JP3634563B2 - 露光方法および装置並びにデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク等の原版のパターンをウエハ等の基板に高精度に転写する露光方法および装置並びにデバイス製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化等に伴なって半導体素子の微細化、高密度化が一層進み、線幅においても、２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ、１ＧＤＲＡＭでは０．１８μｍの線幅が要求されており、これらのウエハ等の基板上にマスクやレチクル等の原版に形成されたパターンを露光転写する露光装置もますます高精度でかつ線幅精度の良いものが要望されている。
【０００３】
そこで、従来の露光装置の一般的な構成を、図１１に基づいて説明すると、発光光源１から放射される露光光２は、照明系３を経て、マスクパターン４ａが形成されたマスク等の原版４を照射する。原版４を透過した露光光２は、マスクパターン４ａに応じた強度分布（図１１の（ｂ））を有し、ウエハ等の基板５上のレジスト５ａに吸収されるエネルギーの分布（図１１の（ｃ））は、マスクパターン４ａに応じたものとなる。このレジスト５ａを現像してレジスト像を形成し、その後、蒸着、エッチングにより、一層の回路パターンを形成する。このように、原版４のマスクパターン４ａが基板５上に露光転写される。
【０００４】
そして、露光シーケンスとしては、グローバルアライメント方式が知られており、それは、特開昭６１−４４４２９号公報等に記載されているように、１枚のウエハ等の基板を露光する前に、基板上の複数のアライメントマークの位置を計測し、基板の中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方向）、基板の伸縮（Ｘ、Ｙ方向）、基板の回転量、基板ステージの直交度の６つのパラメータを、マークの設計位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的手法で決定し、その後、各ショットと原版の重ね合わせ誤差が最小となるように、各ショットを露光するときに基板を保持する基板ステージを所定量移動させるアライメント指令値に従って移動させて、基板をステップさせ、露光するというシーケンスを繰り返し、１枚の基板を露光するものである。ここで、６つのパラメータをマークの設計位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的手法で決定した後、第１ショットを露光する前に、倍率補正手段によって、基板の伸縮（Ｘ、Ｙ方向）量を補正することも行われている。例えば、基板の伸縮（Ｘ、Ｙ方向）量が＋５ｐｐｍであるならば、いわゆる倍率玉と呼ばれるレンズを面外方向へ移動させることで、収差を変えずに転写倍率のみを＋５ｐｐｍ変化させている。この後、図１２に示すように、逐次、ショットの露光と、基板ステージを次のショットへステップする過程を繰り返して露光を行なっている。
【０００５】
また、倍率補正手段としては、上記のように光学系で行なうものの他に、本出願人による特願平８−４５４９５号出願に記載されているように、マスク等の原版やウエハ等の基板の大きさを直接変化させる方法も提案されており、また、スキャン露光においてはマスク等の原版とウエハ等の基板を移動させて倍率補正を行う方法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の露光装置においては、原版のマスクパターンをウエハ等の基板に露光転写して基板に極微細な線幅を有するＤＲＡＭ等の半導体素子を作成する時、高集積度のデバイスを作成するために、ショットを露光する前に原版と基板が設計位置に精度良く位置決めされていても、次のような問題点が生じていた。すなわち、１ショット露光中に、基板は露光光を吸収して熱膨張する。この基板の熱膨張は、図１３に示すように、ショット中心Ｏの並進ｐとショットの中心Ｏを中心とする拡大ｅを引き起こす。なお、図１３において、（ａ）はショット露光前のショットの大きさＷｏを示し、同図（ｂ）はショット露光直後のショットの大きさＷを実線で示し、同図（ｃ）はショット中心Ｏの並進ｐとショットの中心Ｏを中心とする拡大（倍率変化）ｅの状態を図示する。このような基板の熱膨張によって、図１３の（ｄ）に示すように、露光時間中に、基板上のレジストの吸収露光エネルギープロファイル（レジスト上の位置と吸収露光エネルギーの関係）が変化し、露光時間中の積算吸収露光エネルギープロファイルは鈍るために、線幅精度が悪化する。そして、スループット向上のために露光エネルギーが大きくなり、高集積度のデバイスのために許容される線幅精度がだんだん小さくなると、ますます問題になる。近年では、線幅は一層細くなり、２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ、１ＧＤＲＡＭでは０．１８μｍの線幅が要求されており、そのためには、線幅精度は２５６ＭＤＲＡＭでは２５ｎｍ、１ＧＤＲＡＭでは１８ｎｍを要求される。
【０００７】
上記のような従来の露光装置においては、ショットを露光する前に、グローバルアライメント方式により得られる結果から基板の倍率を算出し、倍率補正手段を用いて、原版や光学系を面外方向にまたは面内方向へ変形させることによって、原版や光学系の大きさを変形させ、倍率を基板の倍率に合うように変形させた後に、ショットの露光を開始している。しかし、１ショット露光中に基板が露光光を吸収して熱膨張することに対する対策がとられていないために、転写線幅精度が悪化するという問題点があった。また、スキャン露光における熱歪みでは、同時に露光される原版のマスクパターンの移動量が場所によって異なり、同時に露光されるパターンすべてに関して、露光中に原版のパターンと基板のパターンを一致させることは、原版と基板を相対的に移動させることによっては達成できない。このように、線幅精度が場所によって悪化するという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、ウエハ等の基板が露光中に熱膨張することによって生じる線幅精度の悪化を低減させることができる露光技術を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一括露光においては、熱歪みはショット中心を中心とした拡大であり、拡大率がほぼ均等であることに着目し、ショット露光中に生じる熱膨張による、基板のショット中心の並進とショット中心を中心とした拡大とに対応した露光処理により線幅精度の悪化を低減させることができるとの知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の露光方法は、原版に形成されたパターンを基板に転写する露光方法において、露光中に生じる基板上の被露光領域の並進量および拡大率を算出する算出工程と、前記算出工程において算出された並進量に基づいて前記原版と前記基板とを相対的に移動させながら、かつ前記算出工程において算出された拡大率に基づいて前記パターンの転写倍率を変化させながら、前記パターンを基板上の被露光領域に転写する転写工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の露光装置は、原版に形成されたパターンを基板に転写する露光装置において、露光中に生じる基板上の被露光領域の並進量および拡大率を算出する算出手段と、前記パターンを基板に転写する露光中に、前記算出手段により算出された並進量に基づいて、前記原版と前記基板とを相対的に移動させる第１の手段と、前記パターンを基板に転写する露光中において、前記算出手段により算出された拡大率に基づいて、前記パターンの転写倍率を変化させる第２の手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
