JP3984973B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

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。

従来、このような露光装置としては、ウエハ等の基板をステップ移動させながら基板上の複数の露光領域に原版のパターンを投影光学系を介して順次露光するステッパや、投影光学系に対し相対的にマスク等の原版と基板とを同期走査させて原版のパターンを基板上に露光する走査型の露光装置等が知られている。

また、近年、より高精度で微細なパターンの露光が行えるように、前記ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領域に高精度で微細なパターンの露光を行う、ステップ・アンド・スキャン型の露光装置が提案されている。この露光装置では、スリットにより制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみを使用しているため、より高精度且つ広画角な微細パターンの露光が可能となっている。

しかしながら、このようなステップ・アンド・スキャン型の露光装置等の高精細な露光を目的とする露光装置において、投影光学系の性能を十分に引き出し、真に露光精度を向上させるためには、さらに、原版と基板間の位置的整合性を向上させる必要がある。

そこで本発明の目的は、露光装置およびこれを用い得るデバイス製造方法において、原版と基板間の位置的整合性の向上を図るための新たな技術を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の露光装置は、原版のパターンの一部を投影光学系を介して基板に投影し、投影光学系に対し相対的に原版と基板を共に走査することにより原版のパターンを基板に露光する走査露光を、前記基板上の複数領域に対して、ステップ移動を介在させながら行うステップおよび走査型の露光装置であって、前記走査を行うために前記基板をその走査方向に移動させる第１のステージと、前記ステップ移動を行うために前記基板を前記走査方向に垂直な方向に移動させる第２のステージとを備え、前記第１ステージ上に前記基板を保持する前記第２ステージを配置し、前記原版を搭載して走査する原版ステージの走査方向に垂直な方向の駆動誤差を前記第２ステージの駆動により補正することを特徴とする。

また、本発明のデバイス製造方法は、前記の露光装置を用いて原版の回路パターンを基板に露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、同期走査を行うために基板をその走査方向に移動させる第１ステージ上に、ステップ移動を行うために基板を走査方向に垂直な方向に移動させる第２のステージを配置するようにし、第２ステージにより走査方向に垂直な方向の修正が行える。したがって、補正駆動のために大きな対象物を駆動する必要がなく、補正等の精度を向上させることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施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Ｘ・Ｙ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に対して、繰り返し行うためのステップ移動を介在させながら行うステップ・アンド・スキャン型の露光装置である。

レチクルステージ１はリニアモータ４によってＹ方向へ駆動し、Ｘ・Ｙステージ３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）で駆動させることにより行う。また、Ｘ方向へのステップ移動はＸステージ３ａにより行う。

Ｘ・Ｙステージ３は、ステージ定盤７上に設けられ、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。

図３は、ダンパ１１あるいは支柱１２、走査露光時の走査方向、投影光学系２および露光光間の、装置の上から見たときの位置的関係を示す。同図に示すように、ダンパ１１および支柱１２による鏡筒定盤９の３つの支持点は二等辺三角形を構成しており、その二等辺１４、１５が交わる点１６と重心とを結ぶ直線１７に対して走査方向Ｙは平行であり、かつその重心１８と投影光学系２の重心１９とはほぼ一致している。図３中の２０は、スリット状に成形された露光光の断面である。そのスリット形状の長手方向は走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）である。３つのダンパ１１のうち２つは装置の前部に位置し、残りの１つは装置の奥側に位置している。そして、装置へのウエハの搬入経路は、装置の前側より、装置前部に配置した２つの支柱１２の間を経て設定されている。

また、この露光装置は、鏡筒定盤９とステージ定盤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、それらのステージ定盤７上における３つの測定点Ｐは、図５に示すように、その測定方向にみれば、ダンパ８による定盤７の３つの支持点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在する。

あるいは、これら測定点における、予め測定されたＸ・Ｙステージ３の移動によるステージ定盤７の変形量を考慮して前記距離の測定を行うようにしてもよい。

この構成において、不図示の搬送手段により、装置前部の２つの支柱１２間の搬送経路を経てＸ・Ｙ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。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。

走査露光に際して、レチクルステージ１が移動するに従って、その重心の移動により鏡筒定盤９の傾きや変形状態が変化する。しかし、上述のように、鏡筒定盤９の支持点が二等辺三角形を構成し、直線１７に対して走査方向Ｙは平行であり、かつ二等辺三角形の重心と投影光学系２の重心とは一致しているため、レチクルステージ１の重心もほぼ直線１７上を通る。したがって、レチクルステージ１の移動による鏡筒定盤９の傾きは、Ｙ（Ｚ）方向に対するもののみとなり、Ｘ方向に対しては傾かない。また、鏡筒定盤９の変形量は直線１７について対称となる。したがって、この変形によっても露光光のスリット形状２０は走査方向に対し垂直であるため、Ｙ方向に傾いたとしても、例えば、単にウエハ位置をＺ方向に調整すれば、傾きの影響を排除することができる。これに対し、鏡筒定盤９がＸ方向に対して傾いた場合は、Ｘ方向にスリット形状２０が延びているため、傾きの影響を排除することは、非常に困難である。

また、鏡筒定盤９は３点で支持されているため、レチクルステージ１の位置、鏡筒定盤９各点の変形量、および各支持点の位置間の関係は一義的に決まるため、４点支持に比べ、変形に対する再現性が良い。したがって、レチクルステージ１の移動に伴う鏡筒定盤９の変形を考慮したり、補正したりする場合は、これらを高精度で行うことができる。例えば、図１に示すように、投影光学系２のフォーカス位置にウエハが位置しているか否かは、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行うことができるが、その際、鏡筒定盤９の正確な変形量を考慮してフォーカス位置を正確に検出することができる。また、ウエハのＸ、Ｙ、θ方向の位置を検出するためのレーザ干渉計２３による測定も同様に鏡筒定盤９の変形量を考慮して精確に行うことができる。

