JP3514401B2 - 走査型露光装置および方法ならびに半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
走査型露光装置および方法ならびに半導体デバイスの製造方法Info
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Description
造過程において用いられる露光装置、特にフォトマスク
パターンをウエハ上に投影して転写する投影露光装置お
よび方法ならびに半導体デバイスの製造方法に関し、詳
しくはフォトマスクパターンをウエハ上に投影露光する
際、マスクとウエハとを投影光学系(投影露光系)に対
して同期させて走査する走査型露光装置および方法なら
びに半導体デバイスの製造方法に関するものである。
覚ましく、またそれに伴う微細加工技術の進展も著し
い。特に、光加工技術はサブミクロンの解像力を有する
縮小投影露光装置、通称ステッパが主流であり、さらな
る解像力向上に向けて光学系の開口数(NA)の拡大
や、露光波長の短波長化が図られている。
の走査型露光装置を改良し、投影光学系に屈折素子を組
み込んで、反射素子と屈折素子とを組み合わせたもの、
あるいは屈折素子のみで構成した縮小投影光学系を用い
て、マスクステージと感光基板のステージ(以下、ウエ
ハステージという)との両方を縮小倍率に応じた速度比
で同期走査する走査型露光装置も注目されている。
同図に示すように、原画が描かれているマスク1はマス
クステージ4で支持され、感光基板であるウエハ3はウ
エハステージ5で支持されている。マスク1とウエハ3
は、投影光学系2を介して光学的に共役な位置に置かれ
ており、不図示の照明系からの図中Y方向に伸びるスリ
ット状露光光6がマスク1を照明し、投影光学系2の投
影倍率に比した大きさでウエハ3に結像せしめられる。
走査露光は、このスリット状露光光6、言い換えれば投
影光学系2に対してマスクステージ4とウエハステージ
5の双方を光学倍率に応じた速度比でX方向に動かして
マスク1とウエハ3を走査することにより行なわれ、マ
スク1上のデバイスパターン21全面をウエハ3上の転
写領域に転写するものである。
のウエハ上に露光する。すなわち、 マスクパターンの転写されていないウエハ(以下、フ
ァーストウエハという) マスクパターンが形成されているウエハ(以下、セカ
ンドウエハという)の上に露光する。特に、セカンドウ
エハ上に別のマスクパターンを重ね露光する場合は、特
願平7−187171号等に開示されているように、マ
スク1およびウエハ3上のパターンの配列を検出し、レ
ーザ干渉計80および81により、各ステージの位置を
モニタしながら位置合せを行なった後に露光する。
縮小投影光学系を用いた場合、ウエハ3上に形成される
パターン領域より投影倍率分だけ大きなマスク1を用い
なければならない。
するためには、マスクステージ4も大きくなり、またそ
れを駆動する駆動系を考慮すると重量が増える。その結
果、実際の露光時にマスクステージ4をスライドさせる
とマスクステージ4の重心移動による投影光学系2の姿
勢誤差、あるいは甚しい偏心が発生する。
駆動するために、マスクステージ4をある速度まで加速
する際の反動による投影光学系2の振動およびマスクス
テージ4自体のピッチングが発生する。この振動もやは
り投影光学系2の姿勢変化を招き、この姿勢変化のため
に、所望の露光領域からずれて露光されてしまう。ま
た、マスクステージ4のピッチングによっても露光面の
像ずれを発生する。これらの振動によるずれは、走査方
向に発生した場合、重合せ精度の劣化を招き、また走査
方向に垂直な方向の振動は、ウエハ3面上のフォーカス
ずれ(デフォーカスとチルト)となり、ファーストウエ
ハおよびセカンドウエハ作成時の露光精度の劣化に繋が
る。
出しても、結果的にはアライメント精度の劣化を生じ半
導体製造時の歩留まりを悪くする。
よる投影光学系2の振動の影響を排除するために、マス
クステージ4の加速開始時から振動の影響が無視できる
位置まで駆動し、その位置から露光を開始する。したが
って、走査動作の開始から露光までの時間がある程度必
要になるため、スループットの低下を招き、またマスク
ステージ4全体が大規模化してスペースの省略化が困難
となる。
スクステージ4の露光時の速度および振動が無視できる
程度に達するまでの時間に比して長くなり、かつ走査型
