JPH11288866A - 走査型露光装置及びその露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ上に高密度で且つ精密なパターン
を、正確に且つ高効率で形成することの出来る走査型露
光装置及び走査型露光装置の露光方法を提供する。 【解決手段】 光学系４を挟んで互いに異なる方向に移
動するレチクルステージ５とウェハステージ６を使用し
て、当該ウェハステージ６に搭載されているウェハ８
に、例えばレーザ光源１から出力されたレーザビーム２
を照射して、所定のパターンを露光させる走査型露光装
置２０であって、少なくとも一方のステージ５又は６を
当該ステージの走査方向（Ｘ方向）と同一方向若しくは
当該ステージの走査方向と直交する方向（Ｙ方向）に振
動させながら走行させる様に構成されている走査型露光
装置２０。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型露光装置及
び走査型露光装置のその露光方法に関するものであり、
特に詳しくは、精密な露光操作が要求される高密度半導
体装置を製造する場合に於いて、同期精度誤差を低減
し、且つショット毎のばらつきを低減しうる走査型露光
装置及びその露光方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、所定のウェハーに所望のパタ
ーンを露光して、半導体装置を製造する装置として、走
査型露光装置が一般的に使用されて来ている。当該従来
一般的に使用されている走査型露光装置の構造の概略
は、図５に示す様に、適宜のレーザー光発生光源１、当
該レーザー光発生光源１から出力されるレーザビーム２
を所定の径を持つビームに成形する適宜の絞り装置３、
適宜の光学系４及び当該光学系４を挟んで互いに異なる
方向に移動するレチクルステージ５とウェハステージ６
及び上記各装置、部材を集中的に制御する演算制御手段
７とから構成されており、当該絞り装置３を通過したレ
ーザビーム２’が、レチクルステージに設けられている
複数個のパターン群から選択された一つのパターンを通
過する事によって、当該パターンの形状に再成形され、
当該光学系４を介して、当該レチクルステージ５と反対
の方向に移動中のウェハステージ６に設けられているウ
ェハー８の所定の位置に予め定められた所定の時間の
間、当該パターン状に成形された当該ビームを照射露光
させる事によって、当該ウェハー上の所定の部位に当該
選択されたパターンを焼付け転写する様に構成されてい
る。

【０００３】尚、該演算制御手段７は、主として当該レ
チクルステージ５及びウェハステージ６の駆動手段９、
１０の駆動状態を直接に制御する他、当該レチクルステ
ージ５及びウェハステージ６の移動状態、現在の位置等
を検出する為のレーザ干渉計１１、１２の検出情報に基
づいて、当該レチクルステージ５とウェハステージ６と
の相対的な位置ずれ、同期ずれを検出して、その誤差、
ずれ等を０にする様に当該駆動手段９、１０にサーボ制
御をかける様に構成されているものである。

【０００４】係る走査型露光装置は、ウェハーに形成さ
れるパターンの密度が比較的小さい場合には、有効に使
用されていたが、近年の様に、ウェハーに形成されるパ
ターンの密度が大きくなり、又多層形状にパターンを形
成する様になると、各種の要因から、レチクルステージ
５とウェハステージ６との同期が取れなくなり、当該ウ
ェハー上の所定の位置に所望のパターンを形成する事が
困難となる状況になって来ている。

【０００５】例えば、図５に示す様な従来の走査型露光
装置２０を使用して、所定のウェハー８上に所望のパタ
ーンを形成する処理を行った場合に於ける当該レチクル
ステージ５及びウェハステージ６の走査方向変位に対す
る同期精度誤差の関係を図３に示す。つまり、一般的に
は、当該同期精度誤差を０となる様に、当該レチクルス
テージ５の駆動状態をウェハステージ６の駆動に一致す
る様に微調整を行っているが、実際には、上記した様に
各種の要因、例えば駆動装置の歪み、レーザ干渉計の測
定誤差等によって発生する同期制御精度誤差が存在す
る。

【０００６】即ち、図３に示す様に、一つのパターンを
露光照射する時間帯を示すスリット幅Ｓの間において、
ウェハステージ６の移動方向Ｘに対して、それと直交す
るＹ方向に同期精度誤差が発生している事が判る。尚、
図３に於ける実線は、第１層のレジストに対して所定の
パターンを露光照射する際に実際に発生した同期精度誤
差を示すものであり、又点線は、当該第１層の上に更に
第２の層のレジストを塗布して同一のパターンを同一位
置に露光照射した際に実際に発生した同期精度誤差を示
すものである。

