JPH1092732A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査露光装置のアライメント精度を向上させ
る。 【解決手段】 原版上の所定照明領域を照明する照明光
学系と、該照明光学系の中で前記原版と略共役な位置に
配置され前記照明領域を可変するマスキングブレード
と、前記照明領域内の原版上パターンを基板上に投影す
る投影光学系と、前記照明領域に対して前記原版を所定
の方向に移動可能な原版ステージと、前記照明領域と共
役な投影領域に対して前記基板を所定の方向に移動可能
な基板ステージと、前記原版および前記基板の位置を計
測するアライメント系とを有し、前記投影光学系の光軸
に対し垂直に前記原版、基板およびマスキングブレード
を共に走査して前記原版上のパターンを逐次前記基板上
に投影する投影露光装置において、前記アライメント系
による前記位置計測結果を前記マスキングブレードの位
置に対応して補正する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【０００２】

【従来の技術】一括露光方式の露光装置では、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
露光装置は、今後の露光装置の主流として注目されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、投影露光装
置、特にステップアンドスキャン方式の投影露光装置に
おいて、その性能、なかでも原版や基板のアライメント
精度を向上させることを目的とする。

【０００５】

【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、原版上の所定照明領域を照明する照明
光学系と、該照明光学系の中で前記原版と略共役な位置
に配置され前記照明領域を可変するマスキングブレード
と、前記照明領域内の原版上パターンを基板上に投影す
る投影光学系と、前記照明領域に対して前記原版を所定
の方向に移動可能な原版ステージと、前記照明領域と共
役な投影領域に対して前記基板を所定の方向に移動可能
な基板ステージと、前記原版および前記基板の位置を計
測するアライメント系とを有し、前記投影光学系の光軸
に対し垂直に前記原版、基板およびマスキングブレード
を共に走査して前記原版上のパターンを逐次前記基板上
に投影する投影露光装置において、前記アライメント系
による前記位置計測結果を前記マスキングブレードの位
置に対応して補正する手段を設けたことを特徴とする。

【０００６】本発明の好ましい実施の形態において、前
記補正手段は、前記位置ずれ検出結果の補正値を前記マ
スキングブレード位置を変数とする演算により算出する
手段を有する。また、前記アライメント系としては、前
記基板の位置をオフアクシスで計測するオフアクシスア
ライメント系、前記基板の位置を前記投影光学系を介し
て所定の非露光光で計測する非露光光ＴＴＬアライメン
ト系、前記原版ステージ上に設けられた第１の基準マー
クと前記基板ステージ上に設けられた第２の基準マーク
とのずれを前記投影光学系を介して露光光と実質同一波
長の光束で計測する露光光ＴＴＲアライメント系、前記
原版上のパターンと前記原版ステージ上に設けられた第
３の基準マークとのずれを計測する原版アライメント
系、および前記基板のパターン面の位置を計測するフォ
ーカス検出系などを例示することができる。前記マスキ
ングブレードおよび前記アライメント系は、投影光学系
の鏡筒を支持する投影光学系定盤に支持されており、前
記のアライメント系のうち、オフアクシスアライメント
系、非露光光ＴＴＬアライメント系およびフォーカス検
出系は、投影光学系の鏡筒を基準に基板または基板面の
位置を計測する。より好ましくは、前記アライメント系
は、前記マスキングブレードを所定の位置に位置決めし
た状態で前記位置ずれを検出する。

【０００７】

【作用および効果】投影露光装置においては、一般に投
影光学系の鏡筒を支持する鏡筒定盤が装置基準となり、
原版および基板を位置合わせするアライメント系も鏡筒
定盤に取り付けられる。また、ステップアンドスキャン
方式の露光装置においては、走査露光の際、原版ステー
ジおよび基板ステージの加減速および振動整定（空走）
期間に、露光対象ショット以外のショットを露光しない
ようにレチクル上の照明領域（露光領域）を制限するマ
スキングブレードを前記原版ステージおよび基板ステー
ジと同期して走査させている。

【０００８】本発明者らは、前記鏡筒定盤がマスキング
ブレード移動の際に偏荷重および加減速時反力で変形す
ること、このような変形が露光装置の重ね合わせ精度や
フォーカス精度等の露光精度に無視し得ない影響を及ぼ
すこと、および上記の変形はマスキングブレードの位置
に依存することを見いだし、本発明に到達した。

