JPH1083950A

JPH1083950A - 露光装置

Info

Publication number: JPH1083950A
Application number: JP8257364A
Authority: JP
Inventors: Kensho Murata; 憲昭村田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】露光装置において、原版ステージの軽量化を
図り、スループットや露光精度を向上させる。【解決手段】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、該投影光学系に対し相対的に前記原
版と基板を共に走査することにより前記原版のパターン
を前記基板に露光する露光装置において、原版を保持す
る原版ステージに対して該原版をアライメントするため
のＸＹθ微動機構を原版ステージから分離して配置す
る。ＸＹθ微動機構は原版交換位置において原版ステー
ジおよびその駆動系等に設けられた貫通穴を通して昇降
する原版突き上げピンを有し、原版を原版ステージ上か
ら僅かに持ち上げた状態で前記原版の位置ずれ検出およ
び位置ずれ補正動作を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の
半導体デバイス、液晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイ
ス、磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に用いる露光
装置に関し、特に、原版を保持する原版ステージの軽量
化を図り、もってスループットの向上を図った露光装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一括露光方式の露光装置（ステッパ）で
は、投影光学系がレンズによって構成されている場合、
結像領域は円形状となる。しかしながら、半導体集積回
路は一般的に矩形形状であるため、一括露光の場合の転
写領域は、投影光学系の有する円の結像領域に内接する
矩形の領域となる。従って、最も大きな転写領域でも円
の直径の１／√２の辺の正方形である。これに対して、
投影光学系の有する円形状の結像領域のほぼ直径の寸法
を有するスリット形状の露光領域を用いて、レチクルと
ウエハとを同期させながら走査移動させることによっ
て、転写領域を拡大させる走査露光方式（ステップアン
ドスキャン方式）が提案されている。この方式では、同
一の大きさの結像領域を有する投影光学系を用いた場
合、投影レンズを用いて各転写領域ごとに一括露光を行
なうステップアンドリピート方式に比べてより大きな転
写領域を確保することができる。すなわち、走査方向に
対しては光学系による制限がなくなるので走査ステージ
のストローク分だけ確保することができ、走査方向に対
して直角な方向には概ね√２倍の転写領域を確保するこ
とができる。

【０００３】半導体集積回路を製造するための露光装置
は、高い集積度のチップの製造に対応するために、転写
領域の拡大と解像力の向上が望まれている。より小さい
投影光学系を採用できることは、光学性能上からも、コ
スト的にも有利であり、ステップアンドスキャン方式の
露光方法は、今後の露光装置の主流として注目されてい
る。

【０００４】このようなステップアンドスキャン方式の
露光装置においては、レチクルとウエハを高精度に位置
合わせする必要があり、例えば、レチクル交換等でレチ
クルステージ上に載置されたレチクルはレチクルアライ
メントスコープによりレチクルステージの基準マークに
対する位置を高精度に計測される。このレチクルスコー
プは、精度が高ければ高いほど、計測範囲が狭くなり、
本発明者らが目指している２５６Ｍ対応の露光装置にお
けるレチクルアライメントスコープの計測範囲は２μｍ
程度である。

【０００５】従来のレチクルハンドでは、レチクルを２
μｍ程度の誤差でレチクルステージに載置することはま
ず不可能である。そこで、レチクルステージ上にＸＹθ
微動機構を設け、レチクルアライメントスコープを低倍
率に切り換えてレチクルの位置ずれを２μｍ以内に追い
込むことが考えられる。しかし、レチクルステージ上に
ＸＹθ微動機構を設けると、レチクルステージが重くな
り、特にレチクルをスキャンさせる走査型の露光装置で
はステージの移動速度が遅くなってスループットが低下
したり、レチクルステージの重量によりステージ定盤が
撓んで露光精度が低下する等の問題が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
例における問題点に鑑みてなされたもので、露光装置に
おいて、原版ステージの軽量化を図り、スループットや
露光精度を向上させることを目的とする。

【０００７】

【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、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、該投影光学系に対し相対的に前記
原版と基板を共に走査することにより前記原版のパター
ンを前記基板に露光する露光装置において、原版を保持
する原版ステージと、該原版ステージ上の原版を露光領
域外の所定の原版交換位置で交換する原版交換手段と、
前記原版ステージ上の原版の該原版ステージに対する位
置ずれを前記原版交換位置で検出する手段と、該原版交
換位置で前記原版を該原版ステージに対し昇降する手段
と、該昇降手段により持ち上げられた原版を該原版のパ
ターン描画平面内と該平面に垂直な軸回りとに微動させ
る手段と、これらの昇降および微動手段により前記原版
を前記原版ステージ上から持ち上げ、前記位置ずれに応
じて微動し、かつ前記原版ステージ上に戻すことにより
該原版の該原版ステージに対する位置ずれを補正する制
御手段とを具備することを特徴とする。