【０００７】又、図４は、図３の結果を基に当該同期精
度誤差を移動平均した後の走査方向変位（Ｘ方向）に対
する同期精度誤差の関係を示すものである。尚、図４に
於ける実線と点線は、図３のものに対応している。図３
及び図４から理解される様に、従来の走査型露光装置に
於いては、レチクルステージ５とウェハステージ６との
間に同期精度誤差が存在しており、更には１ショット内
でもばらつきが発生している事が判明した。

【０００８】この事から、当該走査型露光装置に於いて
は、本来のレンズディストーションとは異なるショット
歪み（ダイナミックディストーション）の発生と、当該
ダイナミックディストーションのショット毎のばらつき
が発生する事が理解される。つまり、係る問題は、特に
高密度集積回路半導体装置を製造するに際しての、所定
のパターンが、所望の位置に正確に形成されず、場合に
よっては断線やショートの原因になり、またスキャン露
光装置特有の重ね合わせずれの要因となる。

【０００９】かかる走査型露光装置に於ける同期精度誤
差の発生は、必然的なものであり、従って、従来から当
該同期精度誤差を如何に検出して、又当該検出結果を基
に、如何に当該レチクルステージ５とウェハステージ６
の走査駆動をフィードバック制御するかに付いて研究開
発が行われてきているが、現在の処、有効な手段が開発
されていないのが現状である。

【００１０】尚、特開平９−１１５７９９号公報には、
走査型露光装置に、レチクルステージ及びウェハステー
ジを同期して走査する際の同期精度誤差を検出する手段
と当該同期精度誤差検出手段により検出された当該同期
精度誤差が所定の許容値を越えた場合に、その基板上の
位置を記憶する記憶手段、及び当該検出値が当該許容値
を越えた場合に警報を発生する手段とが設けられてお
り、当該警報によって、異状発生部に容易にアクセスす
る事が出来る走査型露光装置が開示されているが、当該
公報には、当該同期精度誤差を積極的に低減させる様な
技術思想は開示されていない。

【００１１】又、特開平９−１１５８２０号公報には、
上記と同様の走査型露光装置に於いて、レチクルステー
ジ５のマスクパターンの像をウェハステージ６上で光電
検出する光電検出手段、同期精度誤差検出手段、及びレ
チクルステージのパターン像の結像状態を演算する結像
状態演算手段とが設けられており、当該結像状態演算手
段によってマスクパターンの結像状態を予測する方法が
開示されており、係る技術により、結像特性の誤差を予
め予測し、結像特性を補正する様に露光条件を変更する
様にした技術が開示されているが、当該同期精度誤差そ
のものを低減する技術に関しては示唆がない。

【００１２】更に、特開平９−２９８１４７号公報に
は、上記したレチクルステージ５とウェハステージ６の
それぞれに位置合わせマークを設け、当該双方の位置合
わせマークの相対位置を検出する第１検出手段と当該ウ
ェハステージ６の位置を検出する第２の検出手段とを設
け、当該第１及び第２の検出手段の検出結果に基づいて
当該ウェハステージ６の位置の計測誤差を検出すること
によってベースラインの補正及びマスクとウェハの位置
合わせを高精度に達成する技術が開示されているが、上
記各公報に於けると同様に、当該同期精度誤差そのもの
を低減する技術に関しては示唆がない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記した従来技術の欠点を改良し、特に走査型露光
装置を使用して高密度集積半導体回路装置を製造するに
際して、レチクルステージ及びウェハステージ間の同期
精度誤差及びそのショット毎のばらつきを低減する事に
よって、ウェーハ上に高密度で且つ精密なパターンを、
正確に且つ高効率で形成することの出来る走査型露光装
置及び走査型露光装置の露光方法を提供するものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明にかかる第
１の態様としては、光学系を挟んで互いに異なる方向に
移動するレチクルステージとウェハステージを使用し
て、当該ウェハステージに搭載されているウェハに所定
のビームを照射して、所定のパターンを露光させる走査
型露光装置であって、少なくとも一方のステージを当該
ステージの走査方向と同一方向若しくは当該ステージの
走査方向と直交する方向に振動させながら走行させる様
に構成されている走査型露光装置であり、又本発明に係
る第２の態様としては、光学系を挟んで互いに異なる方
向に移動するレチクルステージとウェハステージを使用
して、当該ウェハステージに搭載されているウェハに所
定のビームを照射して、所定のパターンを露光させる走
査型露光装置に於いて、当該ビームが当該ウェハ上に照
射せしめられている間に、少なくとも一方のステージを
当該ステージの走査方向と同一方向若しくは当該ステー
ジの走査方向と直交する方向に振動させながら露光処理
を実行する走査型露光装置の露光方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る走査型露光装置及び
走査型露光装置の露光方法は、上記した技術構成を採用
することから、従来、当該レチクルステージのパターン
位置と当該ウェハステージに於ける所定のパターンの形
成位置とのずれが必然的に発生し、それによってショッ
ト毎にパターンの照射位置がずれる等の問題が発生して
いるのに対抗して、積極的にレチクルステージ５若しく
はウェハステージ６の何れか或いはその双方を、積極的
に振動させる事によって、その照射エネルギーの平均化
された位置に、所望のパターンを形成する様にする事に
よって、略、狙いどおりの位置に所望のパターンを形成
する事が可能となる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明に係る、走査型露光装置及び
走査型露光装置の露光方法の一具体例を図面を参照しな
がら詳細に説明する。即ち、図１は、本発明に係る走査
型露光装置の一具体例の構成を示す図であり、図中、光
学系４を挟んで互いに異なる方向に移動するレチクルス
テージ５とウェハステージ６を使用して、当該ウェハス
テージ６に搭載されているウェハ８に、例えばレーザ光
源１から出力されたレーザビーム２を照射して、所定の
パターンを露光させる走査型露光装置２０であって、少
なくとも一方のステージ５又は６を当該ステージの走査
方向（Ｘ方向）と同一方向若しくは当該ステージの走査
方向と直交する方向（Ｙ方向）に振動させながら走行さ
せる様に構成されている走査型露光装置２０が示されて
いる。

