JP3286184B2 - 走査露光装置および方法 - Google Patents
走査露光装置および方法Info
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Description
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露光方法と、それを用
い得るデバイス製造方法に関する。
系がレンズによって構成されている場合、結像領域は円
形状となる。しかしながら、半導体集積回路は一般的に
矩形形状であるため、一括露光の場合の転写領域は、投
影光学系の有する円の結像領域に内接する矩形の領域と
なる。従って、最も大きな転写領域でも円の直径の1/
√2の辺の正方形である。これに対して、投影光学系の
有する円形状の結像領域のほぼ直径の寸法を有するスリ
ット形状の露光領域を用いて、レチクルとウエハとを同
期させながら走査移動させることによって、転写領域を
拡大させる走査露光方式(ステップアンドスキャン方
式)が提案されている。この方式では、同一の大きさの
結像領域を有する投影光学系を用いた場合、投影レンズ
を用いて各転写領域ごとに一括露光を行なうステップア
ンドリピート方式に比べてより大きな転写領域を確保す
ることができる。すなわち、走査方向に対しては光学系
による制限がなくなるので走査ステージのストローク分
だけ確保することができ、走査方向に対して直角な方向
には概ね√2倍の転写領域を確保することができる。
は、高い集積度のチップの製造に対応するために、転写
領域の拡大と解像力の向上が望まれている。より小さい
投影光学系を採用できることは、光学性能上からも、コ
スト的にも有利であり、ステップアンドスキャン方式の
露光方法は、今後の露光装置の主流として注目されてい
る。
ト用のパターンをマスクするためのマスキング手段があ
り、それを構成するブレードはレチクル面と共役な面に
設けられる。走査露光装置ではレチクルとウエハが走査
移動するため、ブレードもこれに同期して移動しなけれ
ばならない。しかしながら、マスキング手段をレチクル
と完全に同期させて走査させるとすれば、レチクルと同
じ距離(例えば37.5mm)だけ走査させる必要があ
り、そのようなマスキング手段はサイズが大きい、重
い、消費電力が大きい、高価である等の問題がある。
キング手段を走査開始前は閉じておき、走査開始と共に
レチクルと同期して移動し露光スリット幅まで開いてそ
こで停止し、走査終了直前にレチクルと同期して移動開
始し走査終了時に露光スリットを閉じるものが開示され
ている。このマスキング手段は、ストローク(走査距
離)が露光スリット幅程度と極めて小さい。しかしなが
ら、走査露光中にマスキング手段を加減速するため、振
動が発生し、同期走査制御に悪影響を与え露光精度を損
なう恐れがある。
例における問題点に鑑みてなされたもので、原版と基板
の同期走査制御に悪影響を与えることなく、マスキング
手段のステージストロークを小さくすることを目的とす
る。
め、本発明では、原版のパターンの一部を投影光学系を
介してスリット状に基板に投影し、該投影光学系の光軸
に対し垂直に前記原版と基板を共に走査することにより
前記原版のパターンを前記基板に露光する走査型の露光
装置において、前記原版面と共役な面に設けられて前記
スリット状光束による露光を制限するマスキング手段
と、該マスキング手段を前記原版および基板の走査方向
に走査移動させる駆動手段とを有し、該駆動手段は、該
マスキング手段の走査移動を開始するための加速は露光
開始前に終了し前記走査移動を終了させるための減速は
露光終了後に開始することを特徴とする。前記駆動手段
は、前記原版または基板の走査のための加速終了後に、
前記マスキング手段の加速を終了することが好ましい。
また、本発明は、原版のパターンの一部を投影光学系を
介してスリット状に基板に投影し、該投影光学系の光軸
に対し垂直に前記原版と基板を共に走査することにより
前記原版のパターンを前記基板に露光する走査型の露光
方法において、前記原版面と共役な面に設けられて前記
スリット状光束による露光をマスキングによって制限
し、該マスキングは前記原版および基板の走査方向にマ
スキング部材を駆動し走査移動させて行い、該マスキン
グ部材の走査移動を開始するための加速は露光開始前に
終了し、前記走査移動を終了させるための減速は露光終
了後に開始することを特徴としてもよい。この露光方法
においても、前記原版または基板の走査のための加速終
了後に、前記マスキング部材の加速を終了することが好
ましい。本発明は、上記各露光装置または露光方法を用
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
方法を含む。
露光中には行なわないため、原版と基板の同期走査制御
に悪影響を与えることがない。また、本発明者の知見に
よると、マスキング手段は同期誤差が原版と基板との同
期誤差より大きくてもよい。したがって、レチクルを走
査するためには、レチクルの加速、整定、露光、空走お
よび減速の各段階におけるストローク(例えば露光スト
ロークが32.5mmの場合、合計ストロークは37.
