JPH1145850A - 投影露光装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 除振装置に搭載された投影露光装置におい
て、その除振装置の機能を損ねることなく、その投影露
光装置の露光精度の向上を図る。 【解決手段】 投影光学系と、基板を搭載して該投影光
学系の光軸に垂直な方向に移動可能な基板ステージと、
該投影光学系および基板ステージを支持する本体構造体
と、該本体構造体を支持するとともに該本体構造体の床
からの振動を除振するための除振装置とを具備する投影
露光装置において、前記除振装置および前記ステージか
ら前記本体構造体に作用する力を計測し、該計測結果に
基づいて前記基板のアライメント計測値および／または
ステージの位置決めに補正をかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原版上の回路パタ
ーンを所定波長の照明光で照明し、投影光学系を介して
基板上に投影露光する投影露光装置および方法に関し、
特に投影露光装置本体を除振装置に搭載してなる投影露
光装置およびそれを用いた投影露光方法に関する。

【０００２】本発明は、例えば、ＩＣやＬＳＩ等の半導
体素子を製造する際に、レチクル面上の電子回路パター
ンを投影光学系を介し、ウエハ面上に順にステップアン
ドリピートして投影露光する露光装置 (いわゆるステッ
パ) や、同様に、レチクル面上の電子回路パターンを投
影光学系を介し、ウエハ面上に順にステップアンドスキ
ャンして投影露光する露光装置 (いわゆるスキャナ) に
おいて、本体の除振に空気バネを用いた場合に、圧力変
動により本体構造体が変形しても、それによるアライメ
ント誤差およびショットの位置決め誤差をリアルタイム
で算出して補正を行ない、圧力変動による本体構造体変
形に左右されにくい半導体製造用の露光装置として、特
に好適に具体化される。

【０００３】

【従来の技術】近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回路
のパターンが微細化するのに伴い、投影露光装置には、
像性能、重ね合わせ精度、およびスループットの更なる
向上が求められている。重ね合わせ精度に関しては、ウ
エハ内のショット配列のグローバル成分と、ショット内
の成分に大別できる。前者は一般的に、ウエハシフト、
ウエハ倍率、ウエハローテーション、および直交度等の
成分に細分化できる。後者は一般的に、ショット (チッ
プ) 倍率、ショット (チップ) ディストーション、およ
びショット（チップ）ローテーション等の成分に細分化
できる。これら一連の誤差の中でも、近年、装置性能の
向上により、本体構造体の変形によって生ずる誤差成分
が次第に顕在化してきた。

【０００４】構造体変形によって生ずる誤差成分は、主
に、ウエハ内のショット配列のグローバル成分であり、
ウエハステージやレチクルステージが移動する度に再現
する静的な成分と、熱、あるいはウエハステージステッ
プまたはレチクルステージステップによる反力や振動等
による再現しにくい動的な成分とに分けられる。

【０００５】特に、振動や反力等の力学的な外乱の対策
として、従来から、本体構造体の高剛性化が計られてき
た。つまり、構造体に多少の外力が加わっても変形しな
いような構造、または固有振動数を上げて外乱振動に追
従してしまわないような構造である。しかし、本体の剛
性を上げれば上げるほど、それに伴って本体の重量も増
えてしまい、軽量化と剛性アップを同時に満たす設計が
困難になってきた。仮に、本体の高剛性化のみを考慮し
て製品化された場合は、本体の重量が極端に増加してし
まい、装置の搬出、搬入、および設置等の面で非常に取
り扱いにくい製品になってしまうことが容易に予想され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本体変形の要因として
は、ステージステップ反力による直接的な変形以外に、
ステージステップ反力によって生じた本体振動による変
形が大きな成分を占める、ということが近年明らかにな
ってきた。つまり、本体振動に同期した除振装置の支持
力が変動することによって本体構造体が変形し、アライ
メント計測データや焼きデータ等に無視できない影響を
与えると言うことである。

【０００７】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、除振装置に搭載された投影露光
装置において、その除振装置の機能を損ねることなく、
その投影露光装置の露光精度の向上を図ることを目的と
する。

【０００８】

【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、投影光学系と、基板を搭載して該投影
光学系の光軸に垂直な方向に移動可能な基板ステージ
と、該投影光学系および基板ステージを支持する本体構
造体と、該本体構造体を支持するとともに床からの振動
を除振するための除振装置とを具備する投影露光装置に
おいて、実際の露光に際し、前記基板ステージに搭載さ
れた基板を所定の複数のショット位置に順次移動すべく
該基板ステージを位置決めする際、前記除振装置から前
記本体構造体に作用する力を計測し、該計測結果に基づ
いて前記基板のアライメント誤差および／またはステー
ジの位置決めに補正をかける。そして、基板ステージを
基板の各ショット位置に位置決め後、原版上の回路パタ
ーンを所定波長の照明光で照明し、該基板ステージ上の
基板上に前記投影光学系を介して投影露光する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態では、除振装
置の機能を損ねることなく、これが及ぼす本体変形に的
を絞り、構造体に変形が発生してもそれを計測し、その
結果に基づいて的確な補正をし、これにより、除振装置
の支持力変動の影響を受けない、高い重ね合わせ精度を
実現している。

