JPH0215614A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、集積回路製造用の縮小投影露光装置等のよ
うに、露光対象を非常に高精度に位置決めして露光を行
う場合に好適な露光装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来の集積回路製造用の露光装置においては、サーボ機
構を備えた２次元可動のステージ上にウェハをｌ１Ｂｉ
ｆし、ステージと照射光束を相対的に移動させ、レーザ
干渉計などの位置検出手段によってステージの相対移動
による位置を検出し、被露光領域と照射光束を所定の位
置関係に位置決めしている。そして、位置決めした位置
でサーボロックし、位置決め目標位置に対する偏位距離
が所定の許容範囲以内となってから露光を行う方式が採
用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記のような露光装置において、露光時間中に
サーボをかけ続けていても、厳密にはステーラはＸ　−
Ｙ　！ＮＩともに揺れている。従来、このような露光装
置の光源としては、一般的に水銀（Ｈｇ）ランプが用い
られていたが、水銀ランプは連続発光の光源であるため
、露光開始後に被露光領域と光束の位置関係が許容範囲
以上に変化しても、そのまま露光が続行され、露光パタ
ーンの解像力が著しく低下するという問題点があった。

ここで、従来の露光方法を第６図によって説明する。図
において、（ａ）はｘ　＠ｂ力方向サーボ状態を表わす
グラフ、（ｂ）はｙ軸方向のサーボ状態を表わすグラフ
、（Ｃ）　はシャッターによる露光タイミングを示すグ
ラフであるが、上記（ａ）　、　　（ｂ）及び（Ｃ）　
ともに互いに関連するので、第６図として相関する形式
で示している。図中、横軸はいずれも時間を、縦軸は（
ａ）はｘｆ１１１方向の変位距離、（ｂ）はｙ４ｉＴｏ
方向の変位距離であり、０目盛が所定の位置決め目標位
置（露光位置）を示している。

なお、Ｔｏはサーボ確認時間、ＴＩはシャッタ間時間で
ある。即ち、サーボ確認をＴ。時間で行った後、Ｔ１時
間シャッタを開いて（図（ｃ）中、斜線部）露光を行う
ものである。第６図（ａ）及び（ｂ）に示されるように
、サーボ中のｘ、ｙ軸方向のステージのふらつきは完全
には除去できておらす、ステージの位置が微妙に変動し
ている状態で露光が行われている。

また、近年かかる露光装置の光源としては、エキシマレ
ーザ等パルス性光源も用いられるに至っているが、所定
の露光量を確保するには通常１つの露光領域に対して、
複数パルスの露光がなされるので、この場合もステージ
のサーボゆらきに起因するステージ停止の安定性の不良
は、微細な回路形成の大きな障害となる。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、照
明対象と照明光束が非常に高精度に位置決めされた状態
で露光を行うことのできる露光装置を提供することを目
的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 木発明では、移動手段によって露光対象と照射光束を所
定の位置関係に位置決めする際、移動手段の位置決め目
標位置に対して第１の許容範囲を設定し、位置検出手段
からの位置情報が前記第１の許容範囲内になるように第
１制御手段によって移動手段をサーボ駆動するとともに
、前記位置情報が前記第１許容範囲内であって、かつ第
１許容範囲よりも狭い第２の許容範囲内になっていると
ぎ、第２制御手段によって光束射出手段を制御して、パ
ルス性の照明光束を射出させることによって上記の課題
を達成している。

［作　用］ 木発明においては、露光対象を保持するステージと照明
光束を相対的に移動させて、所定の位置関係に位置決め
する際、サーボ追込み範囲を発光トリガ可能範囲より大
きく設定している。即ち、サーボ範囲自体を極端に狭く
設定すると、サーボ系が機械的な応答遅れやステージの
質量等によってハンチングを起こし、設定範囲内にＸ−
Ｙ両軸とも入ることがほとんど起こらなくなってしまう
が、本発明では位置決め目標位置に対してステージが最
も早く追込まれるのに適した範囲をサーボ範囲としてい
るので、Ｘ−Ｙ両軸とも速やかにサーボ範囲内に収束す
る。