5mm)が必要であるが、マスキング手段の同期誤差は
大きくてもよいため、整定時間を短くすることができ、
かつ加減速度も大きくすることができる。これにより、
加減速および整定段階のストロークを短くし、合計スト
ロークを短くすることができる。
の形態を説明する。図1は本発明の実施の一形態に係る
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
ウエハステージ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(ショッ
ト)に対して、繰り返し行なうためのステップ移動を介
在させながら行なうステップ・アンド・スキャン型の露
光装置である。
ってY方向へ駆動し、ウエハステージ3(3a〜3d)
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、なお、
「−」は向きが逆であることを示す)で駆動させること
により行なう。また、X方向へのステップ移動はXステ
ージ3aにより行なう。Xステージ3aはエアベアリン
グ52によってステージ定盤7上をZ方向に拘束されて
X方向へ案内される。Zチルトステージ3cはXステー
ジ3aに対して複数のリニアモータ15によってZチル
ト方向に駆動される。Zチルトステージ3cとXステー
ジ3aとの間のセンサ16によってZチルト方向の相対
位置が計測される。
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は床等に載置されたベースフレーム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。
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
えている。
テージ3上のウエハが投影光学系2のフォーカス面に位
置しているか否かを検出するためのフォーカスセンサを
構成している。すなわち、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
ことにより投影光学系2の光軸方向のウエハ表面の位置
が検出される。
照明する照明系手段の一部を収納するフレーム14が設
けられている。照明系手段14のフレームには後に詳述
する可動マスキングブレードが設けられる。
り、装置前部の2つの支柱12間の搬送経路を経てウエ
ハステージ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。走査露光中、ウエハ表面の高さは前記フォーカ
スセンサで計測され、その計測値に基づきウエハステー
ジ3の高さとチルトがリアルタイムで制御され、フォー
カス補正が行なわれる。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
なう。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なえる
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。
干渉計光源から発せられた光がレチクルステージ用Y方
向レーザ干渉計24に導入される。そして、Y方向レー
ザ干渉計24に導入された光は、レーザ干渉計24内の
ビームスプリッタ(不図示)によってレーザ干渉計24
内の固定鏡(不図示)に向かう光とY方向移動鏡26に
向かう光とに分けられる。Y方向移動鏡26に向かう光
は、Y方向測長光路25を通ってレチクルステージ4に
固設されたY方向移動鏡26に入射する。ここで反射さ
れた光は再びY方向測長光路25を通ってレーザ干渉計
2内のビームスプリッタに戻り、固定鏡で反射された光
と重ね合わされる。このときの光の干渉の変化を検出す
ることによりY方向の移動距離を測定する。このように
して計測された移動距離情報は、図示しない走査制御装
置にフィードバックされ、レチクルステージ4の走査位
置の位置決め制御がなされる。Yステージ3bも、同様
に、ウエハステージ用Y方向レーザ干渉計23による測
長結果に基づいて走査位置の位置決め制御がなされる。
を示す。図3において、1はレチクル31が載置される
レチクルステージ、2は投影光学系、3はウエハ32が
載置されるウエハステージ、23はウエハステージ用Y
方向レーザ干渉計、24はレチクルステージ用Y方向レ
ーザ干渉計、25はY方向測長光路、26,27はY方
向移動鏡である。33はY方向に移動可能な可動マスキ
ングブレードであり、結像レンズ34,36とミラー3
5はマスキングブレード33とレチクル31とを共役な
関係とするためのマスキング結像系を構成している。こ
れらはフレーム14内に設けられているので、マスキン
グブレードが加減速する際に発生する振動が鏡筒定盤に
伝わる。照明系はさらにレンズ37、2次光源38、光
源39などを含むユニットから構成される。
32の走査の様子を、図4(b)は、マスキングブレー
ド33の走査の様子を示すタイムチャートである。図4
において、t1 はウエハ(レチクル)加速開始点、t2
は加速終了点、t2 〜t3 はウエハ(レチクル)加速時
の振動および加速した後所定の走査速度にサーボ制御す
ることによる振動を整定するための整定(同期化)時
間、t3 は露光開始点、t4 は露光終了点、t5 は減速
開始点、t6 が減速終了点である。t4 〜t5 は空走時
間であり、露光を終了した現ショットについては必要が
ない時間であるが、次ショットを逆方向に走査露光する
際の整定時間となる時間である。v1 はレチクルの走査
速度、v2 はウエハの走査速度であり、例えば、v1 は
100mm/秒、v2 はv1 の投影倍率倍であり、投影
倍率を1/4とすればウエハ25mm/秒である。ま
た、tm1はマスキングブレード33の加速終了点、tm2