【００１０】すなわち、本実施の形態では、除振装置が
及ぼす本体変形に的を絞り、除振装置が構造体に加える
力が計測できるようなセンサを取り付け、その作用力を
計測する。そして、その作用力を常にモニタし、あらか
じめ、実験、数値シミュレーションで作用力変化とアラ
イメント誤差、ステージ格子誤差の関係を把握しておく
ことにより、その関係式に基づいて常にアライメント計
測センサやステージ位置計測センサの計測値に補正をか
けることを特徴としている。力が計測できるようなセン
サとは、除振装置がアクチュエータとして空気バネを用
いる場合は、圧力計であったり、ロードセルであったり
する。

【００１１】

【作用】上記のような手段を用いることにより、除振装
置が本体構造体に与える力を計測し、それが及ぼすアラ
イメント誤差、ステージ格子誤差を予測することが可能
になるため、除振装置の機能を損ねることなく構造体変
形に左右されない精度の高い重ね合わせを維持できるよ
うになる。また、ステージの移動速度が増すと、除振装
置が本体に加える力も増すが、本実施の形態では常にこ
の力をモニタし、誤差成分を予測できるため、重ね合わ
せ精度を維持したまま、スループットの向上を図ること
もできる。さらに、本手段を用いることにより、構造体
に要求される性能が、高剛性という観点よりも、再現性
が良いという観点に重点が置かれることになり、必要以
上の重量アップを防ぐことが出来るようになる。

【００１２】

【実施例】

(第１の実施例)以下、本発明の第１の実施例について図
を用いて説明する。まず、本発明の実施例が適用される
投影露光装置（ステッパ）について、その主要部を図１
を用いて説明する。同図において、１は照明系であり、
Ｃｒ蒸着された回路パターンが形成されているレチクル
２を照明している。照明系１は不図示の超高圧水銀ラン
プもしくはエキシマレーザ、シャッタ、照明光学系等か
ら構成されている。３は不図示のレチクルステージを搭
載している基盤であり、レチクル２はレチクルステージ
基盤３に設けられたマークを基準にして、レチクルステ
ージの駆動機構により位置決めされている。そして、そ
の位置決め計測値は、装置全体のコントロールを司るコ
ンソールユニット１６にストアされる。

【００１３】６は照明系１によるレチクルの回路パター
ン像をウエハ１８に投影する投影レンズであり、７は投
影レンズ６の気圧および露光による結像性能変化を補正
する為の周知のレンズ駆動ユニットである。８は投影レ
ンズ６、アライメント計測系、レチクルステージおよび
ウエハステージ等の主要ユニットが搭載されている本体
構造体の一部を表現したものであり、この本体構造体８
は不図示の除振装置に支えられている。４はオフアクシ
スでＴＴＬ(Through The Lens)方式によりウエハアライ
メント計測するためのプローブ光を折り曲げるためのミ
ラーであり、５はその計測系である。計測系５から照射
されたアライメント光は、ミラー４により９０°に折り
曲げられて投影レンズ６に入射し、ウエハ１８上のアラ
イメントマークを照明し、その反射光が逆の光路を通
り、再びアライメント計測系５に再入射し、不図示の基
準マークとの相対変位を計測することにより、アライメ
ント計測する。

【００１４】投光器１０および受光器１１は周知のフォ
ーカス、ウエハチルト検出器を構成し、投光器１０より
ウエハ１８の表面に低角度で光ビームを照射し、その反
射光を受光器１１で光電検出することにより、投影レン
ズ６のフォーカス位置とウエハ１８の傾きを検出する。
そして、この検出器を用いて、ショット毎、あるいはウ
エハ毎に、後述するウエハステージのフォーカス、チル
ト駆動機能を用いて、ウエハのｚ方向の位置合わせがな
される。

【００１５】１２はウエハ１８をバキュームチャックす
るウエハチャック、１３はチルト、θｚ方向に粗、微動
可能なθｚチルトステージ、１５はｘ、ｙ方向に粗、微
動可能なｘｙステージであり、ウエハステージはチルト
ステージ１３とｘｙステージ１５により構成されてい
る。そして、その位置はチルトステージに取り付けられ
たレーザ干渉計バーミラー１７およびレーザ干渉計１４
によって常にモニタされている。これら主要ユニットを
含め、露光装置全体のコントロールはコンソールユニッ
ト１６が司っている。以上が本発明の実施例が適用され
る投影露光装置の概要である。

