JP3441966B2 - 走査型露光装置および方法、デバイス製造方法 - Google Patents

走査型露光装置および方法、デバイス製造方法

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
液晶デバイスのリソグラフィ工程等で用いる露光装置に
関し、特に原版と被露光基板とを投影光学系に対して相
対移動することで該原版に形成されたパターンを該被露
光基板に転写する走査型露光装置、走査露光方法および
デバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体デバイス等の製造に用いら
れる露光装置としては、被露光基板（ウエハやガラス基
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（レチクルやマスク）のパターンを投影光学系を
介して順次一括露光するステップ・アンド・リピート型
の露光装置（ステッパと称することもある）や、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
数の領域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキ
ャン型の露光装置（走査型露光装置）が代表的である。
特に走査型露光装置は、投影光学系の比較的光軸に近い
部分のみをスリットにより制限して使用しているため、
より高精度かつ広画角な微細パターンの露光が可能とな
っており、今後の主流となると見られている。
【０００３】このような従来の走査型露光装置において
は、通常、投影光学系の光軸から見て走査軸方向に位置
するオフアクシスアライメントスコープを用いてグロー
バルアライメントを行ない、ウエハを投影光学系下の露
光開始点まで（走査軸方向に）移動させた後、順次のシ
ョットに対して上記のステップ移動と走査露光とを繰り
返す。この場合、ウエハの移動や走査は、ウエハステー
ジの走査軸方向（以下、Ｙ方向という）の位置ｙ、水平
面内の該走査軸方向に直交する方向（以下、Ｘ方向とい
う）の位置ｘ、および鉛直軸（以下、Ｚ軸という）の軸
回り回転（ヨー）θなどをレーザ干渉計を用いて計測
し、それらの計測データからウエハステージにサーボを
かけて行なっている。このステージサーボのためのヨー
計測は、通常、走査軸方向の１軸方向のみから行なって
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記の
ヨー計測データが、ＸおよびＹ方向のいずれから計測し
ても理論的には同一であることに鑑み、走査型露光装置
におけるヨー計測をＸ方向から行なう場合と、Ｙ方向か
ら行なう場合について、比較した結果、Ｘ方向からヨー
計測した場合には走査時の同期精度が、Ｙ方向からヨー
計測した場合には重ね焼きの際のアライメント精度に基
づくオーバーレイ精度が、それぞれを他方のＹおよびＸ
方向からのヨー計測値に基づいてステージサーボを行な
った場合に比べて悪化するということを見出した。
【０００５】本発明は、走査時の同期精度や重ね焼きの
オーバーレイ精度など走査型露光装置の性能を向上させ
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の第１の局面では、レチクルに対するウエハの
ステップ移動とレチクルとウエハをＹ方向に沿って共に
移動させながらの走査露光とを組み合わせたステップ・
アンド・スキャン動作にてウエハの複数の領域にパター
ンを順次転写する走査型露光装置において、該ウエハを
搭載し該Ｙ方向およびこれと直交するＸ方向に移動可能
なステージと、該ステージ上に設けられたミラーの該Ｙ
方向に沿った第１反射面を用いてステージのヨー計測を
行なう第１計測手段と、該ステージ上に設けられたミラ
ーの該Ｘ方向に沿った第２反射面を用いてステージのヨ
ー計測を行なう第２計測手段と、オフアクシスでウエハ
のアライメント計測を行なうためのアライメントスコー
プとを備え、該アライメントスコープで計測後の移動時
には、該移動の方向と直交する方向の計測手段を用いて
ヨー計測を行なうことを特徴とする。
【０００７】本発明の第１の局面に係る好ましい実施の
形態において、前記第１および第２計測手段はそれぞ
れ、同一反射面に複数のレーザビームを照射して、各々
の反射ビームを用いて干渉計測するレーザ干渉計を備え
る。この場合、これらのレーザ干渉計の１つを、第１計
