JP4261706B2

JP4261706B2 - 露光装置およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP4261706B2
Application number: JP30403999A
Authority: JP
Inventors: 英治坂本; 俊哉浅野; 充井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: JP2001126974A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造等に用いられる露光装置およびこれを用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子製造に用いられる露光装置として、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置上の半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。スキャナは、ウエハステージ上の半導体ウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動させ、この走査移動中にスリット状の露光光を照射し、レチクルパターンをウエハに投影するものである。ステッパおよびスキャナは、解像度および重ね合せ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。
【０００３】
図９はこのような露光装置に用いられるウエハステージの上面概略図である。同図に示すように、露光されるウエハ１０２が、不図示のウエハチャックを介してウエハステージ１０１に搭載されている。露光光学系を基準とすると、露光光軸中心１０３の位置を不動と考えることができる。よってウエハステージ１０１は、ウエハ全面を露光するために、露光光軸中心１０３に対してＸＹ方向に移動する必要がある。結像焦点調整のため、ウエハ１０２はＺ方向およびチルト方向にも移動する必要があるが、ここでは説明を省略する。ウエハステージ１０１のＸＹ方向の位置計測には、高精度の位置決めを実現するために高分解能レーザ干渉計が使用される。レーザ干渉計を用いるためには、ウエハステージ１０１上にレーザ光を反射するための反射鏡１０７および１０８を設ける必要がある。しかし、反射鏡１０７および１０８は、ウエハステージ１０１の移動範囲全域においてレーザ光を反射するために、ウエハステージ１０１の移動距離以上の長さが必要とされる。すなわち、Ｙ方向のステージ移動距離をＬｙとすると、Ｘ方向位置計測用の反射鏡１０７の長さＬｘはＬｙ以上であることが必要となる。
【０００４】
ウエハステージ１０１の移動範囲は、露光のみを行うのであれば、ウエハ径を若干上回るものであればよい。しかし、実際にはウエハステージ１０１の移動は露光動作のみを行うためのものではない。ウエハ１０２を露光するには、結像点に対して高精度にアライメントを行う必要がある。このアライメント手法には数種のものがあるが、前もって露光転写されたウエハ上のアライメントマークにアライメント光を照射し、その反射光からアライメントずれ量を求める方法が広く用いられている。このアライメント手法においては、アライメント光軸中心と露光光軸中心が同一にならない場合がある。
【０００５】
図１０はアライメント光軸中心１０４と露光光軸中心１０３が一致しない場合の従来のウエハステージを示す。同図に示されるように、アライメント光軸中心１０４は、露光光軸中心１０３とある距離Ｌ２をもってウエハ上に照射される。ウエハステージ１０１は、ウエハ全面を露光すべくウエハ１０２をＸＹ方向に移動する必要があるのと同様に、ウエハ全面にアライメント光を照射すべくウエハ１０２をＸＹ方向に移動しなければならない。そのためには、ウエハステージ１０１の可動範囲は、アライメント光軸中心１０４と露光光軸中心１０３とがずれている分だけ大きくする必要がある。したがって、反射鏡１０７はウエハステージ１０１の移動範囲の拡大分だけ長くする必要がある。図１０を用いて説明すると、Ｘ方向位置計測用の反射鏡１０７の長さＬｘ２は、アライメント光軸１０４と露光光軸１０３とのずれＬ２分だけ長くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射鏡１０７を長くするには、次のような問題がある。すなわち、▲１▼高精度な鏡面をもつ長い反射鏡を作成するのは困難であり、▲２▼長い反射鏡の鏡面の作成にコストがかかり、▲３▼反射鏡自体の重量がかさんでステージ全体の重量が大きくなり、▲４▼ステージ重量の増加によりステージ駆動装置の発熱が増大し、そして、▲５▼ステージの機械系の固有振動数が低下して制御系の特性を下げてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、露光装置およびこれを用いたデバイス製造方法において、アライメント光軸と露光光軸が離れていても、それに応じてステージに搭載する反射鏡、リニアスケール等の位置計測に必要な物体を長くする必要がないようにするとともにスループットおよび精度を向上させることを課題とする。