【００１６】次に、本発明の第１の実施例について、具
体的に説明していく。図２は、本体構造体がウエハステ
ージがステップしたことにより変形している様子を示
す。この図では、ステッパの構造体変形に関与する主な
ユニットや部材を強調して示すため、照明系、レチクル
ステージおよびアライメント計測系等は図示していな
い。

【００１７】同図において、６は投影レンズ、２０は投
影レンズ６と本体構造体８を接合する部材、１４は支柱
に取り付けられたレーザ干渉計、１８はウエハ、１２は
ウエハチャック、１７はバーミラー、１３はθｚチルト
ステージ、１５はｘｙステージ、２５はステージ定盤、
２１、２２は床からの振動を除振するための除振装置(
以下、マウントという）である。マウントは図では２台
示しているのみであるが、通常４台もしくは３台で本体
を支持している。本実施例のマウントは圧縮空気をエネ
ルギー源として、空気バネアクチュエータの内圧を、本
体の加速度等でフィードバック制御することにより、除
振機能を実現している。２３はマウント２１、２２を介
し、本体を搭載する本体支持板である。

【００１８】この図を用いて、ウエハステージがステッ
プした場合の本体構造体８が変形するメカニズムを説明
する。ウエハステージがｘ方向にステップすると、加
速、減速の反力が本体構造体８に加わり、本体が変形
し、かつ振動する。すると、本体構造体８が水平方向に
引っ張られたり、圧縮されたり、曲げられたりして、本
体構造体８に静的、動的な変形が図２のように生じるこ
とになる。

【００１９】以上のように、マウント圧力変動によって
構造体に変形が生ずると、装置性能に大きな影響を与え
ることになる。つまり、構造体には投影レンズ、レーザ
干渉計が直接取り付けられているため、図２のように本
体構造体８が変形すると、投影レンズ６の光軸と干渉計
１４の光軸の相対距離が変化する。一方、ウエハステー
ジは位置サーボがかかっているので、常に目標位置に位
置決めされる。従って、レーザ干渉計の計測自体は正し
いにも関わらず、投影レンズ光軸と干渉計光軸の相対距
離が変化したり、投影レンズ光軸とアライメント計測計
の相対距離が変化することにより位置誤差の生じている
状態でアライメント計測や露光がなされてしまうのであ
る。投影レンズ光軸と干渉計光軸の相対距離が変化する
ことで生ずる問題としては、ウエハステージが干渉計計
測値に従って形作る格子模様、すなわちステージ格子の
変動が挙げられる。例えば、グローバルアライメント時
のステージ格子と、その後のステップアンドリピート時
のステージ格子が異なる場合、あるいはレイヤ毎にステ
ージ格子が異なってしまうような場合である。このよう
な場合、それまでのレイヤで焼き付けられてきたショッ
ト配置と異なる位置にショットが焼き付けられるため、
装置としての重ね合わせ精度が低下する。

【００２０】そこで、本実施例では、マウントが本体構
造体に加える作用力とステージステップによる作用力
（本実施例では圧力であるが）をリアルタイムで計測
し、その計測値に基づいて、予め実験や数値シミュレー
ション等で圧力−ステージ位置誤差、圧力−アライメン
ト計測誤差の関係を把握しておくことにより、リアルタ
イムでステージ格子、アライメント精度の誤差を補正す
るというものである。

【００２１】本実施例では、まず、１ｓｔレイヤ露光の
段階で、本発明に係る誤差推定手法により、マウント圧
力変動に影響されないショット配列を得ることが出来
る。次に、２ｎｄレイヤ以降の露光動作では、グローバ
ルアライメント計測の際、同様の誤差推定手法によりア
ライメント計測値を補正する。そして、その補正値から
通常の統計処理を施し、各ショットの目標座標が計算さ
れる。次に、各ショットへの移動はこの座標に基づいて
行なわれるが、位置決めの際にも本体に作用する力を計
測することにより、本誤差推定手法により常に各ショッ
ト位置の補正量を計算し、それに補正をかける。このよ
うに、１ｓｔレイヤの各ショット位置決めの段階、２ｎ
ｄレイヤ以降のグローバルアライメント計測の段階と、
各ショットの位置決めの段階で、本体に作用する力の変
動により生ずる誤差を常に補正することにより、ウエハ
ステージの配列精度を向上させ、良好な重ね合わせ精度
を維持することが可能となる。