はマスキングブレード33の減速開始点である。図4に
示すように、t3 >tm1、tm2>t4 とすることによ
り、マスキングブレード33の加減速時の振動が露光に
及ぼす影響を回避することができる。さらに、tm1>t
2 とした場合は、マスキングブレード33を取り付けた
マスキングステージのストロークをさらに短くすること
ができる。v3 はマスキングブレード33の走査速度で
あり、レチクル31の走査速度をマスキング結像系の倍
率分の1倍した速度である。例えばマスキング結像系の
倍率を2倍とすれば、v3 =v1 /2=50mm/秒で
ある。
から見た詳細図である。同図において、33はYブレー
ド、51はYブレード33をY方向に案内するYガイ
ド、52と53はYブレード33をYガイド51に沿っ
て駆動するリニアモータを構成するコイルと磁石、54
はXブレード、55はXブレード54をX方向に案内す
るXガイド、56と57はXブレード54をXガイド5
5に沿って駆動するリニアモータを構成するコイルと磁
石である。58は不図示の露光光源からの面光源化され
た露光光束の一部をスリット状に透過してレチクルを照
明するスリット、59はスリット58を露光光軸と垂直
な方向(Z方向)に移動するためのボイスコイルであ
る。スリット58は、レチクル32と共役な位置よりZ
方向に僅かにずらしてあり、レチクル32上のスリット
58像をデフォーカスさせることによって、スリットの
露光光強度プロファイルを台形形状にしている。
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なう。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なう。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。
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なうことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンを形成する。
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。
マスキング手段の加速を露光開始前に済ませ、かつ減速
を露光終了後に開始するようにしたため、マスキング手
段の加減速時の振動が露光に影響しない。このため、露
光精度の向上を図ることができる。特に、マスキング手
段の加速を露光開始点を越えない範囲で遅らせることに
よりマスキング手段のストロークを短くすることができ
る。
から見た様子を模式的に示す図である。
る。
マスキングブレードの走査の様子を示すタイムチャート
である。
の詳細図である。
示す図である。
テージ、3a:Xステージ、3b:Yステージ、3c:
フラットステージ、3d:ウエハチャック、4,5,
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、23,24:レーザ干渉計、25:レーザ測長光
路、26,27:移動鏡、31:レチクル、32:ウエ
ハ、33:可動マスキングブレード(Yブレード)、3
4,36:結像レンズ、35:ミラー、51:Yガイ
ド、52,56:コイル、53,57:磁石、54:X
ブレード、55:Xガイド、58:露光スリット、5
9:ボイスコイル、t1 :ウエハ(レチクル)加速開始
点、t2 :加速終了点、t2 〜t3 :整定(同期化)時
間、t3 :露光開始点、t4 :露光終了点、t5 :減速
開始点、t6 が減速終了点、tm2:マスキングブレード
の減速開始点、v1 :レチクル走査速度、v2 :ウエハ
走査速度、tm1:マスキングブレードの加速終了点。
Claims (5)
- 【請求項1】 原版のパターンの一部を投影光学系を介
してスリット状に基板に投影し、該投影光学系の光軸に
対し垂直に前記原版と基板を共に走査することにより前
記原版のパターンを前記基板に露光する走査型の露光装
置において、 前記原版面と共役な面に設けられて前記スリット状光束
による露光を制限するマスキング手段と、該マスキング
手段を前記原版および基板の走査方向に走査移動させる
駆動手段とを有し、該駆動手段は、該マスキング手段の
走査移動を開始するための加速は露光開始前に終了し前
記走査移動を終了させるための減速は露光終了後に開始
することを特徴とする走査露光装置。 - 【請求項2】 前記駆動手段は、前記原版または基板の
走査のための加速終了後に、前記マスキング手段の加速
を終了することを特徴とする請求項1記載の走査露光装
置。 - 【請求項3】 原版のパターンの一部を投影光学系を介
してスリット状に基板に投影し、該投影光学系の光軸に
対し垂直に前記原版と基板を共に走査することにより前
記原版のパターンを前記基板に露光する走査型の露光方
法において、 前記原版面と共役な面に設けられて前記スリット状光束
による露光をマスキングによって制限し、該マスキング
は前記原版および基板の走査方向にマスキング部材を駆
動し走査移動させて行い、該マスキング部材の走査移動
を開始するための加速は露光開始前に終了し、前記走査
移動を終了させるための減速は露光終了後に開始するこ
とを特徴とする走査露光方法 。 - 【請求項4】 前記原版または基板の走査のための加速
終了後に、前記マスキング部材の加速を終了することを
特徴とする請求項3記載の走査露光方法。 - 【請求項5】 請求項1もしくは2に記載の露光装置ま
たは請求項3もしくは4に記載の露光方法を用いてデバ
イスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
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