JP3531894B2 - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JP3531894B2 JP26383196A JP26383196A JP3531894B2 JP 3531894 B2 JP3531894 B2 JP 3531894B2 JP 26383196 A JP26383196 A JP 26383196A JP 26383196 A JP26383196 A JP 26383196A JP 3531894 B2 JP3531894 B2 JP 3531894B2
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
    • G—PHYSICS
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
【０００２】
【従来の技術】一括露光方式の露光装置では、投影光学
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。
【０００３】半導体集積回路を製造するための露光装置
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
露光装置は、今後の露光装置の主流として注目されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、投影露光装
置、特にステップアンドスキャン方式の投影露光装置に
おいて、その性能、なかでも原版や基板のアライメント
精度を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、原版上の所定照明領域を照明する照明
光学系と、前記照明領域内の原版上パターンを基板上に
投影する投影光学系と、前記照明領域に対して前記原版
を所定の方向に移動可能な原版ステージと、前記照明領
域と共役な投影領域に対して前記基板を所定の方向に移
動可能な基板ステージと、前記原版および前記基板の位
置を計測するアライメント系とを有し、前記投影光学系
の光軸に対し垂直に前記原版と基板を共に走査して前記
原版上のパターンを逐次前記基板上に投影する投影露光
装置において、前記アライメント系による前記位置計測
結果を前記原版ステージの位置に対応して補正する手段
を設けたことを特徴とする。
【０００６】本発明の好ましい実施の形態において、前
記補正手段は、前記位置ずれ検出結果の補正値を前記原
版ステージ位置を変数とする演算により算出する手段を
有する。また、前記アライメント系としては、前記基板
の位置をオフアクシスで計測するオフアクシスアライメ
ント系、前記基板の位置を前記投影光学系を介して所定
の非露光光で計測する非露光光ＴＴＬアライメント系、
前記原版ステージ上に設けられた第１の基準マークと前
記基板ステージ上に設けられた第２の基準マークとのず
れを前記投影光学系を介して露光光と実質同一波長の光
束で計測する露光光ＴＴＲアライメント系、前記原版上
のパターンと前記原版ステージ上に設けられた第３の基
準マークとのずれを計測する原版アライメント系、およ
び前記基板のパターン面の位置を計測するフォーカス検
出系などを例示することができる。前記原版ステージは
原版ステージ定盤に支持され、該原版ステージ定盤およ
び前記アライメント系は、投影光学系の鏡筒を支持する
投影光学系定盤に支持されており、前記のアライメント
系のうち、オフアクシスアライメント系、非露光光ＴＴ
Ｌアライメント系およびフォーカス検出系は、投影光学
系の鏡筒を基準に基板または基板面の位置を計測する。
より好ましくは、前記アライメント系は、前記原版ステ
ージを所定の位置に位置決めした状態で前記位置ずれを
検出する。
【０００７】
【作用および効果】投影露光装置においては、一般に投
影光学系の鏡筒を支持する鏡筒定盤が装置基準となり、
原版および基板を位置合わせするアライメント系も鏡筒
定盤に取り付けられる。本発明者らは、この鏡筒定盤が
原版ステージが移動する際に偏荷重および加減速時反力
で変形すること、このような変形が露光装置の重ね合わ
せ精度やフォーカス精度等の露光精度に無視し得ない影
響を及ぼすこと、および上記の変形は原版ステージの位
置に依存することを見いだし、本発明に到達した。
【０００８】本発明によれば、原版および基板を位置合
わせするアライメント系において、原版および基板のア
ライメント計測値を原版ステージ位置に対応して補正す
るようにしたため、鏡筒定盤の変形によるアライメント
計測精度の劣化を低減することができる。
【０００９】
【実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施の一形
態を説明する。図１は本発明の一実施例に係る走査露光
装置の構成を示す。この装置は、レチクルのパターンの
一部を投影光学系を介してスリット状にウエハに投影
し、この投影光学系に対し相対的にレチクルとウエハを
共に同期して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
の複数の転写領域（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。図１におい
て、１は照明光学系で、レチクルステージ１１に保持さ
れたレチクル２上の所定の領域をスリット状に照明す
る。３は投影光学系で、レチクル２上の照明光学系１に
より照明された領域のパターンを所定の縮小倍率でウエ