露光装置ではスループットの向上のために例えば奇数シ
ョットと偶数ショットではマスクステージ4の走査方向
を反転して露光するため、走査方向の両側に走査距離が
延び、そのためにさらに露光装置全体が大規模化してし
まう。
鑑み、ステージ駆動による振動の影響を、スループット
の低下や走査距離の増加なしに排除することにある。
成するため、本発明では、マスク等の第1物体を載置し
て移動する第1可動ステージと、ウエハ等の第2物体を
載置して移動する第2可動ステージと、前記第1物体上
のパターンを前記第2物体上に投影する投影光学系とを
有し、前記第1および第2可動ステージを同期させて駆
動しながら前記投影光学系を介して前記第1物体上のパ
ターンを前記第2物体上に投影する走査型露光装置にお
いて、予め測定した前記第1および第2可動ステージの
駆動によって発生する装置の変形による投影像のずれに
対する補正値を用いて露光を行う手段を有することを特
徴とする。
ジの複数の加速度または速度およびそれらの方向に応じ
た補正値を用いて、速度を補正しながら露光するとよ
い。
る前記第1物体上のパターンの投影像の像ずれに対する
ものであり、前記補正値に基づいて前記第1、第2ステ
ージの走査速度または露光位置を補正するとよい。
る前記第1物体上のパターンの投影像のフォーカスずれ
に対するものであり、前記補正値に基づいて前記第2物
体の位置をフォーカス方向に補正しながら露光するとよ
い。
正する際に、前記走査速度に応じて露光光の光量を制御
しながら露光するとよい。以下、具体的に説明する。
系2に振動が生じた場合を図4を用いて説明する。マス
クステージ4の駆動に伴い、投影光学系2は振動する
が、2aは振動の中心すなわち振動がない場合の理想位
置(以下、理想位置という)にある投影光学系である。
それに対し、破線で示した2bは振動またはマスクステ
ージ4の重心移動によって偏心した位置(以下、最大振
幅位置という)にある投影光学系を表している。50a
は理想位置のときの投影光学系の光軸を示し、それに対
して50bは最大振幅位置の投影光学系の光軸を示して
いる。
投影光学系2aの瞳52aを通過して51aの位置に到
達する。それに対して、最大振幅位置にある投影光学系
2bの場合、光51は、瞳52bを通って51bの位置
に到達する。したがって、投影光学系2の振動による位
置変動によって結像位置も変化することがわかる。すな
わち、投影光学系2の結像倍率をβとし、投影光学系2
の最大振幅量をaとすると結像位置がβaだけずれるこ
ととなる。
様子を図3に示す。図3(a)はマスクステージ4の時
間に対する速度の変化を示し、実線は投影光学系2に振
動の影響が発生せず理想的な露光時の速度変化を示す。
それに対して、一点鎖線は走査速度を2倍にした場合の
速度変化を示している。
に対する投影光学系2の振動振幅変化を表しており、ウ
エハ3面上の像のずれの様子とも読み取れる。実線はや
はり理想露光速度の場合を示し、一点鎖線は、速度が2
倍になったときを表しており、速度が2倍になることで
B点での振動振幅も大きくなる。そのため、理想露光速
度ではA点で振動の影響がなくなったのに対して、2倍
の速度では同じ位置(B点)で露光を開始すると像ずれ
の影響が大きく、C点まで走査距離を延ばさなければ振
動の影響を除去できない。 したがって、速度が2倍に
なると最適露光位置C点まで移動する距離が必要にな
り、結果的には走査距離が長くなってしまう。さらに、
露光開始までの時間が長くなり、そのままではスループ
ットの低下を招く。あるいは、マスクステージ4の移動
距離が実線の理想露光速度の場合で決まるストロークし
かない場合、速度を2倍にしてそのまま露光すると像ず
れを含んでしまい、露光精度の劣化が起こる。
まで露光するためには、B点以降の振動により発生する
オフセット量をあらかじめ測定しておき、露光時にウエ
ハステージ5とマスクステージ4の速度にこのオフセッ
ト量を考慮して速度(露光位置)を変化させて露光する
とよい。そのとき、ウエハ3上のレジストに対する露光
量の制御も速度に対して変化させることで最適な走査露
光が可能となる。
なく、ウエハ3面上でのフォーカスずれ(デフォーカ
ス、チルト)のオフセット量もあらかじめ測定してお
き、それぞれ独立にこのオフセット量をウエハステージ
5のフォーカス駆動に反映させて露光すると良い。
露光装置の概略図、図2はその詳細図である。この装置