例えば、予め露光実験や計算によって、１ショット露光中に生じるウエハ等の基板の熱膨張等に基づく変形を算出し、この算出されたデータに基づいて、基板の変形を打ち消すように機能する補正テーブル、すなわち、ショット露光中に基板を保持する基板ステージを面内方向へ駆動させ、そしてマスク等の原版あるいは光学素子の倍率を変化させるための補正テーブルを蓄積した補正手段を用いて、ショット露光中にステージ制御部を介して基板ステージを面内方向へ駆動することで、ショット露光の熱膨張による基板のショット中心の並進をキャンセルするように作用させ、かつ、ショット露光中に倍率補正制御部を介して転写倍率補正機構を駆動させて、原版または光学素子の倍率を変化させることで、基板のショット中心を中心とした拡大をキャンセルするように作用させることによって、ウエハ等の基板が露光中に熱膨張することによって生じる線幅精度の悪化を低減させる。
【００１３】
そして、転写倍率補正機構として、マスク等の原版に外力を加えて原版の大きさを変化させる型式のものを用いることができるし、さらに、倍率玉と呼ばれる光学素子を面外方向に移動させる型式のものを用いることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の露光方法の特徴を最もよく示す露光装置の概略的な構成図であり、本発明においては、予め露光実験や計算によって、１ショット露光中に生じるウエハ等の基板５の熱膨張等に基づく変形を算出し、この算出されたデータに基づいて、基板５の変形を打ち消すように機能する補正テーブル、すなわち、マスク等の原版４に外力を加えて原版４の転写倍率を変化させるための補正テーブルを蓄積した補正手段１３を用いて、ショット露光中にステージ制御部１２を介して基板ステージ８を面内方向へ駆動することで、露光の熱膨張による基板５のショット中心の並進をキャンセルするように作用させ、かつ、ショット露光中に倍率補正制御部１１を介して転写倍率補正機構１０を駆動させて、原版４に外力を加えて原版４の転写倍率を変化させることで、基板のショット中心を中心とした拡大をキャンセルするように作用させるものである。
【００１６】
次に、図１および図２に基づいて本発明の全体構成について説明する。
【００１７】
パターンが形成されているマスク等の原版４は原版チャック６に固定され、また、ウエハ等の基板５は基板チャック７に吸着保持され、基板チャック７はＸ方向およびＹ方向に移動可能な基板ステージ８に取り付けられており、発光光源から放射されるＸ線、紫外光あるいは可視光などの露光光２は、照明系３を経て原版４を照射し、原版４に形成されているパターンを基板５上に露光転写する。そして、原版４に荷重を加えることにより原版の転写倍率を補正する倍率補正機構１０は倍率補正制御部１１の出力信号に応じて駆動し、また、基板５を所望の位置に移動させるための基板ステージ８の駆動は、ステージ制御部１２の出力信号によりなされ、基板５の位置、移動速度および加速度はステージ制御部１２によって制御される。これらの倍率補正制御部１１およびステージ制御部１２は、１ショット露光中に、補正手段１３の補正テーブルの指令値に基づいて倍率補正機構１０および基板ステージ８を駆動させるように構成されている。なお、補正手段１３の補正テーブルの詳細は後述する。
【００１８】
ステージ制御部１２について説明すると、従来の露光装置においては、例えば特開平２−１００３１１号公報に記載されているような、照明系３によって露光画角全面に露光光２を入射させて一括露光を行なう露光装置において、１ショット露光中は、ステージ制御部１２は、原版チャック６によって固定された原版４に対して、基板チャック７を基準に対して一定の位置にとどまるように、制御している。このために、レーザ干渉計１４を用いて、基準に対する基板チャック７の位置を計測して位置決めし、そして１ショットの露光が終了すると、ステージ制御部１２は、公知のグローバルアライメントユニット１６から得られるグローバルアライメント指令値１５にしたがって、基板ステージ８をステップさせ、次のショットを同様に露光している。このように、従来のステージ制御部１２は、１ショット露光中は、固定された原版４に対して、基板チャック７を基準に対して一定の位置にとどまるように制御している。
【００１９】
しかし、本発明におけるステージ制御部１２においては、１ショット露光中は、固定された原版４に対して、基板チャック７の基準に対する距離を補正手段１３の補正テーブルにしたがって変える制御をする。例えば、ショット露光中に図１３の（ｃ）に示す基板５のショット中心Ｏの並進ｐを打ち消しキャンセルするように移動させる。この移動によって、１ショット露光中の基板５の熱膨張によって生じる基板のショット中心ＯのＸおよびＹ方向への並進量をほぼゼロとすることができる。
【００２０】
次に、原版チャック６の具体的な構成を図３に基づいて説明する。
【００２１】
パターンをメンブレンに形成した原版４を保持する原版フレーム２１は、原版チャックベース３０の一面に取り付けられた支持手段１９と、エアシリンダー等の加圧部材２９を備えた押圧手段２０とによって、ＸおよびＹ方向の位置決めがされ、そして、Ｚ方向クランプ手段（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）によってＺ方向の位置決めがされる。支持手段１９のＸ方向の支持部材１９ａは、原版チャックベース３０上に１個のビス２２によりＺ軸回りに微動し得るように取り付けられ、原版フレーム２１の側縁に当接してそのＸ方向の位置決めをする半球状の剛球からなる支持ピン２５ａ、２５ｂを保持し、支持手段１９のＹ方向の支持部材１９ｂは、原版チャックベース３０上に２個のビス２２により固定され、原版フレーム２１の側縁に当接してそのＹ方向の位置決めをする半球状の剛球からなる支持ピン２５ｃ、２５ｄを保持する。一方、押圧手段２０のＸ方向の押圧部材２０ａは、原版チャックベース３０に取り付けられたエアシリンダー等の加圧部材２９ａによりＸ方向に駆動され、原版フレーム２１の側縁をＸ方向に押圧する半球状の押圧ピン２６ａ、２６ｂを保持する。また、押圧手段２０のＹ方向の押圧部材２０ｂも同様に、原版チャックベース３０に取り付けられたエアシリンダー等の加圧部材２９ｂによりＹ方向に駆動され、原版フレーム２１の側縁をＹ方向に押圧する半球状の押圧ピン２６ｃ、２６ｄを保持する。そして、Ｘ方向の押圧部材２０ａの押圧ピン２６ａ、２６ｂは、原版フレーム２１を挟んで支持部材１９ａの支持ピン２５ａ、２５ｂに対向する位置に配置され、Ｙ方向の押圧部材２０ｂの押圧ピン２６ｃ、２６ｄは、原版フレーム２１を挟んで支持部材１９ｂの支持ピン２５ｃ、２５ｄに対向する位置に配置されている。これによって、押圧部材２０ａの押圧ピン２６ａ、２６ｂを加圧部材２９ａによって支持ピン２５ａ、２５ｂに向けて押圧力を加えることにより、原版フレーム２１をＸ方向に位置決めすることができ、同じく押圧部材２０ｂの押圧ピン２６ｃ、２６ｄを加圧部材２９ｂによって支持ピン２５ｃ、２５ｄに向けて押圧力を加えることにより、原版フレーム２１をＹ方向に位置決めすることができる。なお、各押圧ピン２６ａ〜２６ｄにより原版フレーム２１のそれぞれの側縁を押圧して原版を位置決めしたとき、各押圧部材２０ａ、２０ｂの駆動力のアンバランス等によって原版４に回転モーメントが生じたときに、Ｘ方向の支持部材１９ａをＺ軸回りに微動できる構成としてあるために、４個の支持ピン２５ａ〜２５ｄの過拘束による原版の歪を低減することができる。以上のように、支持ピン２５ａ〜２５ｄを有する支持部材１９ａ、１９ｂからなる支持手段１９と押圧ピン２６ａ〜２６ｄを有する押圧部材２０ａ、２０ｂからなる押圧手段２０によって、ＸおよびＹ方向ならびにＺ軸回りの位置決めがなされる。
【００２２】