【００１７】尚、本発明に係る走査型露光装置２０に於
いて、図５に示す従来の走査型露光装置２０と同一の構
成に関しては、その説明を省略する。つまり、本発明に
於いては、当該振動を適用するステージとしては、望ま
しくは、当該ウェハステージ６であるが、当該レチクル
ステージ５を振動させるものであってもよく、更には、
当該レチクルステージ５とウェハステージ６の双方が、
それぞれの当該ステージの走査方向（Ｘ方向）と同一方
向若しくは当該ステージの走査方向と直交する方向（Ｙ
方向）に振動させながら走行させる様に構成されている
もので有っても良い。

【００１８】本発明に係る当該ステージ手段を振動させ
るに際しては、露光用の照射ビーム２が通過するスリッ
ト３の幅Ｓ内に於ける当該レチクルステージ５とウェハ
ステージ６の間の同期誤差が、複数回の周期性を示す様
に、当該少なくとも一方のステージを振動させる様に構
成されている事が望ましい。当該振動は、適宜の該レチ
クルステージ５若しくは当該ウェハステージ６をそれぞ
れ個別に走査駆動させる駆動手段９及び１０に更に別個
に適宜の振動付加手段１３、１４をそれぞれ付加的に設
けたものである事が望ましい。

【００１９】本発明に係る当該レチクルステージ５若し
くはウェハステージ６の少なくとも一方を当該レチクル
ステージ５若しくはウェハステージ６の走査方向と同一
若しくはそれと直交する方向に振動を付与するものであ
る。当該振動付与手段１３、１４は従来使用されている
適宜の振動付与手段を使用することが可能である。

【００２０】又、本発明に於いて、当該レチクルステー
ジ５若しくはウェハステージ６或いはその双方に当該振
動を付与する際には、予め当該レチクルステージ５とウ
ェハステージ６との同期精度誤差を例えば誤差検出手段
１６を使用して検出しておき、その情報を適宜の記憶手
段１５に位置情報と共に記憶させておき、当該記憶手段
１５を常時モニターしながら、当該同期精度誤差が所定
の大きさになった時点で、予め定められた振動条件に従
って振動を付与する様にしても良く、又、当該同期精度
誤差をリアルタイムで検出しながら、当該同期精度誤差
の程度、発生パターン等に応じて、最適な振動パターン
を当該記憶手段１５から選択して使用する事も可能であ
る。

【００２１】更には、検出された当該同期精度誤差が許
容値を越えた場合に、予め定められた特定の振動を付与
する様にしても良い。本発明に係る当該振動のパターン
は、特に限定されるものではなく単振動若しくは非単振
動の何れでも使用する事ができるが、望ましくは単振動
であり、その振幅及び振動数は、一定である事が望まし
い。

【００２２】当該単振動のパターンとしては、例えば、
振幅が±１０ｎｍで、振動数が１００Ｈｚが好ましい。
勿論本発明に於いては、単振動に限定されるものではな
く、図２（Ａ）に示す様に、特異なパターンを持つ振動
を使用する事も可能である。本発明に係る当該走査型露
光装置に於いては、上記した様に、係る単振動或いは図
２（Ａ）に示す様な特異な振動パターン等を含む、予め
定められた複数種の所定の振動条件、振動パターンを、
記憶手段１５に記憶させておくものである。