測手段ではＸ方向におけるステージ位置を計測するＸ方
向レーザ干渉計で、前記第２計測手段ではＹ方向におけ
るステージ位置を計測するＹ方向レーザ干渉計で兼用す
ることができる。
【０００８】また、第１もしくは第２計測手段でのヨー
計測に基づいて前記ステージの移動をサーボ制御すると
ともに、露光装置の動作状態に応じて、第１計測手段と
第２計測手段を使い分ける。例えば、Ｙ方向に走査する
走査露光時には、Ｙ方向レーザ干渉計と、Ｙヨー計測用
干渉計と、Ｘ方向レーザ干渉計を用いてステージの位置
計測を行なう。つまり、走査露光時には走査方向と平行
な計測手段である第２計測手段でヨー計測を行なう。そ
して、アライメントスコープで計測後の移動時には、そ
の移動の方向と直交する方向の計測手段を用いてヨー計
測を行なう。つまり、ステージ上においてこのアライメ
ントスコープの計測位置が投影光学系の光軸から見てＹ
方向に位置するときは、アライメントスコープで計測し
た後の移動時には第１計測手段でヨー計測を行ない、ア
ライメントスコープの計測位置が投影光学系の光軸から
見てＸ方向に位置するときは、第２計測手段でヨー計測
を行なう。
【０００９】さらに、第１および第２計測手段の使い分
け方としては、上述のように露光装置の動作状態に応じ
て、前記第１および第２計測手段のいずれか一方を選択
して計測を行なう他、いずれか一方の計測データを有効
としても良く、あるいは第１および第２計測手段の両方
の計測データを平均化処理または統計処理して用いるよ
うにしても良い。
【００１０】上記の目的を達成するため本発明の第２の
局面では、レチクルとウエハを用意し、アライメントス
コープでのウエハ位置の計測後にウエハを移動して、レ
チクルに対するウエハのステップ移動とレチクルとウエ
ハを共に移動させながらの走査露光とを組み合わせたス
テップ・アンド・スキャン動作にてウエハの複数の領域
にパターンを順次転写する走査露光方法において、前記
アライメントスコープでの計測後の移動時には、該移動
の方向と直交する方向から複数のレーザビームを照射し
てステージのヨー計測を行なうことを特徴とする。
【００１１】上記の目的を達成するため本発明の第３の
局面では、レチクルとウエハを用意し、アライメントス
コープでのウエハ位置の計測後にウエハを移動して、レ
チクルに対するウエハのステップ移動とレチクルとウエ
ハを共に移動させながらの走査露光とを組み合わせたス
テップ・アンド・スキャン動作にてウエハの複数の領域
にパターンを順次転写する走査露光方法において、走査
露光時には走査移動方向と同一方向からレーザ干渉計を
用いてステージのヨー計測を行ない、前記アライメント
スコープでの計測後の移動時には該移動の方向と直交す
る方向からレーザ干渉計を用いてステージのヨー計測を
行なう。
【００１２】
【作用】本発明者らの知見によれば、走査型露光装置に
おいては、干渉計計測用のバーミラーの平面度と直交度
が、以下のような影響を及ぼす。すなわち、 計測軸が走査軸と直交する干渉計でヨー方向のステー
ジサーボをかけると、バーミラーの平面度がステージ外
乱となり、走査時の同期精度劣化につながる。 従来装置のように、投影光学系から見て走査軸方向に
位置するオフアクシスのアライメント光学系を用いてＡ
ＧＡ（オート・グローバル・アライメント）を行なう場
合、走査軸と同一方向の干渉計でヨー方向のステージサ
ーボをかけると、ＡＧＡ時と走査露光時のバーミラーの
直交度変化がオーバーレイ精度を悪化させる。これは、
ベースライン（アライメントスコープ位置と投影光学系
光軸間距離）×直交度変化（ｓｉｎΔθ）分シフト変化
してしまうことによって生じる。
【００１３】本発明によれば、ＸおよびＹの２方向にヨ
ー計測手段を配置しているため、装置の動作状態に応じ
て、より好ましい側のヨー計測手段を用いることができ
る。これにより、オーバーレイ精度や同期精度等、各種
の性能を向上させることができる。
【００１４】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の一実施例に係る走査型露光装置の
構成を示す。同図において、１はレチクル、３はウエ
ハ、２はレチクル１のパターンをウエハ３上に投影する
投影光学系、４はウエハ３をＸＹＺおよびチルト駆動す
るウエハステージ、５はウエハステージ４を搭載するス
テージベース、６はＹ方向のレーザビームによりウエハ