そして、Ｚ方向の位置決めをするＺ方向クランプ手段（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）は、回転および直動機構からなるアクチュエータ（図示しない）により駆動されるように構成された３個のクランプ機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、原版チャックベース３０上に設けられて、クランプ機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃに対向する位置に配置された３個の半球状の剛球からなる部材（図示しない）とによって構成され、原版フレーム２１を挟んで原版４を位置決めする。このＺ方向クランプ手段は、Ｘ、Ｙ方向の位置決め用の支持手段や押圧手段および後述する倍率補正機構と干渉しない位置に配置する。原版フレーム２１は、Ｚ方向クランプ手段によって原版チャックベース３０側に押し付けられＺ方向の位置決めがなされ、同時にＸ軸およびＹ軸回りの位置決めがなされる。このようにＺ方向の位置決めは、Ｚ方向クランプ手段によって３点でされるため、従来のような面内変形を生じる原因となる平面矯正を行なわずに原版を保持することができ、また、原版と原版チャック間にごみを挟み込むことによる原版の変形の可能性を低減している。
【００２３】
次に、倍率補正機構１０の具体的な構成の一例を図４の（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。原版チャックベース３０の裏面には、Ｘ方向に相対向して一対の倍率補正部材３３ａと３３ｃが配設され、Ｙ方向に相対向して一対の倍率補正部材３３ｂと３３ｄが配設されている。これらの倍率補正部材３３ａ〜３３ｄはすべて同じ機構を有しており、Ｘ方向に配設された倍率補正部材３３ａについて説明する。倍率補正部材３３ａは、原版チャックベース３０の一面に位置付けられた原版フレーム２１と原版チャックベース３０にそれぞれ設けられて重ね合わされた貫通孔３５ａと貫通孔３７ａに挿入される補正ピン３６ａと、この補正ピン３６ａをＸ方向に進退させるべくロッドを介して駆動するエアシリンダ３４ａからなり、エアシリンダ３４ａは原版チャックベース３０の裏面に装着され、その圧力は倍率補正制御部１１および補正手段１３の補正テーブルの指令値に応じて制御される。また、原版フレーム２１に設けられた貫通孔３５ａは、原版チャックベース３０の貫通孔３７ａよりも小さく形成されている。このような構成により、エアシリンダ３４ａの圧力を変化させることにより、補正ピン３６ａはロッドを介して貫通孔３７ａ内でＸ方向に移動し、補正ピン３６ａの側面が、原版フレーム２１の貫通孔３５ａの内面をＸ方向に押したり引いたりする。したがって、倍率補正部材３３ａのエアシリンダ３４ａの圧力を制御することにより、補正ピン３６ａを介して、原版４にＸ方向に独立に圧縮力あるいは引張り力を加えることができる。他の倍率補正部材３３ｂ、３３ｃ、３３ｄも同様の機構を備えており、それぞれのエアシリンダ３４ａ〜３４ｄの圧力を倍率補正制御部１１および補正手段１３の補正テーブルの指令値に応じて制御することにより、原版４にＸ方向およびＹ方向にそれぞれ独立して圧縮力あるいは引張り力を加えて、原版４の倍率を、基板の倍率に合うように、変化させることができる。このように、本発明における倍率補正機構１０は、１ショット露光中に、倍率補正制御部１１および補正手段１３の補正テーブルの指令にしたがって転写倍率を変化させる。例えば、ショット露光中に、基板は熱膨張によって図１３の（ｃ）に示すようにショット中心Ｏを中心として拡大する。そこで、上述したように倍率補正を制御することにより、基板の熱膨張によって生じる基板のショット中心Ｏを中心としたＸおよびＹ方向への倍率変化をほぼゼロとすることができる。
【００２４】
マスク等の原版の倍率補正については、熱的手段を用いた倍率補正も知られているが、熱的手段を用いた倍率補正では、応答性が悪く倍率補正に時間がかかり、スループットの低下を招いて生産性が低下するために、本実施例では上述したように機械的手段を用いている。
【００２５】
次に、補正手段１３の補正テーブルについて説明する。図５は、補正テーブルを実験によって得るための、原版および基板上のアライメントパターンであって、露光画角の上下に上下（Ｙ）方向位置ずれ測定用マークＭＵ、ＭＤ、および左右に左右（Ｘ）方向位置ずれ測定用マークＭＬ、ＭＲが設けられている。原版上のアライメントパターンおよび基板上のアライメントパターンの位置ずれ量の検知には、公知のヘテロダインの回折光を用いる方法、フレネルゾーンプレートの回折光を用いる方法、あるいは画像処理による方法を採用することができる。
【００２６】
そして、実際の素子を作成するための露光用原版とほぼ同じ開口率を有する原版を用い、露光開始前に原版アライメントパターンと基板アライメントパターンを位置合わせして、基板の各ショットに露光を行ない、露光中に生じるアライメントパターンの位置ずれ量を次のように算出する。
【００２７】
図６は、図５に図示するアライメントパターンを用いて補正手段の補正テーブルを予め実験によって得る方法を説明するための図面であり、原版および基板にはそれぞれの対応する位置にアライメントパターンＭＵ、ＭＤ、ＭＬ、ＭＲが設けられており、ショット露光前の基板におけるショットの大きさとそのアライメントパターンを破線で示し、ショット露光中の熱膨張の影響によるショットとアライメントパターンの変形状態を実線で図示する。Ｘ方向のマークＭＬとＭＲの間の設計寸法をＬｘとし、Ｙ方向のマークＭＵとＭＤの間の設計寸法をＬｙとし、各ショットに対するショットの並進方向オフセット（Ｘ、Ｙ）とＸ方向倍率Ｍｘ、Ｙ方向倍率Ｍｙを求める。露光中にアライメント信号を計測することにより、マークＭＬおよびマークＭＲのＸ方向の移動量がそれぞれΔｘ１およびΔｘ２であり、マークＭＵおよびマークＭＤのＹ方向の移動量がそれぞれΔｙ１およびΔｙ２であったとする。その後に、次のように信号処理を行ない、それぞれの値を算出する。
【００２８】
Ｘ方向の並進方向オフセット：Ｘ＝（Δｘ１＋Δｘ２）／２
Ｙ方向の並進方向オフセット：Ｙ＝（Δｙ１＋Δｙ２）／２
Ｘ方向倍率：Ｍｘ＝（Ｌｘ＋Δｘ１−Δｘ２）／Ｌｘ
Ｙ方向倍率：Ｍｙ＝（Ｌｙ＋Δｙ１−Δｙ２）／Ｌｙ
なお、原版のパターン配置の対称性から、Ｘ方向倍率ＭｘとＹ方向倍率Ｍｙをほぼ同じとみなして良い場合には、ＭＲ、ＭＬ、ＭＵのマークから、以下のように、並進量と拡大率、つまりショットの並進方向オフセット（Ｘ、Ｙ）とＸＹ方向倍率Ｍｘｙを求める。マークＭＬがＸ方向へΔｘ１移動し、マークＭＲがＸ方向へΔｘ２移動し、マークＭＵがＹ方向へΔｙ１移動したことをアライメント信号より検知すると、前述と同様に、
Ｘ方向の並進方向オフセット：Ｘ＝（Δｘ１＋Δｘ２）／２
ＸＹ方向倍率：Ｍｘｙ＝（Ｌｘ＋Δｘ１−Δｘ２）／Ｌｘ
Ｙ方向の並進方向オフセット：Ｙ＝Δｙ１−（Ｌｘ×Ｍｘｙ−Ｌｘ）／２
から算出することができる。なお、マークの数を増やして回転成分の除去を行なっても良い。
【００２９】
また、図７は、補正手段の補正テーブルを別の実験によって予めＸ方向倍率ＭｘおよびＹ方向倍率Ｍｙを得るための基板側の計測パターンを図示するものであり、基板の各ショットのほぼ中央にＸおよびＹ方向の２軸歪ゲージＳＧを配置する。歪ゲージＳＧは基板上に添付しても良いし、基板上に薄膜形成プロセスを用いて作成してもよいし、あるいは基板チャックに添付しても良い。実際の素子を作成するための露光用原版とほぼ同じ開口率を有する原版を用いて、基板の各ショットに露光を行ない、各ショットの露光中に該基板の各ショットに配置された歪ゲージＳＧの値を計測することにより、Ｘ方向の歪＝Ｘ方向倍率Ｍｘ、Ｙ方向の歪＝Ｙ方向倍率Ｍｙを算出することができる。また、原版のパターン配置の対称性からＸ方向倍率ＭｘとＹ方向倍率Ｍｙをほぼ同じとみなして良い場合には、基板の各ショットの中央にＸＹ方向単軸歪ゲージを配置して、露光中に計測された歪ゲージの値を計測することにより、歪＝ＸＹ方向倍率、すなわちＭｘｙ、を求めることもできる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施例について図８を用いて説明する。
【００３１】