【０００９】本発明によれば、原版および基板を位置合
わせするアライメント系において、原版および基板のア
ライメント計測値をマスキングブレード位置に対応して
補正するようにしたため、鏡筒定盤の変形によるアライ
メント計測精度の劣化を低減することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の一形態を説明する。図１は本発明の一実施例に係る走
査露光装置の構成を示す。この装置は、レチクルのパタ
ーンの一部を投影光学系を介してスリット状にウエハに
投影し、この投影光学系に対し相対的にレチクルとウエ
ハを共に同期して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。図１にお
いて、１は照明光学系で、レチクルステージ１１に保持
されたレチクル２上の所定の領域をスリット状に照明す
る。３は投影光学系で、レチクル２上の照明光学系１に
より照明された領域のパターンを所定の縮小倍率でウエ
ハステージ５に保持されたウエハ６上に投影する。

【００１１】レチクルステージ１１は不図示のリニアモ
ータによってＸ方向へ駆動し、ウエハステージ５は不図
示のＸ方向リニアモータおよびＹ方向リニアモータによ
ってＸおよびＹ方向へ駆動するようになっている。レチ
クル２およびウエハ６の同期走査は、レチクルステージ
１１とウエハステージ５を、Ｘ方向で互いに逆向きに一
定の速度比率（例えば４：１）で移動させることにより
行なう。ウエハステージ５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５はウエハステージ定盤１
９上に設けられ、レチクルステージ１１はレチクルステ
ージ定盤２７上に設けられ、該レチクルステージ定盤２
７、後述するブレードステージ３４および投影光学系３
は鏡筒定盤１０上に設けられている。ステージ定盤１９
および鏡筒定盤１０は３つのダンパ１８を介して３点で
ベースフレーム１７上に支持されている。ダンパ１８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い。

【００１３】７，８はレーザ干渉計で、それぞれレチク
ルステージ１１およびウエハステージ５の位置を鏡筒基
準で計測する。レーザ干渉計７，８の計測値は後述する
各スコープ１２，１４，１５，１６による計測値（アラ
イメント値）とともに不図示の制御装置に送られ、この
制御装置ではこれらの計測値に基づいてレチクルステー
ジ１１およびウエハステージ５を駆動し、レチクル２お
よびウエハ６のステップ移動や同期走査等の位置決めを
行なう。

【００１４】投光手段９ａと受光手段９ｂは、ウエハス
テージ５上のウエハ６が投影光学系３のフォーカス面
（像面）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１０に
固定された投光手段９ａによりウエハ６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９ｂに
よって検出することにより投影光学系３の光軸方向にお
けるウエハ６表面の位置が検出される。投光手段９ａは
ＬＥＤ等の発光素子を有し、受光手段９ｂはＣＣＤセン
サ等の受光素子を有する。

【００１５】１２は露光光または露光光と実質同一波長
の光で投影光学系３を介してレチクルステージ１１上の
レチクル２または第１基準プレート４とウエハステージ
５上のウエハ６または第２基準プレート１３とを同時に
観察できる露光光ＴＴＲスコープである。第１基準プレ
ート４は、レチクルステージ１１のＸ方向両端部近傍
に、少なくとも一方はレチクルステージ１１がレチクル
交換位置に来たとき照明光学系１のスリット状照明領域
内に来るように固設されている。第２基準プレート１３
はウエハステージ５上のウエハ６と干渉しない位置に固
設されている。

【００１６】１４はレチクル交換位置でレチクルステー
ジ１１に固設された不図示のレチクル基準プレートとレ
チクル２との相対位置ずれを検出するためのＦＲＡ（フ
ァインレチクルアライメント）スコープ、１５はウエハ
ステージ５上のウエハ６の自身が有する基準に対する位
置ずれを非露光光で投影光学系２を介して計測するため
の非露光光ＴＴＬスコープである。非露光光ＴＴＬスコ
ープ１５の光路には、投影光学系３における露光光と非
露光光との収差を補正するための補正光学系（不図示）
およびスコープ１５側から非露光光を投影光学系３に入
射しかつウエハ６からの反射光を投影光学系３から取り
出すためのプリズム（不図示）が設けられている。

【００１７】１６は自身が有する基準に対するウエハ６
の位置ずれを投影光学系３の視野外で計測するためのオ
フアクシススコープである。３４は走査露光の前後にお
けるレチクルステージ１１の加減速および空走期間中に
露光対象ショット以外を露光しないように照明光束を制
限するための走査マスキングブレードを走査するための
ブレードステージである。ブレードステージ３４はその
位置を不図示のエンコーダにより常時計測されており、
少なくとも走査露光の開始および終了の直前および直後
はレチクルステージ１１と同期して走査される。