ハステージ５に保持されたウエハ６上に投影する。
【００１０】レチクルステージ１１は不図示のリニアモ
ータによってＸ方向へ駆動し、ウエハステージ５は不図
示のＸ方向リニアモータおよびＹ方向リニアモータによ
ってＸおよびＹ方向へ駆動するようになっている。レチ
クル２およびウエハ６の同期走査は、レチクルステージ
１１とウエハステージ５を、Ｘ方向で互いに逆向きに一
定の速度比率（例えば４：１）で移動させることにより
行なう。ウエハステージ５には不図示のＺ−チルトステ
ージが搭載され、その上にはウエハを保持する不図示の
ウエハチャックが取り付けられている。
【００１１】ウエハステージ５はウエハステージ定盤１
９上に設けられ、レチクルステージ１１はレチクルステ
ージ定盤２７上に設けられ、該レチクルステージ定盤２
７および投影光学系３は鏡筒定盤１０上に設けられてい
る。ステージ定盤１９および鏡筒定盤１０は３つのダン
パ１８を介して３点でベースフレーム１７上に支持され
ている。ダンパ１８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
パを用いてもよい。
【００１２】７，８はレーザ干渉計で、それぞれレチク
ルステージ１１およびウエハステージ５の位置を鏡筒基
準で計測する。レーザ干渉計７，８の計測値は後述する
各スコープ１２，１４，１５，１６による計測値（アラ
イメント値）とともに不図示の制御装置に送られ、この
制御装置ではこれらの計測値に基づいてレチクルステー
ジ１１およびウエハステージ５を駆動し、レチクル２お
よびウエハ６のステップ移動や同期走査等の位置決めを
行なう。
【００１３】投光手段９ａと受光手段９ｂは、ウエハス
テージ５上のウエハ６が投影光学系３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１０に固定された
投光手段９ａによりウエハ６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９ｂによって検出
することにより投影光学系３の光軸方向におけるウエハ
６表面の位置が検出される。投光手段９ａはＬＥＤ等の
発光素子を有し、受光手段９ｂはＣＣＤセンサ等の受光
素子を有する。
【００１４】１２は露光光または露光光と実質同一波長
の光で投影光学系３を介してレチクルステージ１１上の
レチクル２または第１基準プレート４とウエハステージ
５上のウエハ６または第２基準プレート１３とを同時に
観察できる露光光ＴＴＲスコープである。第１基準プレ
ート４は、レチクルステージ１１のＸ方向両端部近傍
に、少なくとも一方はレチクルステージ１１がレチクル
交換位置に来たとき照明光学系１のスリット状照明領域
内に来るように固設されている。第２基準プレート１３
はウエハステージ５上のウエハ６と干渉しない位置に固
設されている。
【００１５】１４はレチクル交換位置でレチクルステー
ジ１１に固設された不図示のレチクル基準プレートとレ
チクル２との相対位置ずれを検出するためのＦＲＡ（フ
ァインレチクルアライメント）スコープ、１５はウエハ
ステージ５上のウエハ６の自身が有する基準に対する位
置ずれを非露光光で投影光学系２を介して計測するため
の非露光光ＴＴＬスコープである。非露光光ＴＴＬスコ
ープ１５の光路には、投影光学系３における露光光と非
露光光との収差を補正するための補正光学系（不図示）
およびスコープ１５側から非露光光を投影光学系３に入
射しかつウエハ６からの反射光を投影光学系３から取り
出すためのプリズム（不図示）が設けられている。
【００１６】１６は自身が有する基準に対するウエハ６
の位置ずれを投影光学系３の視野外で計測するためのオ
フアクシススコープである。３４は走査露光の前後にお
けるレチクルステージ１１の加減速および空走期間中に
露光対象ショット以外を露光しないように照明光束を制
限するための遮光ブレードを走査するためのブレードス
テージである。ブレードステージ３４はその位置を不図
示のエンコーダにより常時計測されており、少なくとも
走査露光の開始および終了の直前および直後はレチクル
ステージ１１と同期して走査される。
【００１７】この構成において、不図示の搬送手段によ
り、装置前部（図１の手前）からウエハステージ５上に
ウエハ６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６上の複数の転写領域に対してレチクル２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１１およびウエハステージ５をＸ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２上のパターンを走査するとともに、その
投影像でウエハ６を走査することにより、ウエハ６上の
所定の転写領域に対してレチクル２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９（９ａ，９ｂ）で計測され、その計測値に基づ
きウエハステージ５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つの転写領域
に対する走査露光が終了したら、ウエハステージ５を駆
動してウエハをＸ方向および／またはＹ方向へステップ
移動させることにより、他の転写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，Ｙ方向へのステップ移動と、Ｘ方向への走査露光
のための移動との組合せにより、ウエハ上の複数の転写