３のＹ方向の位置（Ｙ座標）ｙを計測するＹ方向レーザ
干渉計、７はＹ方向レーザ干渉計６と協働してＹ方向の
レーザビームによりウエハステージ４が移動するときの
Ｚ軸回りの回転（ヨー）θy を検出するＹヨー計測用干
渉計（第２ヨー計測手段）、８はＸ方向のレーザビーム
によりウエハ３のＸ座標ｘを計測するＸ方向レーザ干渉
計、９はＸ方向レーザ干渉計８と協働してＸ方向のレー
ザビームによりウエハステージ４が移動するときのＺ軸
回りの回転（ヨー）θx を検出するＸヨー計測用干渉計
（第１ヨー計測手段）である。１０はＹ方向レーザ干渉
計６およびＹヨー計測用干渉計７のレーザビームを反射
するＸ方向に沿った第２反射面を持ったＹバーミラー、
１１はＸ方向レーザ干渉計８およびＸヨー計測用干渉計
９のレーザビームを反射するＹ方向に沿った第１反射面
を持ったＸバーミラーである。なお、２つのバーミラー
１０，１１を分離せずに、直交する２つの反射面を持っ
た１つのミラー部材（ＸバーミラーとＹバーミラーを兼
ね備えている）を用いても良い。１２はウエハのアライ
メントをオフアクシスで行なうオフアクシスアライメン
トスコープである。また、Ａは走査露光時のレチクル１
の走査方向、Ｂは同じく走査露光時のウエハ３の走査方
向である。θはステージ４のヨー方向を示す。理想的に
はθy ＝θ＝θx である。
【００１５】同図の装置は、アライメントスコープ１２
を投影光学系２の走査軸方向（Ｙ方向）に配置し、ステ
ージ４のヨー計測を走査軸方向からＹ方向レーザ干渉計
６とＹヨー計測用干渉計７で行なう従来の走査型露光装
置に対して、Ｘ方向レーザ干渉計８と協働してＸ方向か
らステージ４のヨー計測を行なうＸヨー計測用干渉計９
を付加している。そして、走査露光時のヨー計測は従来
通りレーザ干渉計６と７でＹ方向から行なうが、グロー
バルアライメント（ＡＧＡ）時は、レーザ干渉計８と９
でＸ方向から行なうようにして２つのレーザ干渉計を使
い分けている。
【００１６】したがって、走査時はＹバーミラー１０の
ほぼ一定箇所でヨー計測を行なうことになり、バーミラ
ーの平面度の影響を受け難く、したがって同期精度の悪
化はない。また、グローバルアライメント時は、Ｙバー
ミラー１０に対するＸバーミラー１１の直交度の影響を
受け難くなり、上記従来の走査型露光装置よりオーバー
レイ精度が向上する。
【００１７】図１の装置においては、さらに、アライメ
ント時や走査時以外の動作状態においては、その動作状
態に応じて都合の良い側で計測したり、都合の良いヨー
計測データを選択的に用いたり、あるいは両方のヨー計
測データを平均化処理や統計処理するなどの計測手段の
使い分けをすることができる。
【００１８】図２は、本発明の他の実施例に係る走査型
露光装置の構成を示す。図１と共通または対応する部分
には同一の符号を付している。図２の装置は、上記従来
例に対し、投影光学系２に対するアライメントスコープ
１２の位置を、従来例がＹ方向であったところ、図２で
はＸ方向に配置したものである。これにより、アライメ
ント時の移動方向が走査軸方向（Ｙ方向）と直交するＸ
方向となり、同じレーザ干渉計６と７でＹ方向からヨー
計測を行なっても、アライメント時のヨー計測方向（Ｙ
方向）がより好ましい移動方向（Ｘ方向）に直交する方
向となり、同期精度を悪化させることなくオーバーレイ
精度の向上を図ることができる。
【００１９】なお、図２の装置においては、さらに、Ｘ
方向レーザ干渉計８と協働してＸ方向からステージ４の
ヨー計測を行なうＸヨー計測用干渉計９を付加し、アラ
イメント時や走査時以外の動作状態に応じて都合の良い
方向から計測したヨーデータを選択したり計測を切り換
えて、あるいは両方のヨー計測データを平均化処理や統
計処理する等して用いることができるように使い分けを
している。
【００２０】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イス製造方法の例を説明する。図３は微小デバイス（Ｉ
Ｃ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（レチクル製作）では設計した
パターンを形成したレチクルを製作する。一方、ステッ
プ３（基板製造）ではシリコンやガラス等の材料を用い
て基板を製造する。ステップ４（基板プロセス）は前工
程と呼ばれ、上記用意したレチクルと基板を用いて、リ