では、これらの図に示すように、不図示の照明系からの
露光光23が、マスクステージ4で支持されたマスク
(レチクル)の紙面垂直方向(Y方向)に伸びるスリッ
ト状の露光領域を照明する。マスクステージ4のX方向
の位置を干渉計80によって観察している。また、同様
に、ウエハ3を支持しているウエハステージ5はXおよ
びY方向に駆動可能で干渉計81によってその位置をモ
ニタしている。ウエハステージ5およびマスクステージ
4は、それぞれ位置に関して制御されており、その位置
は以下で説明する情報に基づき駆動される。マスクアラ
イメントのための位置検出系(観察顕微鏡)7および8
は、マスク1およびマスクステージ4とに設けられたア
ライメントマークを観察し、マスクステージ4について
位置合せを行うために用いられる。また、ウエハ3の上
方に設けられた位置検出系(オフアクシス観察顕微鏡)
31は、ウエハ3上に形成されたアライメントマークを
観察し、各チップについてアライメント計測し、位置合
わせを行うために用いられる。
は、位置検出系7、8、31によるアライメント計測値
および投影光学系2の結像倍率βに基づき、ウエハステ
ージ5をスキャン速度Vwで、マスクステージ4をスキ
ャン速度Vm=βVwで同時走査し、この間に露光が行
なわれる。
加速度運動により投影光学系2が振動し、露光領域が変
動した場合を考える。図3(a)および(b)に示した
ように、加速時の影響で、投影光学系2が振動する。こ
の振動の振幅は、加速度Aに依存しており、像ずれの変
動量も個々の装置に固有でかつ再現性を持って発生す
る。つまり、像ずれによるオフセットは、個々の装置に
対して走査位置P(走査開始からの時間とも言える。)
と加速度Aを変数として表現され、像ずれオフセット=
OSF(A,P)となる。したがって、この加速度Aお
よび走査位置Pに対してあらかじめ発生する像ずれ量を
計測しておき、走査露光する際の速度(露光開始位置)
を補正する。なお、このときの速度変化に伴う投影光学
系2の振動は、速度変化が十分小さいため、発生しない
と考えてよい。
異なる。図3(c)は、図3(b)の場合とは反対方向
から走査したときの振動の様子を示す。この場合、例え
ば図3(b)中の条件2のポイントにおける振幅に対
し、対応する図3(c)中の条件3のポイントにおける
振幅はマイナス値となっており、振動が反転することが
わかる。したがって、走査方向に応じた補正値を保有す
る必要があり、露光時には、各走査方向に応じて反映さ
せる。以下では、図1の向きに対応させ、条件2からの
走査露光を『左走査露光』、条件3からの走査露光を
『右走査露光』と表現する。
光に関して上記補正値を考慮した場合の走査露光につい
て説明する。
トを示す。まず、ステップS200およびステップS2
01において、走査露光に先立って加速度Aに対して発
生する像ずれオフセットを計測しておく。右走査露光時
に発生するオフセットをOFS-r(A,P)、また左走
査露光時のオフセットをOFS-l(A,P)とする。こ
れらオフセットは、実際に走査露光を行って加速度Aと
走査位置Pに対して計測された値とし、様々な加速度A
に対して測定し、テーブルとして保有することで、走査
速度が変更されたときも対応することができる。また、
オフセットを加速度Aの関数として保有することも可能
であり、この関数を保有することで任意の加速度Aに対
してオフセット計測が不要となる。
ーケンスを開始し、ステップS203において、マスク
1上に設けられたアライメントマーク42aおよび42
bを位置検出系7で計測し、マスク1とマスクステージ
4との位置合せを行う。また、ウエハ3の上方に設けら
れた位置検出系31によって、不図示のウエハ3上のア
ライメントマークを観察し、最適な重合せ露光がなされ
るように位置合せを行い、このときの位置情報に基づき
後述する走査露光が行われる。走査型露光装置では、ス
ループットの向上のため、実際の露光時にはウエハ3上
のショットレイアウトに応じて、マスクステージ4を往
復駆動して露光する。したがって、ステップS204で
は、マスクステージ4の走査方向を判断し、右走査露光
のときはステップS205aへ移り、左走査露光のとき
はステップS205bへ移る。ステップS205aで
は、アライメント計測値に先立って計測されたオフセッ
トOFS-r(A,P)に基づき、露光速度を制御しなが
ら走査露光を行う。このとき、走査速度の変動に対して