領域に対して、順次効率良く露光が行なえるように、各
転写領域の配置、Ｙの正または負のいずれかへの走査方
向、各転写領域への露光順等が設定されている。
【００１８】図２は、図１の装置の制御系を示すブロッ
ク図である。同図において、５１はアライメント値補正
手段、５２はアライメント計測手段、５３はステージ位
置決め手段である。ステージ位置決め手段５３内のステ
ージ５３１は図１のレチクルステージ１１、ウエハステ
ージ５、ブレードステージ３４およびそれらの駆動系に
相当し、ステージ位置計測値５３２は図１のレーザ干渉
計７，８および前記エンコーダによる計測値に相当す
る。アライメント計測手段５２内のアライメント計測値
５２１は図１のフォーカスセンサ９およびスコープ１
２，１４，１５，１６による計測値である。アライメン
ト値補正手段５１は、レチクルステージ１１の位置と各
スコープ１２，１４，１５，１６による計測値の補正値
との関係をＡＡ補正値テーブル５１１または補正関数と
して記憶している。このような補正値は予め基準レチク
ルや基準ウエハを用いてレチクルステージ１１の複数位
置について誤差を測定し、この誤差に基づいて決定すれ
ば良い。
【００１９】ステージ５３１の位置はレーザ干渉計７，
８および前記エンコーダにより計測され、その計測値５
３２がステージ位置演算器５３４に入力される。また、
干渉計７の計測値はアライメント値補正手段５１内の比
較器５１２にも入力される。比較器５１１はセンサ９お
よび各スコープ毎に干渉計７の計測値で示されるレチク
ルステージ１１の位置またはその近傍位置の前記補正値
を読み込む。補間演算器５１３では、これらの補正値に
基づいて、レチクルステージ１１が現在位置にある場合
の各スコープおよびセンサの補正値を演算する。アライ
メント計測手段５２ではセンサ９および各スコープによ
る計測値５２１を補間演算器５１３からの補正値により
補正し、それをアライメント値演算器５２２で各ステー
ジ１１，５，３４のアライメント値に換算する。このア
ライメント値はステージ位置決め手段５３のステージ位
置演算器５３４に入力される。ステージ位置演算器５３
４はこのアライメント値と前記ステージ位置計測値５３
２とに基づいて各ステージの位置決め目標値５３３を算
出し、ステージ５３１の駆動系に与える。ステージ５３
１の駆動系ではこの目標値に基づいて各ステージ１１，
５，３４を位置決めする。
【００２０】このようにしてレチクルステージ１１が移
動する際の偏荷重や加減速時反力による鏡筒定盤１０の
変形に起因するフォーカスセンサ９や各スコープ１２，
１４，１５，１６のアライメント計測値の誤差を補正す
ることができ、アライメント計測精度の劣化を極小化す
ることができる。この場合、可能な限り各ステージを一
定の位置に置いてアライメント計測を行なうことでアラ
イメント精度をさらに向上させることができる。例え
ば、オフアクシススコープ１６および非露光光ＴＴＬス
コープ１５によるアライメント計測はレチクルステージ
１１がレチクル交換位置または第１ショットの露光待機
位置に、ブレードステージ３４が第１ショットの露光待
機位置に位置する状態で、ＦＲＡスコープ１４による計
測はレチクルステージ１１をレチクル交換位置または第
１ショットの露光待機位置に、ウエハステージおよびブ
レードステージ３４を第１ショットの露光待機位置に置
いた状態で行なうようにすればよい。
【００２１】なお、上述においては、レチクルステージ
１１の移動に伴う鏡筒定盤１０の変形およびそれによる
アライメント計測値の変動を補正する例について述べた
が、ウエハステージ５の移動についても同様の補正を行
なうことができる。
【００２２】図３は、図１の装置におけるレチクルまた
はウエハのアライメント動作を示す。アライメント時、
先ず、アライメント対象物（ウエハおよび／またはレチ
クル）を搭載したステージをアライメント計測位置へ移
動する。次に、アライメント用スコープを用いてアライ
メント計測を行なう。同時に、ステージ位置によるアラ
イメント補正値を演算する。これらのアライメント計測
値およびアライメント補正値に基づいてアライメント値
を演算する。続いてアライメントが終了したか否かを判
定する。アライメントを終了していなければ、次のアラ
イメント計測位置について上述の動作を繰り返す。アラ
イメント終了の判定と並行してステージ位置とアライメ
ント値に基づくステージ目標値の演算が行なわれてお
り、前記判定がアライメント終了であれば、露光シーケ
ンスへ進んで前記ステージ目標値を用いて走査露光を実
行する。
【００２３】なお、走査露光中のフォーカス補正を行な
うためのフォーカスセンサ９の計測値やブレードステー
ジ３４を走査するための計測値についてもそれが走査露
光中に実行されることを除き、上記と同様にして計測値
の補正を行なうことができる。
【００２４】微小デバイスの製造の実施例 図４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。
【００２５】図５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。
【００２６】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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る露光装置の構成図で
ある。
【図２】 図１の露光装置におけるアライメント値補正
系の構成を示すブロック図である。