ソグラフィ技術によって基板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基板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。
【００２１】図４は上記基板プロセスの詳細なフローを
示す。ステップ１１（酸化）では基板の表面を酸化させ
る。ステップ１２（ＣＶＤ）では基板表面に絶縁膜を形
成する。ステップ１３（電極形成）では基板上に電極を
蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）
では基板にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト
処理）では基板にレジストを塗布する。ステップ１６
（露光）では上記説明した露光装置によってレチクルの
回路パターンを基板の複数のショット領域に並べて焼付
露光する。ステップ１７（現像）では露光した基板を現
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、基板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
精度デバイスを高い生産性すなわち低コストで製造する
ことができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、走査時の同期精度向上
と重ね焼きのオーバーレイ精度向上とを両立させるなど
走査型露光装置の性能を向上させることができる。
【００２３】また、本発明の露光装置を用いれば優れた
生産性のデバイス生産方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係る走査型露光装置の構
成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の他の実施例に係る走査型露光装置の
構成を示す斜視図である。
【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：レチクル、２：投影光学系、３：ウエハ、４：ウエ
ハステージ、５：ステージベース、６：Ｙ方向レーザ干
渉計、７：Ｙヨー計測用干渉計（第２計測手段）、８：
Ｘ方向レーザ干渉計、９：Ｘヨー計測用干渉計（第１計
測手段）、１０：Ｙバーミラー（第２反射面）、１１：
Ｘバーミラー（第１反射面）、１２：アライメントスコ
ープ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レチクルに対するウエハのステップ移動
    とレチクルとウエハをＹ方向に沿って共に移動させなが
    らの走査露光とを組み合せたステップ・アンド・スキャ
    ン動作にてウエハの複数の領域にパターンを順次転写す
    る走査型露光装置において、該ウエハを搭載し該Ｙ方向
    およびこれと直交するＸ方向に移動可能なステージと、
    該ステージ上に設けられたミラーの該Ｙ方向に沿った第
    １反射面を用いてステージのヨー計測を行なう第１計測
    手段と、該ステージ上に設けられたミラーの該Ｘ方向に
    沿った第２反射面を用いてステージのヨー計測を行なう
    第２計測手段と、オフアクシスでウエハのアライメント
    計測を行なうためのアライメントスコープとを備え、該
    アライメントスコープで計測後の移動時には、該移動の
    方向と直交する方向の計測手段を用いてヨー計測を行な
    うことを特徴とする走査型露光装置。
  2. 【請求項２】 ステージ上において前記アライメントス
    コープの計測位置は投影光学系の光軸から見てＹ方向に
    位置することを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 アライメントスコープで計測後の移動時
    には前記第１計測手段でヨー計測を行なうことを特徴と
    する請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 ステージ上において前記アライメントス
    コープの計測位置は投影光学系の光軸から見てＸ方向に
    位置することを特徴とする請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記第１もしくは第２計測手段でのヨー
    計測に基づいて前記ステージの移動をサーボ制御する手