ステージは、収束後も位置決め目標位置を中心としてサ
ーボ範囲内で微妙に揺れているわけであるが、安定した
サーボが行われており、変位距離は僅かであるので、サ
ーボ範囲より狭く設定した発光トリガ可能範囲（例えば
干渉計の最小分解能以内）にＸ−Ｙ両軸とも入る確率が
高くなっている。そして、本発明では、この発光トリガ
範囲内にＸ−Ｙ両軸とも入ったときに、パルス光を射出
することにより、極めて高精度に位置決めされた状態で
露光を行うことが可能となり、ステージの揺れによる解
像力の低下や、重ね合せ精度の低下を実質上完全に防止
することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すステップ・アンド・
リピート方式の投影露光装置の説明図である。光源には
パルス光源としてエキシマレーザを用いている。この光
源の特徴はパルス光（発光時間は約１０　ｎ５ｅｃ）で
波長の短い遠紫外光（ＵＶ）が得られることである。

第１図において、主光学系は投影レンズ１でレチクル２
のパターンの像をウェハ３に投影するものである。照明
光源としてのエキシマレーザ１４から出射したレーザ光
は、２個のミラーを介してエキスパンダー１５で構成さ
れるレンズ系に入射する。エキスパンダー１５は集光レ
ンズ１５ａのほかに、光量分布を均一にする光学系（オ
プチカルインテグレータやスペックル低減素子等）を内
蔵しており、集光されたレーザビームがレチクル２を照
射する。

また、ウェハ３はｘ−ｙ方向に移動するステージ４の上
に載置固定されている。ステージ４に取付けられた移動
鏡５と投影レンズ１に取付けられた固定鏡５ａとミラー
及びハーフミラ−６及び検出器７で構成される干渉計で
位置検出手段を形成している。この干渉計は０．Ｏ１μ
ｍ程度の分解能でステージ位置をモニタすることが可能
である。ステージ４は、Ｘ軸方向のサーボモータ８とネ
ジ９とＹ軸方向のサーボ千−夕とネジ（図示せず）によ
ってｘ−Ｙ方向に移動可能となっており、サーボモータ
を用いた移動手段が形成されている。

ｌＯはこの移動手段のための制御系であり、干渉計の位
置計測用のデジタルカウンタや、位置決め目標に対する
偏位距離が第１の許容範囲内となるようにサーボ駆動す
る第１制御手段１０ａ、偏位距淵が第２許容範囲内にな
っているとき、後述するＣＰＵ、トリガーユニットを介
して光源からパルス光を射出させる第２制御手段１０ｂ
を含んでいる。

１２はアライメント系で、レチクル２とウェハ３にあら
かじめ形成されているアライメントマークを検出し、そ
の位置ずれ量を求める系であり、アライメントマーク検
出のための光学系と位置ずれ４算用の電気系などが含ま
れている。１１はシステム制副系（ｃｐｕ）で各種の命
令を各ユニット系に与えてその動作の確認を行う。なお
、１３はＣＰＵＩＩ及びアライメント系の指令によりエ
キシマレーザ１４に発光動作を行わせるトリガーユニッ
トである。

本発明では、水銀ランプのような連続発光の光源ではな
く、エキシマレーザ等のパルス光源を使用しており、発
光時間が１０ｎｓｅｃ程度と短いので、極めて高精度に
位置決めされたときだけ、パルス光を出射することが可
能である。このパルス光の利点を応用して、パルス光源
の発光のタイミングに工夫をこらすことにより、高精度
の位置決めを実現する方法について第２図を用いて説明
する。第２図（ａ）はＸ軸方向のサーボ状態を表わすグ
ラフ、第２図（ｂ）はＸ軸方向のサーボ状態を表わすグ
ラフであり、いずれも第６図（ａ）　、　（ｂ）と同様
のものである。第２図（Ｃ）は従来法に基づいてサーボ
確認を１０時間で行った後、一定の周波数でパルス光源
の発光トリガをかけることを表わしたものであり、この
間Ｘ軸、ｙ軸ともサーボ範囲Ｓｏ内でステージが変位し
ており、解像力の低下、露光位置ずれが生じている。こ
れに対し、第２図（ｄ）は本発明によるパルス光源の発
光トリガのタイミングを示す図であり、Ｘ軸、ｙＩＩ！
ｌＩＩとも位置信号が０のと各（目標位置のとき）のみ
発光トリガをかけるものであり、解像力の低下や、露光
位置ずれは全く生しない。

次に、第３図により本発明における露光制御の流れを説
明する。第３図は、ある１つのチップに対する露光制御
のフローチャートを示している。

まず、ステップ１００で露光に先たち、露光量制御、照
明状態制御の初期化を行う。光源がパルス発光型光源の
場合、１パルスごとの光量がばらつくため、特別の露光
量制御（必要なパルス数と、各パルス毎の光■管理等）
を行わないと適正露光量を得ることが難しい。そのため
の光量制御°部の初期化をここで行う。また、光量がエ
キシマレーザのように可干渉性をもつ光を発光する場合
、レチクル面上に干渉縞が発生してしまい、十分な照度
−様性が得られない。そこで、特別の照明状態制御（オ
プチカルインテグレータに入射するヒムの偏向角可変等
）を必要とする。そのための照明状態制御の初期化も合
せてステップ１００で行う。