【００２３】図２（Ａ）は、図３に示した従来例と同一
の条件に基づいて、走査型露光装置を使用して所定の半
導体装置を製造するに際し、本発明に係る当該振動をウ
ェハステージ６に付加した場合の振動パターンの例を示
したものである。つまり、図３と同様に図２（Ａ）に於
いては、当該ウェハステージ６の走査方向変位に対する
走査方向同期精度誤差（干渉計の読み）（Ｙ方向）の関
係を示すグラフであり、当該スリット幅Ｓとした場合、
距離Ｓの中で当該同期精度誤差が略ｎ回の周期性を持つ
様にレチクルステージ５をウェハステージ６に同期させ
た場合の状態を示している。

【００２４】つまり、図２（Ａ）に於いては、第１の層
に於ける露光照射時に於いては、実線に示す様な走査方
向とは直交する方向に振動を、当該ウェハステージ６に
付加したものであり、又第２層目に対する露光照射時に
於いては、点線で示す様な振動を付加した例を示してい
る。当該振動に於いて、振動回数ｎ個の周期の極値はそ
れぞれ異なるが、実際に露光時に影響するのは、スリッ
ト幅Ｓ分の移動平均である。

【００２５】即ち、図２（Ｂ）に示す様に、移動平均後
の走査方向変位に対する当該同期精度誤差の関係を見る
と、移動平均後の同期精度誤差はならされてゼロに近く
なっている。係る傾向は、当該振動に於ける振動回数ｎ
の値が大きい程ゼロに近くなると言うことも判明してい
る。従って、当該レチクルステージ５及びウェハステー
ジ６間の同期精度誤差及びショット間のばらつきを低減
する事が可能となる。

【００２６】つまり、本発明に於いて、当該ウェハー上
に所定のパターンを形成するに際し、当該スリット幅Ｓ
の間に例えばｎ回の振動を与え、それぞれの振動の極値
に於いて、個別にショットが実行される様に構成してお
くと、それぞれのショットに際しては、当該所望のパタ
ーンが露光される位置がそれぞれ微妙に異なることにな
るが、結局の処、周辺部に於いては充分な照射エネルギ
ーが蓄積しないので、レジストにはパターンが形成され
ないが、その平均値位置に於いて、所定の照射エネルギ
ー以上の照射エネルギーが蓄積された部分には、パター
ンが形成される事になるので、当該振動走査を付加する
事によって、当初予定していた部位に正確に且つ同期精
度誤差がなく所望のパターンを形成する事が可能とな
る。

【００２７】上記した本発明の他の具体例としては、当
該何れかのステージが何らかの原因で、回転若しくは変
位した場合の回転変位方向、或いはレチクルステージの
走査面と直交する軸方向つまり光軸方向（つまりＺ方
向）に関して振動を付与する事も出来る。本発明に係る
走査型露光装置の露光方法としては、上記した説明から
理解される様に、基本的な技術構成としては、光学系４
を挟んで互いに異なる方向に移動するレチクルステージ
５とウェハステージ６を使用して、当該ウェハステージ
６に搭載されているウェハ８に所定のビーム２’を照射
して、所定のパターンを露光させる走査型露光装置２０
に於いて、当該ビーム２’が当該ウェハ８上に照射せし
められている間に、少なくとも一方のステージを当該ス
テージの走査方向と同一方向若しくは当該ステージの走
査方向と直交する方向に振動させながら当該露光操作を
実行する様に構成された走査型露光装置の露光方法であ
り、当該レチクルステージとウェハステージの双方が、
それぞれの当該ステージの走査方向と同一方向若しくは
当該ステージの走査方向と直交する方向に振動させなが
ら走行させる様にすることも望ましい。

【００２８】更に、本発明に於いては、当該露光用の照
射ビームが通過するスリット幅Ｓ内に於ける当該レチク
ルステージ５とウェハステージ６間の同期誤差が、複数
回の周期性を示す様に、当該少なくとも一方のステージ
を振動させるものである。又、本発明に於ける他の具体
例としては、例えば、予め定められた複数種の所定の振
動条件を記憶した記憶手段１５から、適宜の振動条件を
選択して、当該少なくとも一方のステージを当該ステー
ジの走査方向と同一方向若しくは当該ステージの走査方
向と直交する方向に振動させる様に構成する事も可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る走査型露光装置及び走査型
露光装置の露光方法は、上記した様な技術構成を採用し
ているので、スキャン露光時のディストーション（ダイ
ナミックディストーション）を低減する事が出来、その
結果、ショット内の特に重ね合わせずれ量を低減出来、
多層化半導体装置の製造に有効に活用する事が出来る。