露光装置において、特に、マスク等の原版の剛性が高く機械的に変形させて倍率補正をすることが難しいｉ線露光装置やＫｒＦエキシマ露光装置等の可視光や紫外光を用いた装置においては、いわゆる倍率玉と呼ばれている光学素子を用いて転写倍率を補正しており、ショットの露光開始前に、グローバルアライメント方式より得られる結果から基板の倍率を算出し、光学素子を面外方向へ移動させることで、倍率を基板の倍率に合うように変化させた後、ショットの露光を開始している。この光学素子は、面外方向へ移動させることで、収差を変えることなく、転写倍率のみを変化させることが可能な光学素子で、いわゆる倍率玉と呼ばれている。
【００３２】
そこで、このような構成をもった光学素子（倍率玉）を用いて、上述したと同様に、予め露光実験や計算によって、１ショット露光中に生じるウエハ等の基板の熱膨張等に基づく変形を算出し、この算出されたデータから基板の変形を打ち消すように、基板を保持する基板ステージを面内方向へ駆動させ、そして、光学素子（倍率玉）を面外方向に移動させて転写倍率を変化させるための補正テーブルを蓄積した補正手段を用いることにより、ショット露光中にステージ制御部を介して基板ステージを面内方向へ駆動することで、露光の熱膨張による基板のショット中心の並進をキャンセルするように作用させ、かつ、ショット露光中に光学素子（倍率玉）を面外方向に移動させて転写倍率を変化させることで、基板のショット中心を中心とした拡大をキャンセルするように作用させる。
【００３３】
図８において、いわゆる倍率玉と呼ばれる光学素子４２はかしめ等によってセル４３に機械的に接合され、セル４３はガイド４４に取り付けられており、光学素子４２およびセル４３は面内方向への移動は拘束され、面外方向のみの移動が許容されている。セル４３に添付したピエゾ素子４５でセル４３を面外方向へ加圧することによって、光学素子４２も面外方向へ駆動させ、露光倍率を変化させることができる。そして、１ショット露光中に、予め作成された補正手段１３の補正テーブルにしたがって光学素子４２の転写倍率を変化させる。これによって、前述した実施例と同様に、１ショット露光中の基板の熱膨張によって生じる基板のショット中心を中心としたＸおよびＹ方向への倍率変化をほぼゼロとすることができる。
【００３４】
次に上述した露光方法を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００３５】
図９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）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した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）ではシリコンやガラス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、これが出荷（ステップ７）される。
【００３６】
図１０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）ではアライメント装置を有する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が形成される。
【００３７】
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デバイスを低コストに製造することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ等の基板が露光中に熱膨張することによって生じる線幅精度の悪化を低減させることができる露光技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光方法の特徴を最もよく示す露光装置の概略的な構成図である。
【図２】本発明の露光方法を実施する露光装置におけるステージ制御部に関連した構成を示す概略的構成図である。
【図３】露光装置における原版チャックを示す模式的平面図である。
【図４】露光装置における原版チャックベースの裏面側に設けられた倍率補正機構を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】原版および基板上に設けられたアライメントパターンを示す平面図である。
【図６】本発明の補正手段の補正テーブルを予め実験によって得る手法を説明するための図面であり、ショット露光中の熱膨張の影響による基板のショットとそのアライメントパターンの変形状態を示す図面である。
【図７】本発明の補正手段の補正テーブルを予め実験によって得る他の手法を説明するための図面であり、基板の各ショットのほぼ中央に２軸歪ゲージを配した状態を示す図面である。
【図８】本発明の露光方法において、倍率補正機構として光学素子を用いた例を説明するための部分断面図である。
【図９】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】ウエハプロセスの詳細を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）は従来の露光装置の一般的な構成を概略的に示す図面であり、（ｂ）は原版を透過した露光光の強度分布を示し、（ｃ）はレジストに吸収されるエネルギーの分布を示す。
【図１２】（ａ）は同じく従来の露光装置の一般的な構成を概略的に示す図面であり、（ｂ）はステップアンドリピート露光の一例を示す。
【図１３】ショット露光中に基板が露光光を吸収して熱膨張する状態を説明する図面であり、（ａ）および（ｂ）はショット露光前およびショット露光直後のショットの大きさを示し、（ｃ）はショット中心Ｏの並進ｐとショットの中心Ｏを中心とする拡大（倍率変化）ｅの状態を示し、（ｄ）は露光時間中に基板上のレジストの吸収露光エネルギープロファイル（レジスト上の位置と吸収露光エネルギーの関係）が変化する状態を示す。
【符号の説明】
４ 原版（マスク）
５ 基板（ウエハ）
６ 原版チャック
７ 基板チャック
８ 基板ステージ
１０ 倍率補正機構
１１ 倍率補正制御部
１２ ステージ制御部
１３ 補正手段
１９ 支持手段
１９ａ、１９ｂ 支持部材
２０ 押圧手段
２０ａ、２０ｂ 押圧部材
３０ 原版チャックベース
３３ａ〜３３ｄ 倍率補正部材
４２ 光学素子（倍率玉）
４３ セル
４５ ピエゾ素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク等の原版のパターンをウエハ等の基板に高精度に転写する露光方法および装置並びにデバイス製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化等に伴なって半導体素子の微細化、高密度化が一層進み、線幅においても、２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ、１ＧＤＲＡＭでは０．１８μｍの線幅が要求されており、これらのウエハ等の基板上にマスクやレチクル等の原版に形成されたパターンを露光転写する露光装置もますます高精度でかつ線幅精度の良いものが要望されている。
【０００３】
そこで、従来の露光装置の一般的な構成を、図１１に基づいて説明すると、発光光源１から放射される露光光２は、照明系３を経て、マスクパターン４ａが形成されたマスク等の原版４を照射する。原版４を透過した露光光２は、マスクパターン４ａに応じた強度分布（図１１の（ｂ））を有し、ウエハ等の基板５上のレジスト５ａに吸収されるエネルギーの分布（図１１の（ｃ））は、マスクパターン４ａに応じたものとなる。このレジスト５ａを現像してレジスト像を形成し、その後、蒸着、エッチングにより、一層の回路パターンを形成する。このように、原版４のマスクパターン４ａが基板５上に露光転写される。
【０００４】