次にステージの位置決めが干渉語の最小分解能てもって
ｘ、ｙ両軸とも露光位置に一致しているかをモニターし
くステップ１０２）、一致していればステップ１０４に
進み、一致していなければステップ１１０に進む。そし
て、ステップ１１０では、レーザの繰返し最高周波数を
ｆとして、△ｔ＝１／ｆ時間だけ待機し、その後（即ち
、発振可能状態となったとぎ）再度ステップ１０２に進
む。

さて、ステップ１０４では、そのショットで必要とされ
る露光量制御、照明状態制御が適当か否かを確認し、Ｏ
Ｋならステップ１０６にて発光トリ力をかけ、ＯＫでな
い場合は前述したステップ１１０に進む。ステップ１０
８では、第１図では不図示の光量インテグレータによる
積算光量が適正露光量か否かを判断し、ここで適正露光
量が得られていればステップ１１２により、このチップ
の露光を終了し、ステージを８動させて次のチップの露
光に進む。また、適正露光量に満たない場合は、ステッ
プ１１０に進み、Δを時間待機後、ステップ１０２から
前述したと同様の動作を繰り返す。

以上、第３図によるフローチャートに従えば、露光量制
御、干渉縞低減のための照明状態制御と両立させつつ、
高精度の位置決めによる露光が可能となる。

続いて、第４図によってサーボ状態と露光タイミングに
ついてさらに詳細に説明する。第４図はＸ軸方向にウェ
ハステージをステッピングさせた場合を示しＣおり、（
従軸は干渉計のカウント値（１カウントか０，０１μｍ
に対応）、横軸は時間である。信号Ｓ、、ＳＸはそれぞ
れｙ１千ｄ＋および大千山方向の干渉計のカウント値が
±ｌｌカラン・以内である期間を示しており、信号Ｔ＠
（Ｓ、、Ｓ、の論理積）は両軸とも±１カウント以内で
ある期間、即ら、発光トリガ可能期間を示している。

この実施例ては、サーホ範囲は両軸とも±３カウントと
設定しており、この範囲ではサーボ系はハンチングを起
こしたすせず、ステッピングしたｘ　１Ｐｔｂ方向も速
やかに±３３カウント内に収束し、安定したサーボが行
われる。このため、両軸とも±１カウント以内に入るこ
とが多くなり、即ち、発光可能な期間か長くなって、は
とんどスループットを落とすことなく、干渉計の最小分
解能に近い精度で目標位置と一致した状態での露光が可
能となる。

次に、本実施例におけるサーボと発光トリガの制御を第
５図のブロック図によって説明する。まず、ｘ−ｙ釉そ
れぞれについて、現時点での干渉計のカウンタ７Ｘ、７
Ｙのカウント値と目標位置のカウンタ５０Ｘ、５０Ｙの
各カウント値が比較器（減算）５１Ｘ、５１Ｙで比較さ
れ、現在値と目標値との差がそれぞれの袖のステージサ
ーボ系５３Ｘ、５３Ｙに偏差信号として送られる。この
ステージサーボ系５３Ｘ、５３Ｙには、設定部５５Ｘ、
５５Ｙからサーホ追込み範囲（±３カウント）が設定さ
れており、前記比較器５１ｘ。

５１Ｙからの値とこの設定値から、＠適駆動信号がステ
ージサーボ系５３Ｘ、５３Ｙから出力される。コノ駆ｒ
ＭＪ信号はＤＡＣ５７Ｘ、５７Ｙでデジタル−アナログ
変換され、サーボアンプ５９Ｘ、５９Ｙで増幅されて、
サーボモータ８Ｘ、８Ｙに伝達され、サーボモータ８Ｘ
、８Ｙのそれぞれを制御する。また、このサーボモータ
８Ｘ、８ＹＩ、：はタコゼネレータ（ＴＧ）６１Ｘ６１
Ｙが直結されており、モータ８Ｘ、８Ｙの回転数から得
られる速度信号をステージサーボ系５３Ｘ、５３Ｙに送
って、サーボモータの動作を制御している。