【０００８】本発明の好ましい実施の形態において、前
記微動手段は前記原版のパターン描画平面内と該平面に
垂直な軸回りに移動可能な微動ステージからなり、前記
原版ステージとその支持および駆動系の所定箇所には垂
直方向の貫通穴が設けられており、前記昇降手段は前記
貫通穴を通過する複数の突き上げピンを有し前記微動ス
テージ上に固定されて該突き上げピンを昇降する原版ハ
ンドラからなることを特徴とする。また、前記突き上げ
ピンの先端には前記原版を吸着保持する真空吸着手段が
設けられており、この突き上げピンにより前記原版の四
隅を支持して該原版を昇降させることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、原版位置合わせのための微動
機構を原版ステージ上に載せない、すなわち別置きにし
て原版ステージを軽量化したため、スループットの向上
（スキャン速度アップ）および露光精度の向上を図るこ
とが可能になる。

【００１０】

【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を介してウエハステージ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、ウエハ上の複数の転写領域（ショット）に対し
て、繰り返し行なうためのステップ移動を介在させなが
ら行なうステップ・アンド・スキャン型の露光装置であ
る。

【００１１】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、ウエハステージ３のＸステージ３
ａ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、なお、「−」は向きが逆
であることを示す）で駆動させることにより行なう。ま
た、Ｘ方向へのステップ移動はＸステージ３ａにより行
なう。Ｘステージ３ａには不図示のＺ−チルトステージ
が搭載され、その上にはウエハを保持する不図示のウエ
ハチャックが取り付けられている。

【００１２】ウエハステージ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は床等に載置されたベースフレーム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。

【００１３】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
えている。

【００１４】投光手段２１と受光手段２２は、ウエハス
テージ３上のウエハが投影光学系２のフォーカス面に位
置しているか否かを検出するためのフォーカスセンサを
構成している。すなわち、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
ことにより投影光学系２の光軸方向のウエハ表面の位置
が検出される。

【００１５】図１の装置においては、図示しないレーザ
干渉計光源から発せられた光がレチクルステージ用Ｙ方
向レーザ干渉計２４に導入される。そして、Ｙ方向レー
ザ干渉計２４に導入された光は、レーザ干渉計２４内の
ビームスプリッタ（不図示）によってレーザ干渉計２４
内の固定鏡（不図示）に向かう光とＹ方向移動鏡２６に
向かう光とに分けられる。Ｙ方向移動鏡２６に向かう光
は、Ｙ方向測長光路２５を通ってレチクルステージ４に
固設されたＹ方向移動鏡２６に入射する。ここで反射さ
れた光は再びＹ方向測長光路２５を通ってレーザ干渉計
２４内のビームスプリッタに戻り、固定鏡で反射された
光と重ね合わされる。このときの光の干渉の変化を検出
することによりＹ方向の移動距離を測定する。このよう
にして計測された移動距離情報は、図示しない走査制御
装置にフィードバックされ、レチクルステージ４の走査
位置の位置決め制御がなされる。Ｙステージ３ｂも、同
様に、ウエハステージ用Ｙ方向レーザ干渉計２３による
測長結果に基づいて走査位置の位置決め制御がなされ
る。

【００１６】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ウエ
ハステージ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。走査露光中、ウエハ表面の高さは前記フォーカ
スセンサで計測され、その計測値に基づきウエハステー
ジ３の高さとチルトがリアルタイムで制御され、フォー
カス補正が行なわれる。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
なう。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なえる
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。

【００１７】レチクルアライメント時、レチクルステー
ジ１は露光領域外のレチクルアライメント位置に移動し
て不図示のレチクルチェンジャからレチクルを受け取
る。レチクルステージおよびそれを案内するレチクルス
テージガイドには、不図示のレチクルハンドラを通すた
めの貫通孔が設けてある。レチクルハンドラが上昇して
レチクルを掴み、不図示のレチクルアライメントステー
ジを駆動してレチクルをレチクルステージ１上の基準マ
ークに対して位置合わせを行なう。位置合わせ時はレチ
クルハンドラ先端で真空吸着してずれを防止する。