【００２２】また、本実施例の応用として、スループッ
ト向上を目的としたウエハステージのスピードアップが
考えられる。ウエハステージの加減速が大きくなると、
当然のことながらステージが本体に作用する反力も大き
くなり、本体を制振するためにマウントが本体に作用さ
せる力も大きくなることから、本体構造体の変形が予想
される。このような場合、本実施例では、前述のように
ウエハを処理する各段階、すなわち、各ショット位置決
めの段階、アライメント計測の段階で大きく変動するマ
ウント圧力の変動を計測し、それによる誤差成分を予測
することができる。これにより、装置の重ね合わせ精度
を維持しつつ、スループットを大幅に向上させることも
可能である。

【００２３】以上の実施例によれば、予め本体構造体変
形の原因となるマウント圧力とアライメント誤差、およ
びステージ位置誤差の関係を把握しておくことで、実際
の露光シーケンスの際、マウント圧力をモニタし、グロ
ーバルアライメント時に発生する構造体変形による計測
誤差を補正し、さらにステップアンドリピート時に発生
する構造体変形によるステージ位置決め誤差を補正する
ことにより、マウント圧力変動の影響を受けない、高い
重ね合わせ精度を有する投影露光装置を提供することが
出来る。

【００２４】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した露光装
置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施
例を説明する。図３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。

【００２５】図４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。本実施例の生産方法を用いれば、
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。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、構造体の高剛性化に重
点を置く必要性がなくなり、構造体重量の増加を抑制す
ることが出来る。本発明の実施に当たっては、大輻な設
計変更は不要であり、センサの取り付けと計測制御ソフ
トの改良だけで対応できるため、実施は比較的簡単であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を適用した半導体露光装置
の主要なユニットを模式的に表わした図である。

【図２】 本体構造体がステージステップにより変形し
ている様子を示す図である。

【図３】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図４】 図３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：照明系、２：レチクル、５：アライメントスコー
プ、６：投影レンズ、７：結像性能補正ユニット、８：
本体構造体、１０，１１：フォーカス、チルト計測器、
１２：ウエハチャック、１３：チルトステージ、１４：
レーザ干渉計、１５：ｘｙステージ、１６：コンソール
ユニット、１７：バーミラー、１８：ウエハ、２１，２
２：マウント。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影光学系と、基板を搭載して該投影光
   学系の光軸に垂直な方向に移動可能な基板ステージと、
   該投影光学系および基板ステージを支持する本体構造体
   と、該本体構造体を支持するとともに床からの振動を除
   振するための除振装置と、前記基板ステージに搭載され
   た基板を所定の複数のショット位置に順次移動すべく該
   基板ステージを位置決めし、各ショット位置に位置決め
   後、原版上の回路パターンを所定波長の照明光で照明
   し、該基板ステージ上の基板上に前記投影光学系を介し
   て投影露光する制御手段とを具備する投影露光装置にお
   いて、 前記除振装置から前記本体構造体に作用する力を計測す
   る手段と、該計測手段の計測結果に基づいて前記ステー
   ジの位置決めを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、実際の露光に際し、前
   記本体構造体に作用する力を常にモニタし、予め実験ま
   たは数値シミュレーションにより導かれた前記作用力と
   ステージ精度との関係式に基づいて前記基板ステージの
   位置決めに補正をかけ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】 前記補正手段は、実際の露光に際し、前
   記本体構造体に作用する力を常にモニタし、予め実験ま
   たは数値シミュレーションにより導かれた前記作用力と
   前記基板のアライメント誤差およびステージ精度との関
   係式に基づいて前記基板のアライメント計測および前記
   基板ステージの位置決めに補正をかけることを特徴とす
   る請求項１記載の投影露光装置。
4. 【請求項４】 前記各ショット位置に位置決め後、前記
   照明光下で前記投影光学系に対し前記原版と基板とを同
   期して走査することにより投影露光を行なうことを特徴
   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】 前記除振装置がアクチュエータとして空
   気バネを用い、前記計測手段が圧力計を用いたものであ
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の投
   影露光装置。
6. 【請求項６】 投影光学系と、基板を搭載して該投影光
   学系の光軸に垂直な方向に移動可能な基板ステージと、
   該投影光学系および基板ステージを支持する本体構造体
   と、該本体構造体を支持するとともに該本体構造体の振
   動を制振しかつ床からの振動を除振するための除振装置
   とを具備する投影露光装置を用い、前記基板ステージに
   搭載された基板を所定の複数のショット位置に順次移動
   すべく該基板ステージを位置決めし、各ショット位置に
   位置決め後、原版上の回路パターンを所定波長の照明光
   で照明し、該基板ステージ上の基板上に前記投影光学系
   を介して投影露光する投影露光方法において、 前記除振装置から前記本体構造体に作用する力を計測
   し、該計測結果に基づいて前記ステージの位置決めを補
   正することを特徴とする投影露光方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載の投影露
   光装置または請求項６に記載の投影露光方法を用いて製
   造したことを特徴とする半導体デバイス。