そして、露光シーケンスとしては、グローバルアライメント方式が知られており、それは、特開昭６１−４４４２９号公報等に記載されているように、１枚のウエハ等の基板を露光する前に、基板上の複数のアライメントマークの位置を計測し、基板の中心位置のオフセット（Ｘ、Ｙ方向）、基板の伸縮（Ｘ、Ｙ方向）、基板の回転量、基板ステージの直交度の６つのパラメータを、マークの設計位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的手法で決定し、その後、各ショットと原版の重ね合わせ誤差が最小となるように、各ショットを露光するときに基板を保持する基板ステージを所定量移動させるアライメント指令値に従って移動させて、基板をステップさせ、露光するというシーケンスを繰り返し、１枚の基板を露光するものである。ここで、６つのパラメータをマークの設計位置とマークの計測位置との差に基づいて統計的手法で決定した後、第１ショットを露光する前に、倍率補正手段によって、基板の伸縮（Ｘ、Ｙ方向）量を補正することも行われている。例えば、基板の伸縮（Ｘ、Ｙ方向）量が＋５ｐｐｍであるならば、いわゆる倍率玉と呼ばれるレンズを面外方向へ移動させることで、収差を変えずに転写倍率のみを＋５ｐｐｍ変化させている。この後、図１２に示すように、逐次、ショットの露光と、基板ステージを次のショットへステップする過程を繰り返して露光を行なっている。
【０００５】
また、倍率補正手段としては、上記のように光学系で行なうものの他に、本出願人による特願平８−４５４９５号出願に記載されているように、マスク等の原版やウエハ等の基板の大きさを直接変化させる方法も提案されており、また、スキャン露光においてはマスク等の原版とウエハ等の基板を移動させて倍率補正を行う方法も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の露光装置においては、原版のマスクパターンをウエハ等の基板に露光転写して基板に極微細な線幅を有するＤＲＡＭ等の半導体素子を作成する時、高集積度のデバイスを作成するために、ショットを露光する前に原版と基板が設計位置に精度良く位置決めされていても、次のような問題点が生じていた。すなわち、１ショット露光中に、基板は露光光を吸収して熱膨張する。この基板の熱膨張は、図１３に示すように、ショット中心Ｏの並進ｐとショットの中心Ｏを中心とする拡大ｅを引き起こす。なお、図１３において、（ａ）はショット露光前のショットの大きさＷｏを示し、同図（ｂ）はショット露光直後のショットの大きさＷを実線で示し、同図（ｃ）はショット中心Ｏの並進ｐとショットの中心Ｏを中心とする拡大（倍率変化）ｅの状態を図示する。このような基板の熱膨張によって、図１３の（ｄ）に示すように、露光時間中に、基板上のレジストの吸収露光エネルギープロファイル（レジスト上の位置と吸収露光エネルギーの関係）が変化し、露光時間中の積算吸収露光エネルギープロファイルは鈍るために、線幅精度が悪化する。そして、スループット向上のために露光エネルギーが大きくなり、高集積度のデバイスのために許容される線幅精度がだんだん小さくなると、ますます問題になる。近年では、線幅は一層細くなり、２５６ＭＤＲＡＭでは０．２５μｍ、１ＧＤＲＡＭでは０．１８μｍの線幅が要求されており、そのためには、線幅精度は２５６ＭＤＲＡＭでは２５ｎｍ、１ＧＤＲＡＭでは１８ｎｍを要求される。
【０００７】
上記のような従来の露光装置においては、ショットを露光する前に、グローバルアライメント方式により得られる結果から基板の倍率を算出し、倍率補正手段を用いて、原版や光学系を面外方向にまたは面内方向へ変形させることによって、原版や光学系の大きさを変形させ、倍率を基板の倍率に合うように変形させた後に、ショットの露光を開始している。しかし、１ショット露光中に基板が露光光を吸収して熱膨張することに対する対策がとられていないために、転写線幅精度が悪化するという問題点があった。また、スキャン露光における熱歪みでは、同時に露光される原版のマスクパターンの移動量が場所によって異なり、同時に露光されるパターンすべてに関して、露光中に原版のパターンと基板のパターンを一致させることは、原版と基板を相対的に移動させることによっては達成できない。このように、線幅精度が場所によって悪化するという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の従来技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、ウエハ等の基板が露光中に熱膨張することによって生じる線幅精度の悪化を低減させることができる露光技術を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一括露光においては、熱歪みはショット中心を中心とした拡大であり、拡大率がほぼ均等であることに着目し、ショット露光中に生じる熱膨張による、基板のショット中心の並進とショット中心を中心とした拡大とに対応した露光処理により線幅精度の悪化を低減させることができるとの知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の露光方法は、原版に形成されたパターンを基板に転写する露光方法において、露光中に生じる基板上の被露光領域の並進量および拡大率を算出する算出工程と、前記算出工程において算出された並進量に基づいて前記原版と前記基板とを相対的に移動させながら、かつ前記算出工程において算出された拡大率に基づいて前記パターンの転写倍率を変化させながら、前記パターンを基板上の被露光領域に転写する転写工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の露光装置は、原版に形成されたパターンを基板に転写する露光装置において、露光中に生じる基板上の被露光領域の並進量および拡大率を算出する算出手段と、前記パターンを基板に転写する露光中に、前記算出手段により算出された並進量に基づいて、前記原版と前記基板とを相対的に移動させる第１の手段と、前記パターンを基板に転写する露光中において、前記算出手段により算出された拡大率に基づいて、前記パターンの転写倍率を変化させる第２の手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
例えば、予め露光実験や計算によって、１ショット露光中に生じるウエハ等の基板の熱膨張等に基づく変形を算出し、この算出されたデータに基づいて、基板の変形を打ち消すように機能する補正テーブル、すなわち、ショット露光中に基板を保持する基板ステージを面内方向へ駆動させ、そしてマスク等の原版あるいは光学素子の倍率を変化させるための補正テーブルを蓄積した補正手段を用いて、ショット露光中にステージ制御部を介して基板ステージを面内方向へ駆動することで、ショット露光の熱膨張による基板のショット中心の並進をキャンセルするように作用させ、かつ、ショット露光中に倍率補正制御部を介して転写倍率補正機構を駆動させて、原版または光学素子の倍率を変化させることで、基板のショット中心を中心とした拡大をキャンセルするように作用させることによって、ウエハ等の基板が露光中に熱膨張することによって生じる線幅精度の悪化を低減させる。
【００１３】
そして、転写倍率補正機構として、マスク等の原版に外力を加えて原版の大きさを変化させる型式のものを用いることができるし、さらに、倍率玉と呼ばれる光学素子を面外方向に移動させる型式のものを用いることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の露光方法の特徴を最もよく示す露光装置の概略的な構成図であり、本発明においては、予め露光実験や計算によって、１ショット露光中に生じるウエハ等の基板５の熱膨張等に基づく変形を算出し、この算出されたデータに基づいて、基板５の変形を打ち消すように機能する補正テーブル、すなわち、マスク等の原版４に外力を加えて原版４の転写倍率を変化させるための補正テーブルを蓄積した補正手段１３を用いて、ショット露光中にステージ制御部１２を介して基板ステージ８を面内方向へ駆動することで、露光の熱膨張による基板５のショット中心の並進をキャンセルするように作用させ、かつ、ショット露光中に倍率補正制御部１１を介して転写倍率補正機構１０を駆動させて、原版４に外力を加えて原版４の転写倍率を変化させることで、基板のショット中心を中心とした拡大をキャンセルするように作用させるものである。
