投影光学系と、
   前記投影光学系とは離れた位置で前記基板に対して処理を行う基板処理系と、
   前記投影光学系の光軸と垂直な平面上の可動領域を移動する複数のステージと、
   前記可動領域における前記複数のステージの位置を計測するための位置計測システムとを備えた露光装置であって、
   前記位置計測システムは、複数の干渉計と、前記複数のステージに設けられた複数のミラーとを含み、
   前記複数の干渉計の少なくとも一つは、前記可動領域で包囲される非可動領域に設けられていることを特徴とする露光装置。
2. 前記基板処理系は、前記基板のアライメントを行うためのアライメント光学系であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記可動領域のすべての領域において、使用するミラーを切り替えずに前記ステージの位置を計測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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