【図３】 図１の装置のアライメント計測シーケンスの
流れを示す図である。
【図４】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図５】 図４におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。
【符号の説明】
１：照明光学系、２：レチクル、３：投影光学系、４：
第１基準プレート、５：ウエハステージ、６：ウエハ、
７，８：レーザ干渉計、９（９ａ，９ｂ）：フォーカス
センサ、１０：鏡筒定盤、１１：レチクルステージ、１
２：露光光ＴＴＲスコープ、１３：第２基準プレート、
１４：ＦＲＡ（ファインレチクルアライメント）スコー
プ、１５：非露光光ＴＴＬスコープ、１６：オフアクシ
ススコープ、１７：ベースフレーム、１８：ダンパ、１
９：ウエハステージ定盤、２７：レチクルステージ定
盤、３４：ブレードステージ、５１：アライメント値補
正手段、５１１：ＡＡ補正値テーブル、５１２：比較
器、５１３：補間演算器、５２：アライメント計測手
段、５２１：アライメント計測値、５２２：アライメン
ト値演算器、５３：ステージ位置決め手段、５３１：ス
テージ、５３２：ステージ位置計測値、５３３：ステー
ジ目標値、５３４：ステージ位置演算器。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−94388（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−272719（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−124843（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−130180（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−82610（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−260274（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−320933（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原版上の所定照明領域を照明する照明光
    学系と、前記照明領域内の原版上パターンを基板上に投
    影する投影光学系と、前記照明領域に対して前記原版を
    所定の方向に移動可能な原版ステージと、前記照明領域
    と共役な投影領域に対して前記基板を所定の方向に移動
    可能な基板ステージと、前記原版および前記基板の位置
    を計測するアライメント系とを有し、前記投影光学系の
    光軸に対し垂直に前記原版と基板を共に走査して前記原
    版上のパターンを逐次前記基板上に投影する投影露光装
    置において、 前記アライメント系による前記位置計測結果を前記原版
    ステージの位置に対応して補正する手段を設けたことを
    特徴とする投影露光装置。
  2. 【請求項２】 前記補正手段は、前記位置ずれ検出結果
    の補正値を前記原版ステージ位置を変数とする演算によ
    り算出する手段を有することを特徴とする請求項１記載
    の投影露光装置。
  3. 【請求項３】 前記アライメント系は、前記原版ステー
    ジを所定の位置に位置決めした状態で前記位置ずれを検
    出することを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
  4. 【請求項４】 前記アライメント系は、前記基板の位置
    をオフアクシスで計測するオフアクシスアライメント
    系、前記基板の位置を前記投影光学系を介して所定の非
    露光光で計測する非露光光ＴＴＬアライメント系、前記
    原版ステージ上に設けられた第１の基準マークと前記基
    板ステージ上に設けられた第２の基準マークとのずれを
    前記投影光学系を介して露光光と実質同一波長の光束で
    計測する露光光ＴＴＲアライメント系、前記原版上のパ
    ターンと前記原版ステージ上に設けられた第３の基準マ
    ークとのずれを計測する原版アライメント系、および前
    記基板のパターン面の位置を計測するフォーカス検出系
    のうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１
    〜３のいずれかに記載の投影露光装置。
  5. 【請求項５】 前記オフアクシスアライメント系、非露
    光光ＴＴＬアライメント系およびフォーカス検出系は前
    記投影光学系の鏡筒を基準に計測を行なうことを特徴と
    する請求項４記載の投影露光装置。
  6. 【請求項６】 前記原版ステージは原版ステージ定盤に
    支持され、該原版ステージ定盤および前記アライメント
    系は、前記投影光学系の鏡筒を支持する投影光学系定盤
    に支持されていることを特徴とする請求項１〜５のいず
    れかに記載の投影露光装置。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの装置を用いる
    ことを特徴とするデバイス製造方法。
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