【００１６】
次に、図１および図２に基づいて本発明の全体構成について説明する。
【００１７】
パターンが形成されているマスク等の原版４は原版チャック６に固定され、また、ウエハ等の基板５は基板チャック７に吸着保持され、基板チャック７はＸ方向およびＹ方向に移動可能な基板ステージ８に取り付けられており、発光光源から放射されるＸ線、紫外光あるいは可視光などの露光光２は、照明系３を経て原版４を照射し、原版４に形成されているパターンを基板５上に露光転写する。そして、原版４に荷重を加えることにより原版の転写倍率を補正する倍率補正機構１０は倍率補正制御部１１の出力信号に応じて駆動し、また、基板５を所望の位置に移動させるための基板ステージ８の駆動は、ステージ制御部１２の出力信号によりなされ、基板５の位置、移動速度および加速度はステージ制御部１２によって制御される。これらの倍率補正制御部１１およびステージ制御部１２は、１ショット露光中に、補正手段１３の補正テーブルの指令値に基づいて倍率補正機構１０および基板ステージ８を駆動させるように構成されている。なお、補正手段１３の補正テーブルの詳細は後述する。
【００１８】
ステージ制御部１２について説明すると、従来の露光装置においては、例えば特開平２−１００３１１号公報に記載されているような、照明系３によって露光画角全面に露光光２を入射させて一括露光を行なう露光装置において、１ショット露光中は、ステージ制御部１２は、原版チャック６によって固定された原版４に対して、基板チャック７を基準に対して一定の位置にとどまるように、制御している。このために、レーザ干渉計１４を用いて、基準に対する基板チャック７の位置を計測して位置決めし、そして１ショットの露光が終了すると、ステージ制御部１２は、公知のグローバルアライメントユニット１６から得られるグローバルアライメント指令値１５にしたがって、基板ステージ８をステップさせ、次のショットを同様に露光している。このように、従来のステージ制御部１２は、１ショット露光中は、固定された原版４に対して、基板チャック７を基準に対して一定の位置にとどまるように制御している。
【００１９】
しかし、本発明におけるステージ制御部１２においては、１ショット露光中は、固定された原版４に対して、基板チャック７の基準に対する距離を補正手段１３の補正テーブルにしたがって変える制御をする。例えば、ショット露光中に図１３の（ｃ）に示す基板５のショット中心Ｏの並進ｐを打ち消しキャンセルするように移動させる。この移動によって、１ショット露光中の基板５の熱膨張によって生じる基板のショット中心ＯのＸおよびＹ方向への並進量をほぼゼロとすることができる。
【００２０】
次に、原版チャック６の具体的な構成を図３に基づいて説明する。
【００２１】
パターンをメンブレンに形成した原版４を保持する原版フレーム２１は、原版チャックベース３０の一面に取り付けられた支持手段１９と、エアシリンダー等の加圧部材２９を備えた押圧手段２０とによって、ＸおよびＹ方向の位置決めがされ、そして、Ｚ方向クランプ手段（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）によってＺ方向の位置決めがされる。支持手段１９のＸ方向の支持部材１９ａは、原版チャックベース３０上に１個のビス２２によりＺ軸回りに微動し得るように取り付けられ、原版フレーム２１の側縁に当接してそのＸ方向の位置決めをする半球状の剛球からなる支持ピン２５ａ、２５ｂを保持し、支持手段１９のＹ方向の支持部材１９ｂは、原版チャックベース３０上に２個のビス２２により固定され、原版フレーム２１の側縁に当接してそのＹ方向の位置決めをする半球状の剛球からなる支持ピン２５ｃ、２５ｄを保持する。一方、押圧手段２０のＸ方向の押圧部材２０ａは、原版チャックベース３０に取り付けられたエアシリンダー等の加圧部材２９ａによりＸ方向に駆動され、原版フレーム２１の側縁をＸ方向に押圧する半球状の押圧ピン２６ａ、２６ｂを保持する。また、押圧手段２０のＹ方向の押圧部材２０ｂも同様に、原版チャックベース３０に取り付けられたエアシリンダー等の加圧部材２９ｂによりＹ方向に駆動され、原版フレーム２１の側縁をＹ方向に押圧する半球状の押圧ピン２６ｃ、２６ｄを保持する。そして、Ｘ方向の押圧部材２０ａの押圧ピン２６ａ、２６ｂは、原版フレーム２１を挟んで支持部材１９ａの支持ピン２５ａ、２５ｂに対向する位置に配置され、Ｙ方向の押圧部材２０ｂの押圧ピン２６ｃ、２６ｄは、原版フレーム２１を挟んで支持部材１９ｂの支持ピン２５ｃ、２５ｄに対向する位置に配置されている。これによって、押圧部材２０ａの押圧ピン２６ａ、２６ｂを加圧部材２９ａによって支持ピン２５ａ、２５ｂに向けて押圧力を加えることにより、原版フレーム２１をＸ方向に位置決めすることができ、同じく押圧部材２０ｂの押圧ピン２６ｃ、２６ｄを加圧部材２９ｂによって支持ピン２５ｃ、２５ｄに向けて押圧力を加えることにより、原版フレーム２１をＹ方向に位置決めすることができる。なお、各押圧ピン２６ａ〜２６ｄにより原版フレーム２１のそれぞれの側縁を押圧して原版を位置決めしたとき、各押圧部材２０ａ、２０ｂの駆動力のアンバランス等によって原版４に回転モーメントが生じたときに、Ｘ方向の支持部材１９ａをＺ軸回りに微動できる構成としてあるために、４個の支持ピン２５ａ〜２５ｄの過拘束による原版の歪を低減することができる。以上のように、支持ピン２５ａ〜２５ｄを有する支持部材１９ａ、１９ｂからなる支持手段１９と押圧ピン２６ａ〜２６ｄを有する押圧部材２０ａ、２０ｂからなる押圧手段２０によって、ＸおよびＹ方向ならびにＺ軸回りの位置決めがなされる。
【００２２】
そして、Ｚ方向の位置決めをするＺ方向クランプ手段（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）は、回転および直動機構からなるアクチュエータ（図示しない）により駆動されるように構成された３個のクランプ機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、原版チャックベース３０上に設けられて、クランプ機構４０ａ、４０ｂ、４０ｃに対向する位置に配置された３個の半球状の剛球からなる部材（図示しない）とによって構成され、原版フレーム２１を挟んで原版４を位置決めする。このＺ方向クランプ手段は、Ｘ、Ｙ方向の位置決め用の支持手段や押圧手段および後述する倍率補正機構と干渉しない位置に配置する。原版フレーム２１は、Ｚ方向クランプ手段によって原版チャックベース３０側に押し付けられＺ方向の位置決めがなされ、同時にＸ軸およびＹ軸回りの位置決めがなされる。このようにＺ方向の位置決めは、Ｚ方向クランプ手段によって３点でされるため、従来のような面内変形を生じる原因となる平面矯正を行なわずに原版を保持することができ、また、原版と原版チャック間にごみを挟み込むことによる原版の変形の可能性を低減している。
【００２３】