【００１８】この構成において、不図示の搬送手段によ
り、装置前部（図１の手前）からウエハステージ５上に
ウエハ６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６上の複数の転写領域に対してレチクル２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１１およびウエハステージ５をＸ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２上のパターンを走査するとともに、その
投影像でウエハ６を走査することにより、ウエハ６上の
所定の転写領域に対してレチクル２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９（９ａ，９ｂ）で計測され、その計測値に基づ
きウエハステージ５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つの転写領域
に対する走査露光が終了したら、ウエハステージ５を駆
動してウエハをＸ方向および／またはＹ方向へステップ
移動させることにより、他の転写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，Ｙ方向へのステップ移動と、Ｘ方向への走査露光
のための移動との組合せにより、ウエハ上の複数の転写
領域に対して、順次効率良く露光が行なえるように、各
転写領域の配置、Ｙの正または負のいずれかへの走査方
向、各転写領域への露光順等が設定されている。

【００１９】図２は、図１の装置の制御系を示すブロッ
ク図である。同図において、５１はアライメント値補正
手段、５２はアライメント計測手段、５３はステージ位
置決め手段である。ステージ位置決め手段５３内のステ
ージ５３１は図１のレチクルステージ１１、ウエハステ
ージ５、ブレードステージ３４およびそれらの駆動系に
相当し、ステージ位置計測値５３２は図１のレーザ干渉
計７，８および前記エンコーダによる計測値に相当す
る。アライメント計測手段５２内のアライメント計測値
５２１は図１のフォーカスセンサ９およびスコープ１
２，１４，１５，１６による計測値である。アライメン
ト値補正手段５１は、レチクルステージ１１の位置と各
スコープ１２，１４，１５，１６による計測値の補正値
との関係をＡＡ補正値テーブル５１１または補正関数と
して記憶している。このような補正値は予め基準レチク
ルや基準ウエハを用いてブレードステージ３４の複数位
置について誤差を測定し、この誤差に基づいて決定すれ
ば良い。

【００２０】ステージ５３１の位置はレーザ干渉計７，
８および前記エンコーダにより計測され、その計測値５
３２がステージ位置演算器５３４に入力される。また、
エンコーダによるブレードステージ３４の位置計測値は
アライメント値補正手段５１内の比較器５１２にも入力
される。比較器５１１はセンサ９および各スコープ毎に
ブレードステージ３４の位置計測値で示されるブレード
ステージ３４の位置またはその近傍位置の前記補正値を
読み込む。補間演算器５１３では、これらの補正値に基
づいて、ブレードステージ３４が現在位置にある場合の
各スコープおよびセンサの補正値を演算する。アライメ
ント計測手段５２ではセンサ９および各スコープによる
計測値５２１を補間演算器５１３からの補正値により補
正し、それをアライメント値演算器５２２で各ステージ
１１，５，３４のアライメント値に換算する。このアラ
イメント値はステージ位置決め手段５３のステージ位置
演算器５３４に入力される。ステージ位置演算器５３４
はこのアライメント値と前記ステージ位置計測値５３２
とに基づいて各ステージの位置決め目標値５３３を算出
し、ステージ５３１の駆動系に与える。ステージ５３１
の駆動系ではこの目標値に基づいて各ステージ１１，
５，３４を位置決めする。

【００２１】このようにしてブレードステージ３４が移
動する際の偏荷重や加減速時反力による鏡筒定盤１０の
変形に起因するフォーカスセンサ９や各スコープ１２，
１４，１５，１６のアライメント計測値の誤差を補正す
ることができ、アライメント計測精度の劣化を極小化す
ることができる。この場合、可能な限り各ステージを一
定の位置に置いてアライメント計測を行なうことでアラ
イメント精度をさらに向上させることができる。例え
ば、オフアクシススコープ１６および非露光光ＴＴＬス
コープ１５によるアライメント計測はブレードステージ
３４が第１ショットの露光待機位置に、レチクルステー
ジ１１がレチクル交換位置または第１ショットの露光待
機位置に位置する状態で、ＦＲＡスコープ１４による計
測はブレードステージ３４およびウエハステージを第１
ショットの露光待機位置に、レチクルステージ１１をレ
チクル交換位置または第１ショットの露光待機位置に置
いた状態で行なうようにすればよい。