    段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
    記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１および第２計測手段はそれぞ
    れ、同一反射面に複数のレーザビームを照射して、各々
    の反射ビームを用いて干渉計測するレーザ干渉計を備え
    たことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記第１計測手段は、Ｘ方向におけるス
    テージ位置を計測するＸ方向レーザ干渉計と協働してス
    テージのヨー計測を行なうＸヨー計測用干渉計を有し、
    前記第２計測手段は、Ｙ方向におけるステージ位置を計
    測するＹ方向レーザ干渉計と協働してステージのヨー計
    測を行なうＹヨー計測用干渉計を有することを特徴とす
    る請求項１乃至５のいずれか記載の装置。
  8. 【請求項８】 走査露光時には、前記Ｙ方向レーザ干渉
    計と、前記Ｙヨー計測用干渉計と、前記Ｘ方向レーザ干
    渉計を用いてステージの位置計測を行なうことを特徴と
    する請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 露光装置の動作状態に応じて、前記第１
    計測手段と前記第２計測手段を使い分ける手段を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記使い分ける手段は、露光装置の動
    作状態に応じて、前記第１および第２計測手段のいずれ
    か一方を選択して計測を行なう、もしくはいずれか一方
    の計測データを有効とする手段を有することを特徴とす
    る請求項９記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記使い分ける手段は、露光装置の動
    作状態に応じて、前記第１および第２計測手段の両方の
    計測データを平均化処理または統計処理する手段を有す
    ることを特徴とする請求項９または１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 走査露光時には前記第２計測手段でヨ
    ー計測を行なうことを特徴とする請求項１乃至１１のい
    ずれか記載の装置。
  13. 【請求項１３】 レチクルとウエハを用意し、アライメ
    ントスコープでのウエハ位置の計測後にウエハを移動し
    て、レチクルに対するウエハのステップ移動とレチクル
    とウエハを共に移動させながらの走査露光とを組み合せ
    たステップ・アンド・スキャン動作にてウエハの複数の
    領域にパターンを順次転写する走査露光方法において、
    前記アライメントスコープでの計測後の移動時には、該
    移動の方向と直交する方向から複数のレーザビームを照
    射してステージのヨー計測を行なうことを特徴とする走
    査露光方法。
  14. 【請求項１４】 レチクルとウエハを用意し、アライメ
    ントスコープでのウエハ位置の計測後にウエハを移動し
    て、レチクルに対するウエハのステップ移動とレチクル
    とウエハを共に移動させながらの走査露光とを組み合わ
    せたステップ・アンド・スキャン動作にてウエハの複数
    の領域にパターンを順次転写する走査露光方法におい
    て、走査露光時には走査移動方向と同一方向からレーザ
    干渉計を用いてステージのヨー計測を行ない、前記アラ
    イメントスコープでの計測後の移動時には該移動の方向
    と直交する方向からレーザ干渉計を用いてステージのヨ
    ー計測を行なうことを特徴とする走査露光方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１３または１４記載の方法を含
    む製造工程によってデバイスを製造することを特徴とす
    るデバイス製造方法。
  16. 【請求項１６】 露光前にウエハにレジストを塗布する
    工程と、露光後にレジストを現像する工程を更に有する
    ことを特徴とする請求項１５記載のデバイス製造方法。
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