次に、倍率補正機構１０の具体的な構成の一例を図４の（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。原版チャックベース３０の裏面には、Ｘ方向に相対向して一対の倍率補正部材３３ａと３３ｃが配設され、Ｙ方向に相対向して一対の倍率補正部材３３ｂと３３ｄが配設されている。これらの倍率補正部材３３ａ〜３３ｄはすべて同じ機構を有しており、Ｘ方向に配設された倍率補正部材３３ａについて説明する。倍率補正部材３３ａは、原版チャックベース３０の一面に位置付けられた原版フレーム２１と原版チャックベース３０にそれぞれ設けられて重ね合わされた貫通孔３５ａと貫通孔３７ａに挿入される補正ピン３６ａと、この補正ピン３６ａをＸ方向に進退させるべくロッドを介して駆動するエアシリンダ３４ａからなり、エアシリンダ３４ａは原版チャックベース３０の裏面に装着され、その圧力は倍率補正制御部１１および補正手段１３の補正テーブルの指令値に応じて制御される。また、原版フレーム２１に設けられた貫通孔３５ａは、原版チャックベース３０の貫通孔３７ａよりも小さく形成されている。このような構成により、エアシリンダ３４ａの圧力を変化させることにより、補正ピン３６ａはロッドを介して貫通孔３７ａ内でＸ方向に移動し、補正ピン３６ａの側面が、原版フレーム２１の貫通孔３５ａの内面をＸ方向に押したり引いたりする。したがって、倍率補正部材３３ａのエアシリンダ３４ａの圧力を制御することにより、補正ピン３６ａを介して、原版４にＸ方向に独立に圧縮力あるいは引張り力を加えることができる。他の倍率補正部材３３ｂ、３３ｃ、３３ｄも同様の機構を備えており、それぞれのエアシリンダ３４ａ〜３４ｄの圧力を倍率補正制御部１１および補正手段１３の補正テーブルの指令値に応じて制御することにより、原版４にＸ方向およびＹ方向にそれぞれ独立して圧縮力あるいは引張り力を加えて、原版４の倍率を、基板の倍率に合うように、変化させることができる。このように、本発明における倍率補正機構１０は、１ショット露光中に、倍率補正制御部１１および補正手段１３の補正テーブルの指令にしたがって転写倍率を変化させる。例えば、ショット露光中に、基板は熱膨張によって図１３の（ｃ）に示すようにショット中心Ｏを中心として拡大する。そこで、上述したように倍率補正を制御することにより、基板の熱膨張によって生じる基板のショット中心Ｏを中心としたＸおよびＹ方向への倍率変化をほぼゼロとすることができる。
【００２４】
マスク等の原版の倍率補正については、熱的手段を用いた倍率補正も知られているが、熱的手段を用いた倍率補正では、応答性が悪く倍率補正に時間がかかり、スループットの低下を招いて生産性が低下するために、本実施例では上述したように機械的手段を用いている。
【００２５】
次に、補正手段１３の補正テーブルについて説明する。図５は、補正テーブルを実験によって得るための、原版および基板上のアライメントパターンであって、露光画角の上下に上下（Ｙ）方向位置ずれ測定用マークＭＵ、ＭＤ、および左右に左右（Ｘ）方向位置ずれ測定用マークＭＬ、ＭＲが設けられている。原版上のアライメントパターンおよび基板上のアライメントパターンの位置ずれ量の検知には、公知のヘテロダインの回折光を用いる方法、フレネルゾーンプレートの回折光を用いる方法、あるいは画像処理による方法を採用することができる。
【００２６】
そして、実際の素子を作成するための露光用原版とほぼ同じ開口率を有する原版を用い、露光開始前に原版アライメントパターンと基板アライメントパターンを位置合わせして、基板の各ショットに露光を行ない、露光中に生じるアライメントパターンの位置ずれ量を次のように算出する。
【００２７】
図６は、図５に図示するアライメントパターンを用いて補正手段の補正テーブルを予め実験によって得る方法を説明するための図面であり、原版および基板にはそれぞれの対応する位置にアライメントパターンＭＵ、ＭＤ、ＭＬ、ＭＲが設けられており、ショット露光前の基板におけるショットの大きさとそのアライメントパターンを破線で示し、ショット露光中の熱膨張の影響によるショットとアライメントパターンの変形状態を実線で図示する。Ｘ方向のマークＭＬとＭＲの間の設計寸法をＬｘとし、Ｙ方向のマークＭＵとＭＤの間の設計寸法をＬｙとし、各ショットに対するショットの並進方向オフセット（Ｘ、Ｙ）とＸ方向倍率Ｍｘ、Ｙ方向倍率Ｍｙを求める。露光中にアライメント信号を計測することにより、マークＭＬおよびマークＭＲのＸ方向の移動量がそれぞれΔｘ１およびΔｘ２であり、マークＭＵおよびマークＭＤのＹ方向の移動量がそれぞれΔｙ１およびΔｙ２であったとする。その後に、次のように信号処理を行ない、それぞれの値を算出する。
【００２８】
Ｘ方向の並進方向オフセット：Ｘ＝（Δｘ１＋Δｘ２）／２
Ｙ方向の並進方向オフセット：Ｙ＝（Δｙ１＋Δｙ２）／２
Ｘ方向倍率：Ｍｘ＝（Ｌｘ＋Δｘ１−Δｘ２）／Ｌｘ
Ｙ方向倍率：Ｍｙ＝（Ｌｙ＋Δｙ１−Δｙ２）／Ｌｙ
なお、原版のパターン配置の対称性から、Ｘ方向倍率ＭｘとＹ方向倍率Ｍｙをほぼ同じとみなして良い場合には、ＭＲ、ＭＬ、ＭＵのマークから、以下のように、並進量と拡大率、つまりショットの並進方向オフセット（Ｘ、Ｙ）とＸＹ方向倍率Ｍｘｙを求める。マークＭＬがＸ方向へΔｘ１移動し、マークＭＲがＸ方向へΔｘ２移動し、マークＭＵがＹ方向へΔｙ１移動したことをアライメント信号より検知すると、前述と同様に、
Ｘ方向の並進方向オフセット：Ｘ＝（Δｘ１＋Δｘ２）／２
ＸＹ方向倍率：Ｍｘｙ＝（Ｌｘ＋Δｘ１−Δｘ２）／Ｌｘ
Ｙ方向の並進方向オフセット：Ｙ＝Δｙ１−（Ｌｘ×Ｍｘｙ−Ｌｘ）／２
から算出することができる。なお、マークの数を増やして回転成分の除去を行なっても良い。
【００２９】
また、図７は、補正手段の補正テーブルを別の実験によって予めＸ方向倍率ＭｘおよびＹ方向倍率Ｍｙを得るための基板側の計測パターンを図示するものであり、基板の各ショットのほぼ中央にＸおよびＹ方向の２軸歪ゲージＳＧを配置する。歪ゲージＳＧは基板上に添付しても良いし、基板上に薄膜形成プロセスを用いて作成してもよいし、あるいは基板チャックに添付しても良い。実際の素子を作成するための露光用原版とほぼ同じ開口率を有する原版を用いて、基板の各ショットに露光を行ない、各ショットの露光中に該基板の各ショットに配置された歪ゲージＳＧの値を計測することにより、Ｘ方向の歪＝Ｘ方向倍率Ｍｘ、Ｙ方向の歪＝Ｙ方向倍率Ｍｙを算出することができる。また、原版のパターン配置の対称性からＸ方向倍率ＭｘとＹ方向倍率Ｍｙをほぼ同じとみなして良い場合には、基板の各ショットの中央にＸＹ方向単軸歪ゲージを配置して、露光中に計測された歪ゲージの値を計測することにより、歪＝ＸＹ方向倍率、すなわちＭｘｙ、を求めることもできる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施例について図８を用いて説明する。
【００３１】
露光装置において、特に、マスク等の原版の剛性が高く機械的に変形させて倍率補正をすることが難しいｉ線露光装置やＫｒＦエキシマ露光装置等の可視光や紫外光を用いた装置においては、いわゆる倍率玉と呼ばれている光学素子を用いて転写倍率を補正しており、ショットの露光開始前に、グローバルアライメント方式より得られる結果から基板の倍率を算出し、光学素子を面外方向へ移動させることで、倍率を基板の倍率に合うように変化させた後、ショットの露光を開始している。この光学素子は、面外方向へ移動させることで、収差を変えることなく、転写倍率のみを変化させることが可能な光学素子で、いわゆる倍率玉と呼ばれている。
【００３２】
そこで、このような構成をもった光学素子（倍率玉）を用いて、上述したと同様に、予め露光実験や計算によって、１ショット露光中に生じるウエハ等の基板の熱膨張等に基づく変形を算出し、この算出されたデータから基板の変形を打ち消すように、基板を保持する基板ステージを面内方向へ駆動させ、そして、光学素子（倍率玉）を面外方向に移動させて転写倍率を変化させるための補正テーブルを蓄積した補正手段を用いることにより、ショット露光中にステージ制御部を介して基板ステージを面内方向へ駆動することで、露光の熱膨張による基板のショット中心の並進をキャンセルするように作用させ、かつ、ショット露光中に光学素子（倍率玉）を面外方向に移動させて転写倍率を変化させることで、基板のショット中心を中心とした拡大をキャンセルするように作用させる。
【００３３】
図８において、いわゆる倍率玉と呼ばれる光学素子４２はかしめ等によってセル４３に機械的に接合され、セル４３はガイド４４に取り付けられており、光学素子４２およびセル４３は面内方向への移動は拘束され、面外方向のみの移動が許容されている。セル４３に添付したピエゾ素子４５でセル４３を面外方向へ加圧することによって、光学素子４２も面外方向へ駆動させ、露光倍率を変化させることができる。そして、１ショット露光中に、予め作成された補正手段１３の補正テーブルにしたがって光学素子４２の転写倍率を変化させる。これによって、前述した実施例と同様に、１ショット露光中の基板の熱膨張によって生じる基板のショット中心を中心としたＸおよびＹ方向への倍率変化をほぼゼロとすることができる。