また、走査露光やステップ移動において、レチクルステージ１やＸ・Ｙステージ３の移動に伴い鏡筒定盤９やステージ定盤７が傾くため、これを補正する必要がある。このために、距離測定手段１３により、鏡筒定盤９とステージ定盤７との間の距離を双方の３つの支持点の近傍において測定する。このときのステージ定盤７上における測定点は、その測定方向にみれば、３つの支持点が構成する三角形の各頂点とそれに隣接する辺の中点とを通る直線上に存在する。これらの測定点においては、レチクルステージ１やＸ・Ｙステージ３の移動に伴う変形量が無視し得る程度であるため、変形量を考慮することなく、測定を行うことができる。

一方、測定点における変形量が、無視できない程度であれば、あらかじめ、その変形量をレチクルステージ１やＸ・Ｙステージ３の位置に対応させて測定しておき、その変形量を考慮することにより、鏡筒定盤９とステージ定盤７との間の正確な距離を測定することができる。この場合、上述のように、３点支持であるため、変形量の再現性が良く、変形量を精確に反映することができる。

図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれステップ移動および走査露光におけるＸステージ３ａおよびＹステージ３ｂの移動速度の時間的変化の一例を示すグラフである。Ｙステージの加速を開始すると、Ｙステージは０．０５１秒の加速期間および０．０５秒の整定時間を経た後、１００ｍｍ／秒の一定速度で０．３７５秒間移動する。この一定速度の移動期間において露光を行う。この露光期間の後、Ｙステージを減速させるとともにＸステージの加速を開始し、ステップ移動を行う。ステップ移動が終了したら、再度Ｙステージの加速を同様にして開始する。このようにして、ＸおよびＹステージの移動を繰り返して、複数の露光領域に対してレチクルのパターンを順次走査露光してゆく。

Ｘステージの重量を３０ｋｇ、Ｙステージの重量を６０ｋｇとし、図４に示すような加減速を行うものとする。そしてそのときのＸおよびＹステージの最高加速度が０．２Ｇ、最高スキャン速度が１００ｍｍ／秒、最高ステップ速度が３５０ｍｍ／秒、整定時間が０．１５秒、露光の画角（各露光領域における露光範囲の大きさ）が３２．５×２５ｍｍ、スキャン距離が３７．５（３２．５＋５）ｍｍ、ＸおよびＹステージを駆動するリニアモータの推力定数が２０Ｎ／Ａとすれば、スキャン時およびステップ時のそれぞれにおける加減速時の各デューティＤy およびＤx は

であり、ＹステージおよびＸステージにおける各発熱量Ｑ_１ｙおよびＱ_１ｘは、

となり、発熱量の合計は２４．１２［ｗ］である。一方、仮に、Ｘステージを走査方向に駆動させ、Ｙステージでステップ移動を行うとし、その他の点については、上述と同様であるとすれば、そのときのＸおよびＹ各ステージにおける発熱量Ｑ_２ｙおよびＱ_２ｘは、

であり、発熱量の合計は、３５．１４［ｗ］となる。したがって、重い下側のＹステージをデューティの少ないスキャン動作に使用することにより、発熱量を抑えることができる。また、このように、軽い上側のＸステージの駆動方向を走査方向と直交する方向とし、そのＸステージにより、レチクルステージ１における走査方向に垂直な成分の駆動誤差の補正やオフセットへの追込み駆動を行うことにより、これら補正等の精度を向上させることができる。したがって、レチクルステージ１を走査方向のみの１軸方向の駆動手段のみで構成することも可能となる。

次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。

図６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。

図７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。

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。

本発明の一実施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る。 図１の露光装置の外観を示す斜視図である。 図１の装置のダンパあるいは支柱、走査露光時の走査方向、投影光学系および露光光間の、装置の上から見たときの位置的関係を示す図である。 図１の装置におけるステップ移動および走査露光でのＸステージおよびＹステージの移動速度の時間的変化の一例を示すグラフである。 図１の装置におけるステージ定盤の支持点とステージ定盤の測定点との位置関係を示す図である。 微小デバイスの製造の流れを示す図である。 図６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：レチクルステージ、２：投影光学系、３：Ｘ・Ｙステージ、４：リニアモータ、３ａ：Ｘステージ、３ｂ：Ｙステージ、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：レーザ干渉計。

Claims (2)

1. 原版のパターンの一部を投影光学系を介して基板に投影し、投影光学系に対し相対的に原版と基板を共に走査することにより原版のパターンを基板に露光する走査露光を、前記基板上の複数領域に対して、ステップ移動を介在させながら行うステップおよび走査型の露光装置であって、
   前記走査を行うために前記基板をその走査方向に移動させる第１のステージと、前記ステップ移動を行うために前記基板を前記走査方向に垂直な方向に移動させる第２のステージとを備え、前記第１ステージ上に前記基板を保持する前記第２ステージを配置し、前記原版を搭載して走査する原版ステージの走査方向に垂直な方向の駆動誤差を前記第２ステージの駆動により補正することを特徴とする露光装置。
2. 請求項１に記載される露光装置を用いて原版の回路パターンを基板に露光する工程と、前記露光された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。

Images