【００１８】図３は、図１の装置におけるレチクルアラ
イメント機構の構成を示す。この装置はレチクルアライ
メント機構をレチクルスキャンステージ上に載せない
で、別置きにすることにより、レチクルステージの軽量
化を行ない、スキャン速度アップを図り、スループット
の向上を図ったものである。レチクルアライメントはレ
チクル交換位置で行なわれる。同図において、１はレチ
クルステージであり、実線はレチクルアライメント位置
（すなわちレチクル交換位置）に来た状態を示し、２点
鎖線は露光領域に来たときの状態を示す。２は投影光学
系（投影レンズ）、３はウエハステージ、３１は照明光
学系、３２はレチクルチェンジャ、３３は基板位置検出
顕微鏡（レチクルアライメントスコープ）、３４はレチ
クル、３５はレチクルステージ１に設けられている基準
マーク、３６はレチクルハンドラ、３６ａはレチクルハ
ンドラ３６の一部をなす突き上げピン、３７はレチクル
アライメントステージ、３８はレチクルステージガイ
ド、１ａおよび３８ａはレチクルハンドラ３６の上昇時
に突き上げピン３６ａが通過できるように設けられた貫
通穴、３９はウエハステージガイド、４０はウエハであ
る。

【００１９】図４は、レチクル交換時の各部の動作を示
す。すなわち、レチクル交換時、新たなレチクル３４は
不図示の搬送手段により不図示のレチクルライブラリ等
から搬送されてレチクルチェンジャ３２に引き渡され、
レチクルチェンジャ３２によってレチクルステージ１上
に載置される（図４（ａ））。次にレチクルハンドラ３
６が上昇して突き上げピン３６ａによりレチクル３４を
レチクルステージ１から、レチクル３４がレチクルアラ
イメントスコープ３３の焦点深度（例えば１０μｍ）を
外れない範囲の、例えば２〜数μｍ程度持ち上げる。こ
の状態で、レチクルアライメントスコープ３３により基
準マーク３５とレチクル３４上に形成されている不図示
の位置合わせマークとの位置ずれを検出し、その検出値
に基づいてレチクルアライメントステージ３７を駆動し
レチクル３４の位置合わせマークがアライメントスコー
プ３３の計測中心に来るように突き上げピン３６ａ上の
レチクル３４を位置決めする（図４（ｂ））。さらに、
レチクルハンドラ３６を下げてレチクル３４をレチクル
ステージ１に戻し（図４（ｃ））、レチクルアライメン
トスコープ３３によりレチクル３４上の位置合わせマー
クとレチクルステージ１の基準マーク３５との位置ずれ
量を再度計測し、その計測値に応じてウエハステージ３
上のウエハのＸＹθを設定して走査露光を行なう。

【００２０】なお、上記の位置ずれ検出に際しては、レ
チクルハンドラ３６を上昇する前に、先ず、レチクル３
４の表面をレチクルアライメントスコープ３３で観察
し、レチクル３４の位置合わせマークがレチクルアライ
メントスコープ３３の計測範囲内にあった場合は、上記
位置決め処理をすることなく上記の位置ずれ量計測およ
び走査露光を行なうようにすることもできる。この場
合、レチクル３４の位置合わせマークがレチクルアライ
メントスコープ３３の計測範囲内にはないが該レチクル
アライメントスコープ３３の視野内にあった場合は、レ
チクルアライメントスコープ３３の倍率を切り換えるこ
となく、前記レチクル３４の位置ずれ検出を行ない、レ
チクル３４の位置合わせマークがレチクルアライメント
スコープ３３の視野内にない場合は、レチクルアライメ
ントスコープ３３の倍率を低倍率に切り換えて、視野を
拡大した状態で、前記位置合わせマークの位置ずれ検出
を行なうようにする。この倍率切り換えはレチクルハン
ドラ３６の上昇と並行して行なう。また、倍率を切り換
えた場合はレチクルハンドラ３６の下降と並行して倍率
をもとに戻す。

【００２１】図１の装置において、前記のレチクルアラ
イメントはレチクル交換時以外にも適宜行なうことがで
きる。図５は、レチクルアライメントの詳細を示す。レ
チクルアライメントは、レチクル交換のいかんにかかわ
らず、先ず、レチクルステージ１をレチクルアライメン
ト位置（すなわちレチクル交換位置）に移動して（図５
（ａ））行なう。レチクルアライメント位置において
は、レチクルハンドラ３６を、レチクルステージ１のレ
チクル３４がレチクルステージ１から僅かに持ち上がる
程度に上昇させる（図５（ｂ））。レチクルハンドラ３
６の突き上げピン３６ａの先端には図５（ｃ）に示すよ
うに、レチクル３４を真空吸着できる吸着部５１が設け
られている。また、レチクルステージにもレチクル３４
を真空吸着するレチクルチャック５２が設けられてい
る。レチクル３４を持ち上げたときはレチクル３４を吸
着部５１で突き上げピン３６ａの先端に真空吸着して、
レチクル３４の突き上げピン３６ａに対するずれを防止
する。このとき、レチクルチャック５２の真空吸着はオ
ン／オフいずれも可能である。