ウエハ3の露光領域の照度が一定になるように、露光量
も制御しながら露光することでウエハ3またはショット
内での露光量むらの影響を除去できる。そのため、例え
ば、KrFレーザのようなパルス発振する光源を用いた
場合、露光するパルス数を制御したり、周波数を制御す
ることで解決することができる。ステップS205bに
おいても同様に、オフセットOFS-l(A,P)に基づ
き走査露光を行う。以上のように、オフセットを考慮し
て制御しながら投影露光するため、投影光学系2の振動
の影響が無視できるまでの時間およびストロークの省略
が可能となる。したがって、スループットの向上および
装置の縮小化が図れる。
ハの全ショットの露光が完了したか否かを判断し、完了
していないと判断した場合はステップS204へ戻り、
完了の場合はステップS207へ進んで露光シーケンス
を終了する。露光装置の状態(マスクステージ4の加速
度A等)の変更がない限り、ステップS202からステ
ップS207を繰り返すことで複数枚のウエハを露光す
る。
た場合、上述のテーブルに基づいた対応するオフセット
によって走査速度の制御および露光量制御を行って走査
露光する。
系2の振動によって発生する像ずれの影響に関して述べ
てきたが、投影光学系2の振動によるウエハ3面上のフ
ォーカスずれやチルト成分も発生する。これらの誤差成
分に関しても、同様にして補正することができる。すな
わち、あらかじめ加速度Aおよび走査方向に応じて発生
するオフセットを計測し、これに基づいて、走査露光す
る際にウエハステージ5を投影光学系2のフォーカス方
向に補正駆動しながら露光する。これにより、高精度の
走査露光が可能となり、かつ、装置の拡大化を防ぎ、ス
ループットの向上化を図ることができる。
1、2によれば、走査型半導体露光装置において、第1
および第2可動ステージの駆動によって発生する装置の
変形による露光条件の変化をあらかじめ測定し、実際の
露光時に測定された露光条件変化に対する補正値を反映
させながら走査露光するようにしたため、ステージ駆動
による振動の影響を、スループットの低下や走査距離の
増加なしに排除することができる。また、走査距離の増
加がないため、ステージを大規模化する必要がなく、装
置スペースの増大を回避することができる。
ジ駆動による振動の影響を、スループットの低下や走査
距離の増加なしに排除することが可能となる 。
置の概略図である。
動を説明するグラフである。
様子を示す図である。
ハ、4:マスクステージ、5:ウエハステージ、6:露
光光スリット、7,8,31:位置検出系、10,1
1:マスク基準プレート、12:ウエハ基準プレート、
13:投影光学系支持台、21:パターン領域、22:
転写領域、23:露光光、42:マスクアライメントマ
ーク、50a,50b:光軸、51,51a,51b:
露光光、52a,52b:瞳、80,81:レーザ干渉
計、101:マーク検出手段、102:演算処理回路、
103:駆動制御手段、104:誤差補正値。
Claims (20)
- 【請求項1】 第1物体を載置して移動する第1可動ス
テージと、第2物体を載置して移動する第2可動ステー
ジと、前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する投影光学系とを有し、前記第1および第2可動ス
テージを同期させて駆動しながら前記投影光学系を介し
て前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投影す
る走査型露光装置において、 予め測定した前記第1および第2可動ステージの駆動に
よって発生する装置の変形による投影像のずれに対する
補正値を用いて露光を行う手段を有することを特徴とす
る走査型露光装置。 - 【請求項2】 露光する第1および第2可動ステージの
複数の加速度または速度およびそれらの方向に応じた補
正値を用いて、速度を補正しながら露光する手段を有す
ることを特徴とする請求項1記載の走査型露光装置。 - 【請求項3】 前記補正値は前記第2物体上における前
記第1物体上のパターンの投影像の像ずれに対するもの
であり、前記補正値に基づいて前記第1、第2ステージ
の走査速度または露光位置を補正することを特徴とする
請求項1記載の走査型露光装置。 - 【請求項4】 前記補正値は前記第2物体上における前
記第1物体上のパターンの投影像のフォーカスずれに対