【００３４】
次に上述した露光方法を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。
【００３５】
図９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）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した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）ではシリコンやガラス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、これが出荷（ステップ７）される。
【００３６】
図１０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）ではアライメント装置を有する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が形成される。
【００３７】
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デバイスを低コストに製造することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、ウエハ等の基板が露光中に熱膨張することによって生じる線幅精度の悪化を低減させることができる露光技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光方法の特徴を最もよく示す露光装置の概略的な構成図である。
【図２】本発明の露光方法を実施する露光装置におけるステージ制御部に関連した構成を示す概略的構成図である。
【図３】露光装置における原版チャックを示す模式的平面図である。
【図４】露光装置における原版チャックベースの裏面側に設けられた倍率補正機構を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】原版および基板上に設けられたアライメントパターンを示す平面図である。
【図６】本発明の補正手段の補正テーブルを予め実験によって得る手法を説明するための図面であり、ショット露光中の熱膨張の影響による基板のショットとそのアライメントパターンの変形状態を示す図面である。
【図７】本発明の補正手段の補正テーブルを予め実験によって得る他の手法を説明するための図面であり、基板の各ショットのほぼ中央に２軸歪ゲージを配した状態を示す図面である。
【図８】本発明の露光方法において、倍率補正機構として光学素子を用いた例を説明するための部分断面図である。
【図９】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】ウエハプロセスの詳細を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）は従来の露光装置の一般的な構成を概略的に示す図面であり、（ｂ）は原版を透過した露光光の強度分布を示し、（ｃ）はレジストに吸収されるエネルギーの分布を示す。
【図１２】（ａ）は同じく従来の露光装置の一般的な構成を概略的に示す図面であり、（ｂ）はステップアンドリピート露光の一例を示す。
【図１３】ショット露光中に基板が露光光を吸収して熱膨張する状態を説明する図面であり、（ａ）および（ｂ）はショット露光前およびショット露光直後のショットの大きさを示し、（ｃ）はショット中心Ｏの並進ｐとショットの中心Ｏを中心とする拡大（倍率変化）ｅの状態を示し、（ｄ）は露光時間中に基板上のレジストの吸収露光エネルギープロファイル（レジスト上の位置と吸収露光エネルギーの関係）が変化する状態を示す。
【符号の説明】
４ 原版（マスク）
５ 基板（ウエハ）
６ 原版チャック
７ 基板チャック
８ 基板ステージ
１０ 倍率補正機構
１１ 倍率補正制御部
１２ ステージ制御部
１３ 補正手段
１９ 支持手段
１９ａ、１９ｂ 支持部材
２０ 押圧手段
２０ａ、２０ｂ 押圧部材
３０ 原版チャックベース
３３ａ〜３３ｄ 倍率補正部材
４２ 光学素子（倍率玉）
４３ セル
４５ ピエゾ素子
Claims (11)
- 原版に形成されたパターンを基板に転写する露光方法において、
露光中に生じる基板上の被露光領域の並進量および拡大率を算出する算出工程と、
前記算出工程において算出された並進量に基づいて前記原版と前記基板とを相対的に移動させながら、かつ前記算出工程において算出された拡大率に基づいて前記パターンの転写倍率を変化させながら、前記パターンを基板上の被露光領域に転写する転写工程と、
を有することを特徴とする露光方法。 - 露光中に基板上の被露光領域に形成された複数のマークの位置を計測する計測工程を有し、前記算出工程は前記計測工程における計測結果に基づいて前記並進量および前記拡大率を算出することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
- 露光中に基板上の被露光領域の歪を計測する計測工程を有し、前記算出工程は前記計測工程における計測結果に基づいて前記拡大率を算出することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
- 前記転写工程において、前記原版を外力により変形させることにより前記転写倍率を変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の露光方法。
- 前記転写工程において、光学素子を移動させることにより前記転写倍率を変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の露光方法。
- 原版に形成されたパターンを基板に転写する露光装置において、
露光中に生じる基板上の被露光領域の並進量および拡大率を算出する算出手段と、
前記パターンを基板に転写する露光中に、前記算出手段により算出された並進量に基づいて、前記原版と前記基板とを相対的に移動させる第１の手段と、
前記パターンを基板に転写する露光中において、前記算出手段により算出された拡大率に基づいて、前記パターンの転写倍率を変化させる第２の手段と、
を有することを特徴とする露光装置。 - 露光中に基板上の被露光領域に形成された複数のマークの位置を計測する計測手段を有し、前記算出手段は前記計測手段による計測結果に基づいて前記並進量および前記拡大率を算出することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
- 露光中に基板上の被露光領域の歪を計測する計測手段を有し、前記算出手段は前記計測手段による計測結果に基づいて前記拡大率を算出することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
- 前記第２の手段は、前記転写倍率を変化させるための、前記原版を外力により変形させる機構を含むことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項記載の露光装置。
- 前記第２の手段は、前記転写倍率を変化させるための可動の光学素子を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項記載の露光装置。
- 請求項６ないし１０のいずれか１項記載の露光装置を用いて、原版に形成されたパターンを基板に転写する転写工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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