【００２２】レチクル３４をレチクルステージ１から僅
かに持ち上げると、次は、上述のように、レチクルアラ
イメントスコープ３３により基準マーク３５とレチクル
３４上の位置合わせマークとの位置ずれを検出し、この
位置ずれを補正するようにレチクルアライメントステー
ジ３７を駆動する（レチクルアライメント）。さらに、
レチクルハンドラ３６を下げ、レチクルチャック５２の
真空吸着をオフしている場合はそれをオンし、レチクル
突き上げピン３６ａの真空吸着をオフして、位置合わせ
したレチクル３４をレチクルステージ１に引き渡す。

【００２３】レチクルアライメントを終了すると、上述
のように、レチクルアライメントスコープ３３によりレ
チクル３４上の位置合わせマークとレチクルステージ１
の基準マーク３５との位置ずれ量を計測し、その計測値
とウエハのアライメント残留誤差とに基づいてウエハス
テージ３上のウエハのＸＹθを設定して走査露光を行な
う。

【００２４】［微小デバイスの製造の実施例］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なう。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なう。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。

【００２５】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なうことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンを形成する。

【００２６】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。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原
版のアライメント機構を原版ステージ上には載せない
で、別置きにしたため、原版ステージを軽量化し、原版
ステージの走査速度を上げてスループットを向上させる
ことができる。また、原版ステージの重量によるステー
ジ定盤等の撓みを少なくすることができ、露光精度を向
上させることができる。

【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２】図１の露光装置の外観を示す斜視図である。

【図３】図１の装置におけるレチクルアライメント機
構の説明図である。

【図４】前記レチクルアライメント機構の動作説明図
である。

【図５】レチクルアライメント処理の説明図である。

【図６】微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図７】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、１ａ：貫通穴、２：投影光学
系、３：ウエハステージ、３ａ：Ｘステージ、３ｂ：Ｙ
ステージ、４，５，６：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、
２１：投光手段、２２：受光手段、２３，２４：レーザ
干渉計、２５：レーザ測長光路、２６，２７：移動鏡、
３１：照明光学系、３２：レチクルチェンジャ、３３：
レチクルアライメントスコープ、３４：レチクル、３
５：基準マーク、３６：レチクルハンドラ、３６ａ：レ
チクル突き上げピン、３７：レチクルアライメントステ
ージ、３８：レチクルステージガイド、３８ａ：貫通
穴、３９：ウエハステージガイド、４０：ウエハ、５
１：吸着部、５２：レチクルチャック。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、該投影光学系に対し相対的に前記原
版と基板を共に走査することにより前記原版のパターン
を前記基板に露光する露光装置において、原版を保持する原版ステージと、該原版ステージ上の原版を露光領域外の所定の原版交換
位置で交換する原版交換手段と、前記原版ステージ上の原版の該原版ステージに対する位
置ずれを前記原版交換位置で検出する手段と、該原版交換位置で前記原版を該原版ステージに対し昇降
する手段と、該昇降手段により持ち上げられた原版を該原版のパター
ン描画平面内と該平面に垂直な軸回りとに微動させる手
段と、これらの昇降および微動手段により前記原版を前記原版
ステージから持ち上げ、前記位置ずれに応じて微動し、
かつ該原版ステージ上に戻すことにより該原版の該原版
ステージに対する位置ずれを補正する制御手段とを具備
することを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記微動手段は前記原版のパターン描画
平面内と該平面に垂直な軸回りに移動可能な微動ステー
ジからなり、前記原版ステージとその支持および駆動系
の所定箇所には垂直方向の貫通穴が設けられており、前
記昇降手段は前記貫通穴を通過する複数の突き上げピン
を有し前記微動ステージ上に固定されて該突き上げピン
を昇降する原版ハンドラからなることを特徴とする請求
項１記載の露光装置。
【請求項３】前記突き上げピンの先端に前記原版を吸
着保持する真空吸着手段が設けられていることを特徴と
する請求項２記載の露光装置。
【請求項４】前記昇降手段は、前記原版の四隅を支持
して該原版を昇降することを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の露光装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の型露光
装置を用いて製造されたことを特徴とする半導体デバイ
ス。