するものであり、前記補正値に基づいて前記第2物体の
位置をフォーカス方向に補正しながら露光することを特
徴とする請求項1記載の走査型露光装置。 - 【請求項5】 前記走査速度または露光位置を補正する
際に、前記走査速度に応じて露光光の光量を制御しなが
ら露光することを特徴とする請求項3記載の走査型露光
装置。 - 【請求項6】 第1物体を載置して移動する第1可動ス
テージと、第2物体を載置して移動する第2可動ステー
ジと、前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する投影光学系とを有し、前記第1および第2可動ス
テージを同期させて駆動しながら前記投影光学系を介し
て前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投影す
る走査型露光装置において、 予め測定した前記第1および第2可動ステージの駆動に
よって発生する装置の変形による露光条件の変化に対す
る補正値を用いて露光を行う手段を有し、 露光する第1および第2可動ステージの加速度または速
度およびそれらの方向に応じた補正値を用いて、速度を
補正しながら露光する手段を有することを特徴とする走
査型露光装置。 - 【請求項7】 第1物体を載置して移動する第1可動ス
テージと、第2物体を載置して移動する第2可動ステー
ジと、前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する投影光学系とを有し、前記第1および第2可動ス
テージを同期させて駆動しながら前記投影光学系を介し
て前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投影す
る走査型露光装置において、 予め測定した前記第1および第2可動ステージの駆動に
よって発生する装置の変形による前記第2物体上におけ
る前記第1物体上のパターンの投影像の像ずれに対する
補正値に基づいて、前記第1、第2可動ステージの走査
速度を補正する手段を有することを特徴とする走査型露
光装置。 - 【請求項8】 第1物体を載置して移動する第1可動ス
テージと、第2物体を載置して移動する第2可動ステー
ジと、前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する投影光学系とを有し、前記第1および第2可動ス
テージを同期させて駆動しながら前記投影光学系を介し
て前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投影す
る走査型露光装置において、 予め測定した前記第1および第2可動ステージの駆動に
よって発生する装置の変形による前記第2物体上におけ
る前記第1物体上のパターンの投影像の像ずれに対する
補正値に基づいて、前記第1、第2可動ステージの露光
位置を補正する手段を有することを特徴とする走査型露
光装置。 - 【請求項9】 第1物体を載置して移動する第1可動ス
テージと、第2物体を載置して移動する第2可動ステー
ジと、前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する投影光学系とを有し、前記第1および第2可動ス
テージを同期させて駆動しながら前記投影光学系を介し
て前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投影す
る走査型露光装置において、 予め測定した前記第1および第2可動ステージの駆動に
よって発生する装置の変形による前記第2物体上におけ
る前記第1物体上のパターンの投影像のフォーカスずれ
に対する補正値に基づいて前記第2物体の位置をフォー
カス方向に補正する手段を有することを特徴とする走査
型露光装置。 - 【請求項10】 第1物体を載置した第1可動ステージ
と第2物体を載置した第2可動ステージとを同期させて
駆動しながら前記投影光学系を介して前記第1物体上の
パターンを前記第2物体上に投影する走査型露光方法に
おいて、 前記第1および第2可動ステージの駆動によって発生す
る装置の変形による投影像のずれをあらかじめ測定し、
前記測定された投影像のずれに対する補正値を用いて露
光を行うことを特徴とする走査型露光方法。 - 【請求項11】 露光する前記第1および第2可動ステ
ージの複数の加速度または速度およびそれらの方向に応