一方、前述した比較器５１Ｘ、５１Ｙからの偏差信号は
、それぞれトリ力範囲設定値（±１カウント）を設定す
る設定部６３からの情報が人力されているＸ−Ｙ申出そ
れぞれのＡＮＤ回路６４Ｘ６４Ｙにも送られ、ここでＸ
￥山、ＹＩＩｉＩｂのそれぞれのトリガ可能範囲を検出
する。ここからの信号はさらに、もう１つのＡＮＤ回路
６６に伝達される。即ち、このＡＮＤ回路６６の出力信
号が、第４図中のＴｅ（Ｓ、とＳＸの論理積）てあり、
Ｔｅがｒ　）（」のとき、発光トリガをかけるようにす
れば、現在値と目標値の差がＸ−Ｙ両軸とも±１カウン
ト（干渉計最小分解能）以内となっているときにパルス
光か射出されることになり、非常に高精度に位置決めさ
れた状態での露光が達成される。この信号Ｔｅの状態は
、第３図中のステップ１０２で判断される。

なお、以上の説明では、ステージのＸ、ｙ両軸干渉計の
値が最小分解能でもって目標値と一致した時、エキシマ
レーザの発光トリガをかける場合について述へたが、こ
の外にも例えはアライメント系のアライメント合致信号
に同期してトリガをかけるようにすることもできる。

また、上記の説明では主にステージを移動させる場合に
ついて述べたが、第１図において、レチクル２のステー
ジ（不図示）の位置を干渉計１６でモニターし、ウェハ
３とレチクル２のファインアライメント時にレチクル２
を微動させる方式の装置においても、本発明は同様に適
用できる。その場合、ウェハおよびレチクルを保持する
２つのステージのサーボはそれぞれ目標値に対して行い
、トリガ可能範囲は２つのステージの現在値の差に対し
て設定しても良いし、制御全体を２つのステージの位置
信号の差を取って行うようにしてもよい。

さらに、実施例ではエキシマレーザを光源とする投影縮
小露光装置について説明したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、露光対象と光束を所定の関係に位置
決めして、複数のパルス光を照射する装置であれば同様
に適用できるものである。即ち、プラズマＸ線源のよう
なパルス性の軟Ｘ線を用いたＸ線露光装置にも同様に実
施できるとともに、フォトレジストを感光させて回路を
形成するような場合に限らず、レーザ光を用いて、切断
や穴開は等精密加工を行う装置や、さらには半導体のレ
ーサアニーリングを行う装置等においても通用すること
かできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、サーボ追込みか速やかに
行われる範囲をサーボ範囲として設定して、安定したサ
ーボを行いながら、Ｘ−Ｙ軸ともサーボ範囲よりさらに
狭い許容範囲に入ったとき（位置検出手段の最小分解能
で目標値と一致したとき）発光トリガをかけるようにし
ているので、極めて高精度に位置決めされた状態で露光
を行うことができる。このため、露光対象を保持するス
テージの微妙な揺れによる解像力の低下を実質的に完全
に防ぐことができるとともに、配列精度や重ね合わせ精
度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる露光装置全体の構成図
、第２図は従来および本発明の露光方法の説明図、第３
図は本発明にょるｌチップの露光方法を示すフローチャ
ート、第４図は本発明におけるサーボ状態の説明図、第
５図は本発明におけるサーボおよび発光トリガの制御を
説明するブロック図、第６図は従来の露光方式の説明図
ある。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・投影レンズ ２・・・レチクル ３・・・ウェハ ４・・・Ｘ−Ｙステージ １０・・・移動手段Ｆｌｉ制御系 １・・・システム＄制御系 １２・・・アライメント系 １３・・・エキシマレーサトリガ １４・・・エキシマレーザ ユニット 代理人　弁理士　佐　偵　正　年 第Ｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 露光対象を保持するステージと、前記露光対象をパルス
   性の照明光束で露光するための光束射出手段と、前記露
   光対象と前記照明光束とを所定位置関係に位置決めする
   ために前記ステージと前記照明光束とを相対的に移動さ
   せる移動手段と、該相対移動による位置を検出する位置
   検出手段とを備えた露光装置において、 前記移動手段の位置決め目標位置に対して 第１の許容範囲を設定し、前記位置検出手段からの位置
   情報が前記第１の許容範囲内になるように前記移動手段
   をサーボ駆動する第１制御手段と、前記位置情報が前記
   第１許容範囲内であって、かつ前記第１許容範囲よりも
   狭い第２の許容範囲内になっているとき、前記光束射出
   手段を制御して、前記パルス性の照明光束を射出させる
   第２制御手段とを備えたことを特徴とする露光装置。