JPH1097982A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 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】 原版ステージ上の原版の原版ステージに
対する位置ずれを所定の原版アライメント位置で検出す
る手段と、原版アライメント位置で実質垂直に昇降する
昇降軸と、昇降軸に板ばねを介して取り付けられ原版ス
テージ上の原版を吸着保持可能な第２のエアーパッド
と、第２のエアーパッドにより吸着保持された原版を昇
降軸を介して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、原版ステージを原版ア
ライメント位置に送り込み、昇降軸を下降させて原版ス
テージ上の原版を第２のエアーパッドにより吸着させ、
第１のエアーパッドからエアーを吹き出させて該原版を
微少量浮上させ、検出手段で位置ずれを検出させ、この
位置ずれ検出結果に応じて微動手段により原版を微動さ
せる制御手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
角程度である。

【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、第１のエア
ーパッドを備え該エアーパッド上に載置された原版を実
質水平に吸着保持する原版ステージと、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所定の
原版アライメント位置で検出する手段と、該原版アライ
メント位置で実質垂直に昇降する昇降軸と、該昇降軸に
板ばねを介して取り付けられ前記原版ステージ上の原版
を吸着保持可能な第２のエアーパッドと、第２のエアー
パッドにより吸着保持された原版を前記昇降軸を介して
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、前記原版ステージを前記原版アラ
イメント位置に送り込み、前記昇降軸を下降させて該原
版ステージ上の原版を第２のエアーパッドにより吸着さ
せ、第１のエアーパッドからエアーを吹き出させて該原
版を微少量浮上させ、前記検出手段で前記位置ずれを検
出させ、この位置ずれ検出結果に応じて前記微動手段に
より該原版を微動させ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は、
前記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をさらに備え、前記原版
アライメント位置が前記原版交換位置とは異なる前記原
版交換手段の動作と干渉しない位置に設定されているこ
とを特徴とする。この場合、前記原版アライメント位置
は第１ショットの露光待機位置に設定することができ
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】レチクル交換時、レチクルステージ１は露
光領域外側のレチクル交換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。受け取ったレ
チクルは真空吸着パッドによりレチクルステージ１上に
保持される。次にレチクルステージ１がレチクルアライ
メント位置に移動してレチクルアライメントが行なわれ
る。レチクルアライメント時は、不図示のレチクルハン
ドラがレチクルステージ１上に下降してレチクルを掴
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。レチクルハンドラの下端には真空
吸着パッドが板ばねを介して取り付けられており、位置
合わせ時はレチクルを真空吸着パッドで保持し、かつレ
チクルステージ１の真空吸着パッドからはエアーを吹き
出してレチクルをレチクルステージ１から浮上させた状
態でレチクルアライメントステージを駆動する。

【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っ
てその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。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に来た状
態を示し、２点鎖線はレチクル交換位置（図内左側）ま
たは露光領域（図内右側）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、３
１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、３７はレ
チクルアライメントステージ、３８はレチクルアライメ
ントステージ支持部材、３９はレチクルステージガイ
ド、４０はウエハ、４１はウエハステージガイドであ
る。

【００１９】図４は、レチクル交換およびレチクルアラ
イメント時の各部の動作を示す。すなわち、レチクル交
換時、レチクルステージ１はレチクル交換位置（図４
（ａ）に示す位置）に位置決めされる。同時に、新たな
レチクル３４が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
ル交換位置に来たレチクルステージ１上に載置される。
レチクルステージ１には、図５に示すように、レチクル
チャック５６が設けられており、載置されたレチクル３
４をレチクルチャック５６で真空吸着し、レチクルステ
ージ１上に保持する。図５において、５４はレチクルス
テージ天板である。

【００２０】レチクルアライメント時、レチクルステー
ジ１はレチクルアライメント位置（図４（ｂ）に示す位
置）に移動する。図５は、このレチクルアライメント位
置におけるレチクルアライメント動作の詳細を示す。レ
チクルステージ１がレチクルアライメント位置に来る
（図５（ａ））と、レチクルハンドラ３６が下降してレ
チクルハンドラ３６の昇降軸５１の下端に板ばね５２を
介して取り付けられたレチクル吸着パッド５３によりレ
チクル３４を真空吸着する（図５（ｂ））。次に、レチ
クルステージ１上のレチクルチャック５６の真空を空気
吹き出しに切り換えてそのエアーフローによりレチクル
３４をレチクルチャック５６より微少量（例えばレチク
ルアライメントスコープ３３の焦点深度を１０μｍとす
ると、レチクル３４がその焦点深度を外れない２〜数μ
ｍ程度）浮上させる（図５（ｃ））。

【００２１】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、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。さらに、レチクルチャック
５６の空気吹き出しをオフに、真空をオンに切り換えて
レチクル３４をレチクルチャック５６に真空吸着する。
次いで、レチクルハンドラ３６のレチクル吸着パッド５
３の真空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に引き渡し、レチクルハンドラ３６を上
昇する（図４（ｃ））。

【００２２】レチクルアライメントを終了すると、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３
５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。

【００２３】なお、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。

【００２４】また、上記の位置ずれ検出に際しては、レ
チクルハンドラ３６を下降する前に、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の下降と並行して行なう。また、倍率を切り換
えた場合はレチクルハンドラ３６の上昇と並行して倍率
をもとに戻す。

【００２５】［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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】

【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。

【００２９】また、アライメント機構の原版吸着部を弾
性支持したため、原版吸着部の下降量の誤差許容量をよ
り大きく取ることができ、アライメント機構内に微動Ｚ
機構を設ける必要がなく、原版を高速に位置決めするこ
とが可能になる。

【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】 図１の装置におけるレチクル交換およびアラ
イメント処理の説明図である。

【図５】 図４に示すレチクルアライメント処理のより
詳細な説明図である。

【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、３７：レチ
クルアライメントステージ、３８：レチクルアライメン
トステージ支持部材、３９：レチクルステージガイド、
４０：ウエハ、４１：ウエハステージガイド、５１：昇
降軸（Ｚ軸）、５２：板ばね、５３：レチクル吸着パッ
ド、５４：レチクルステージ天板、５６：レチクルチャ
ック。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 第１のエアーパッドを備え、該エアーパッド上に載置さ
   れた原版を実質水平に吸着保持する原版ステージと、 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
   置ずれを所定の原版アライメント位置で検出する手段
   と、 該原版アライメント位置で実質垂直に昇降する昇降軸
   と、 該昇降軸に板ばねを介して取り付けられ前記原版ステー
   ジ上の原版を吸着保持可能な第２のエアーパッドと、 第２のエアーパッドにより吸着保持された原版を前記昇
   降軸を介して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、 前記原版ステージを前記原版アライメント位置に送り込
   み、前記昇降軸を下降させて該原版ステージ上の原版を
   第２のエアーパッドにより吸着させ、第１のエアーパッ
   ドからエアーを吹き出させて該原版を微少量浮上させ、
   前記検出手段で前記位置ずれを検出させ、この位置ずれ
   検出結果に応じて前記微動手段により該原版を微動させ
   る制御手段とを具備することを特徴とする露光装置。
2. 【請求項２】 前記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をさらに
   備え、前記原版アライメント位置が前記原版交換位置と
   は異なる前記原版交換手段の動作と干渉しない位置に設
   定されていることを特徴とする請求項１記載の露光装
   置。
3. 【請求項３】 前記原版アライメント位置が第１ショッ
   トの露光待機位置であることを特徴とする請求項２記載
   の露光装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３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。