じた補正値を用いて、速度を補正しながら走査露光する
ことを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 前記補正値は前記第2物体上における
前記第1物体上のパターンの投影像の像ずれであり、前
記補正値に基づいて前記第1、第2ステージの走査速度
または露光位置を補正することを特徴とする請求項10
記載の方法。 - 【請求項13】 前記補正値は前記第2物体上における
前記第1物体上のパターンの投影像のフォーカスずれで
あり、前記補正値に基づいて前記第2物体の位置をフォ
ーカス方向に補正することを特徴とする請求項10記載
の方法。 - 【請求項14】 前記走査速度または露光位置を補正す
る際に、速度に応じて露光光の光量を制御しながら露光
することを特徴とする請求項12記載の方法。 - 【請求項15】 第1物体を載置した第1可動ステージ
と第2物体を載置した第2可動ステージとを同期させて
駆動しながら前記投影光学系を介して前記第1物体上の
パターンを前記第2物体上に投影する走査型露光方法に
おいて、 前記第1および第2可動ステージの駆動によって発生す
る装置の変形による露光条件の変化をあらかじめ測定
し、測定された露光条件変化に対する補正値を用いて露
光する際、 前記第1および第2可動ステージの加速度または速度お
よびそれらの方向に応じた補正値を用いて、加速度また
は速度を補正することを特徴とする走査型露光方法。 - 【請求項16】 第1物体を載置した第1可動ステージ
と第2物体を載置した第2可動ステージとを同期させて
投影光学系に対して走査駆動しながら前記投影光学系を
介して前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する走査型露光方法において、 前記第1および第2可動ステージの駆動によって発生す
る装置の変形による前記第2物体上における前記第1物
体上のパターンの投影像の像ずれをあらかじめ測定し、
実際の露光時に前記測定された像ずれに対する補正値に
基づいて、前記第1、第2ステージの走査速度を補正す
ることを特徴とする走査型露光方法。 - 【請求項17】 第1物体を載置した第1可動ステージ
と第2物体を載置した第2可動ステージとを同期させて
投影光学系に対して走査駆動しながら前記投影光学系を
介して前記第1物体上のパターンを前記第2物体上に投
影する走査型露光方法において、 前記第1および第2可動ステージの駆動によって発生す
る装置の変形による前記第2物体上における前記第1物
体上のパターンの投影像の像ずれをあらかじめ測定し、
実際の露光時に前記測定された像ずれに対する補正値に
基づいて、前記第1、第2ステージの露光位置を補正す
ることを特徴とする走査型露光方法。 - 【請求項18】 第1物体を載置した第1可動ステージ
と第2物体を載置した第2可動ステージとを同期させて
駆動しながら前記投影光学系を介して前記第1物体上の
パターンを前記第2物体上に投影する走査型露光方法に
おいて、 前記第1および第2可動ステージの駆動によって発生す
る装置の変形による前記第2物体上における前記第1物
体上のパターンの投影像のフォーカスずれをあらかじめ
測定し、前記測定された前記投影像のフォーカスずれに
対する補正値に基づいて、前記第2物体の位置をフォー
カス方向に補正しながら露光を行うことを特徴とする走
査型露光方法。 - 【請求項19】 請求項1乃至9いずれか1項記載の走
査型露光装置を用いて前記第2物体を露光することを特
徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 【請求項20】 前記第2物体であるウエハを用意し、
請求項10乃至18いずれか1項記載の走査型露光方法
を用いて前記用意したウエハを露光することを特徴とす
る半導体デバイスの製造方法。
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-
1996
- 1996-01-16 JP JP02162596A patent/JP3514401B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09199386A (ja) | 1997-07-31 |
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