【００２２】図３は、図１の装置におけるレチクルまた
はウエハのアライメント動作を示す。アライメント時、
先ず、アライメント対象物（ウエハおよび／またはレチ
クル）を搭載したステージをアライメント計測位置へ移
動する。次に、アライメント用スコープを用いてアライ
メント計測を行なう。同時に、ステージ位置によるアラ
イメント補正値を演算する。これらのアライメント計測
値およびアライメント補正値に基づいてアライメント値
を演算する。続いてアライメントが終了したか否かを判
定する。アライメントを終了していなければ、次のアラ
イメント計測位置について上述の動作を繰り返す。アラ
イメント終了の判定と並行してステージ位置とアライメ
ント値に基づくステージ目標値の演算が行なわれてお
り、前記判定がアライメント終了であれば、露光シーケ
ンスへ進んで前記ステージ目標値を用いて走査露光を実
行する。

【００２３】なお、走査露光中のフォーカス補正を行な
うためのフォーカスセンサ９の計測値やブレードステー
ジ３４を走査するための計測値についてもそれが走査露
光中に実行されることを除き、上記と同様にして計測値
の補正を行なうことができる。

【００２４】微小デバイスの製造の実施例 図４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５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。

【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の構成図で
ある。

【図２】 図１の露光装置におけるアライメント値補正
系の構成を示すブロック図である。

【図３】 図１の装置のアライメント計測シーケンスの
流れを示す図である。

【図４】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図５】 図４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：照明光学系、２：レチクル、３：投影光学系、４：
第１基準プレート、５：ウエハステージ、６：ウエハ、
７，８：レーザ干渉計、９（９ａ，９ｂ）：フォーカス
センサ、１０：鏡筒定盤、１１：レチクルステージ、１
２：露光光ＴＴＲスコープ、１３：第２基準プレート、
１４：ＦＲＡ（ファインレチクルアライメント）スコー
プ、１５：非露光光ＴＴＬスコープ、１６：オフアクシ
ススコープ、１７：ベースフレーム、１８：ダンパ、１
９：ウエハステージ定盤、２７：レチクルステージ定
盤、３４：ブレードステージ、５１：アライメント値補
正手段、５１１：ＡＡ補正値テーブル、５１２：比較
器、５１３：補間演算器、５２：アライメント計測手
段、５２１：アライメント計測値、５２２：アライメン
ト値演算器、５３：ステージ位置決め手段、５３１：ス
テージ、５３２：ステージ位置計測値、５３３：ステー
ジ目標値、５３４：ステージ位置演算器。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原版上の所定照明領域を照明する照明光
   学系と、該照明光学系の中で前記原版と略共役な位置に
   配置され前記照明領域を可変するマスキングブレード
   と、前記照明領域内の原版上パターンを基板上に投影す
   る投影光学系と、前記照明領域に対して前記原版を所定
   の方向に移動可能な原版ステージと、前記照明領域と共
   役な投影領域に対して前記基板を所定の方向に移動可能
   な基板ステージと、前記原版および前記基板の位置を計
   測するアライメント系とを有し、前記投影光学系の光軸
   に対し垂直に前記原版、基板およびマスキングブレード
   を共に走査して前記原版上のパターンを逐次前記基板上
   に投影する投影露光装置において、 前記アライメント系による前記位置計測結果を前記マス
   キングブレードの位置に対応して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、前記位置ずれ検出結果
   の補正値を前記マスキングブレードの位置を変数とする
   演算により算出する手段を有す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】 前記アライメント系は、前記マスキング
   ブレードを所定の位置に置いて前記位置ずれを検出する
   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】 前記アライメント系は、前記基板の位置
   をオフアクシスで計測するオフアクシスアライメント
   系、前記基板の位置を前記投影光学系を介して所定の非
   露光光で計測する非露光光ＴＴＬアライメント系、前記
   原版ステージ上に設けられた第１の基準マークと前記基
   板ステージ上に設けられた第２の基準マークとのずれを
   前記投影光学系を介して露光光と実質同一波長の光束で
   計測する露光光ＴＴＲアライメント系、前記原版上のパ
   ターンと前記原版ステージ上に設けられた第３の基準マ
   ークとのずれを計測する原版アライメント系、および前
   記基板のパターン面の位置を計測するフォーカス検出系
   のうち少なくとも１種を含む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】 前記オフアクシスアライメント系、非露
   光光ＴＴＬアライメント系およびフォーカス検出系は前
   記投影光学系の鏡筒を基準に計測を行なうことを特徴と
   する請求項４記載の投影露光装置。
6. 【請求項６】 前記マスキングブレードおよび前記アラ
   イメント系は、前記投影光学系の鏡筒を支持する投影光
   学系定盤に支持されていることを特徴とする請求項１〜
   ５のいずれかに記載の投影露光装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの装置を用いる
   ことを特徴とするデバイス製造方法。