【００３０】又、本発明に於いては、ダイナミックディ
ストーションのショット毎のばらつきも低減出来るの
で、ショット内の重ね合わせずれの量に関してショット
毎のばらつきを低減する事が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る走査型露光装置の一具体
例の構成を示すブロックダイアグラムである。

【図２】図２（Ａ）は、本発明に係る走査型露光装置の
露光方法を実施した場合の振動付与の例を示すグラフで
あり図２（Ｂ）は、その効果を示すグラフである。

【図３】図３は、従来に於ける走査型露光装置を使用し
て半導体装置を製造する場合の同期精度誤差の程度を示
すグラフである。

【図４】図４は、図３に於ける同期精度誤差を移動平均
化した場合の結果を示すグラフである。

【図５】図５は、従来に於ける走査型露光装置の構成の
一具体例を示すブロックダイアグラムである。

【符号の説明】

１…レーザー光源 ２、２’…レーザービーム ３…スリット ４…光学系 ５…レチクルステージ ６…ウェハステージ ７…演算制御手段 ８…ウェハー ９、１０…ステージ駆動手段 １１、１２…干渉計 １３、１４…振動付与手段 １５…記憶手段 １６…同期精度誤差検出手段

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系を挟んで互いに異なる方向に移動
   するレチクルステージとウェハステージを使用して、当
   該ウェハステージに搭載されているウェハに所定のビー
   ムを照射して、所定のパターンを露光させる走査型露光
   装置であって、少なくとも一方のステージを当該ステー
   ジの走査方向と同一方向若しくは当該ステージの走査方
   向と直交する方向に振動させながら走行させる様に構成
   されている事を特徴とする走査型露光装置。
2. 【請求項２】 当該レチクルステージとウェハステージ
   の双方が、それぞれの当該ステージの走査方向と同一方
   向若しくは当該ステージの走査方向と直交する方向に振
   動させながら走行させる様に構成されている事を特徴と
   する請求項１記載の走査型露光装置。
3. 【請求項３】 露光用の照射ビームが通過するスリット
   幅内に於ける当該レチクルステージとウェハステージ間
   の同期誤差が、複数回の周期性を示す様に、当該少なく
   とも一方のステージを振動させる様に構成されている事
   を特徴とする請求項１又は２に記載の走査型露光装置。
4. 【請求項４】 当該振動は、単振動若しくは非単振動の
   何れかである事を特徴とする請求項１乃至３の何れかに
   記載の走査型露光装置。
5. 【請求項５】 当該予め定められた複数種の所定の振動
   条件を記憶した、記憶手段が設けられている事を特徴と
   する請求項４記載の走査型露光装置。
6. 【請求項６】 光学系を挟んで互いに異なる方向に移動
   するレチクルステージとウェハステージを使用して、当
   該ウェハステージに搭載されているウェハに所定のビー
   ムを照射して、所定のパターンを露光させる走査型露光
   装置に於いて、当該ビームが当該ウェハ上に照射せしめ
   られている間に、少なくとも一方のステージを当該ステ
   ージの走査方向と同一方向若しくは当該ステージの走査
   方向と直交する方向に振動させながら当該露光操作を実
   行する事を特徴とする走査型露光装置の露光方法。
7. 【請求項７】 当該レチクルステージとウェハステージ
   の双方が、それぞれの当該ステージの走査方向と同一方
   向若しくは当該ステージの走査方向と直交する方向に振
   動させながら走行させる事を特徴とする請求項６記載の
   走査型露光装置の露光方法。
8. 【請求項８】 露光用の照射ビームが通過するスリット
   幅内に於ける当該レチクルステージとウェハステージ間
   の同期誤差が、複数回の周期性を示す様に、当該少なく
   とも一方のステージを振動させる事を特徴とする請求項
   ６又は７に記載の走査型露光装置の露光方法。
9. 【請求項９】 当該振動は、単振動若しくは非単振動の
   何れかである事を特徴とする請求項６乃至８の何れかに
   記載の走査型露光装置の露光方法。
10. 【請求項１０】 当該予め定められた複数種の所定の振
    動条件を記憶した、記憶手段から、適宜の振動条件を選
    択して、当該少なくとも一方のステージを当該ステージ
    の走査方向と同一方向若しくは当該ステージの走査方向
    と直交する方向に振動させる事を特徴とする走査型露光
    装置の露光方法。