【０００８】
この課題を解決するため、本発明の第１の露光装置は、順次位置決めされる基板上の各露光位置に原版のパターンを露光する露光手段と、前記基板の位置制御を行うためのステージと、前記基板についてアライメント計測を行うためのアライメント光学系と、前記ステージに固定された所定方向に伸びた反射鏡と、前記ステージの前記所定方向にほぼ垂直な方向の位置を計測し前記露光光軸に対する前記基板の位置決めを行う露光用レーザ干渉計と、前記反射鏡からの距離が前記反射鏡から前記露光用レーザ干渉計までの距離とほぼ同一であり、前記ステージの前記所定方向にほぼ垂直な方向の位置を計測し前記アライメント光学系に対する前記基板の位置決めを行うアライメント用レーザ干渉計と、前記基板の位置制御のための位置計測を前記露光用レーザ干渉計による位置計測と前記アライメント用レーザ干渉計の位置計測との間で切り換える切り換え手段とを有し、前記基板上の各露光位置のうち最後に露光される露光位置が前記反射鏡から最も遠ざかるように露光順序が決定され、前記最後の露光位置が露光された後に、前記最後の露光位置が露光されたときの前記ステージの位置において前記切り換え手段による切り換えが行われることを特徴とする。
【０００９】
第２の露光装置は、第１の露光装置において、前記各レーザ干渉計から前記反射鏡に照射されるレーザ光をそれぞれ独立に遮断するレーザ光遮断手段を有することを特徴とする。
【００１０】
第３の露光装置は、第２の露光装置において、前記レーザ光遮断手段は、遮光手段と該遮光手段を駆動するための駆動装置とを備え、前記ステージの位置に応じて前記レーザ光の遮断面積を変えるものであることを特徴とする。
【００１１】
第４の露光装置は、第３の露光装置において、前記レーザ光遮断手段は、固定された遮光板によるものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のデバイス製造方法は、第１〜第４のいずれかの露光装置を用意する工程と、この露光装置により露光を行う工程とを具備することを特徴とする。
【００１８】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例に係る露光装置のウエハステージの上面概略図である。この露光装置は、順次位置決めされるウエハ２上の各露光位置にレチクルのパターンを露光するための投影光学系と、ウエハ２の位置制御を行うためのウエハステージ１と、ウエハ２についてアライメント計測を行うためのアライメント光学系と、ウエハ２の位置制御のために、ウエハステージ１に固定されたＸおよびＹ方向に伸びた反射鏡８上における、ウエハステージ１のＹ方向位置に応じた個所の、Ｘ方向についての位置計測を行う位置計測手段とを備え、この位置計測手段は、露光光軸３に対するウエハ２の位置決めのための露光Ｘ計測干渉計６と、前記アライメント光学系の計測光軸４に対するウエハ２の位置決めのためのアライメントＸ計測干渉計７とを有する。
【００１９】
ウエハステージ１には、不図示のウエハチャックを介してウエハ２が搭載される。ウエハステージ１は、ＸＹＺ方向およびこれら各々の軸回りの回転方向に不図示の定盤に対して移動自由に支持されており、移動方向にウエハステージ１を駆動するアクチュエータとして不図示のリニアモータが搭載されている。投影光学系の隣にアライメント光学系が構成されている。アライメント光学系は露光光とは異なる波長の光を用いており、アライメント光軸中心４は、露光光軸中心３とは一致せず、Ｙ軸方向に離れた所に位置している。
【００２０】
露光装置は、また、ウエハステージ１のＹ方向の位置計測を行う不図示の第１Ｙ干渉計および第１Ｙレシーバを備え、これらにより、露光光軸中心３およびアライメント光軸中心４を通るようにＹ方向から反射鏡８に照射された第１Ｙ干渉計計測光５ａの反射光を計測する。ウエハステージ１のＸ方向の位置計測を行う露光Ｘ干渉計６およびＸレシーバ（不図示）は、露光光軸中心３を通るようにＸ方向から反射鏡８に照射された露光Ｘ計測光６ａの反射光６ｂを計測する。アライメントＸ計測用のアライメントＸ計測干渉計７およびアライメントＸレシーバ（不図示）は、アライメント光軸中心４を通るようにＸ方向から反射鏡８に照射されるアライメントＸ干渉計計測光７ａの反射光７ｂを計測する。また、前記第１Ｙ干渉計と協働してＺ軸回りの回転方向位置θｚの計測を行う第２Ｙ干渉計（不図示）が設けられている。この第２Ｙ干渉計は、第１Ｙ干渉計計測光５ａと平行にＹ方向から反射鏡８に照射された第２Ｙ干渉計計測光５ｂの反射光を計測する。また、ウエハステージ１のＺ方向位置、Ｘ軸回りの回転方向位置θｘおよびＹ軸回りの回転方向位置θｙを計測するための不図示の３本のレーザ干渉計も設けられている。なお、ウエハステージ１の位置Ｚ、θｘおよびθｙの計測は、レーザ干渉計によらなくてもよく、光学式や磁気式のリニアスケールを用いて行ってもよい。
【００２１】
ウエハステージ１は、不図示のウエハステージ制御系により、ウエハステージ１の位置計測値およびウエハステージ１への位置目標値指令に基づき、高精度に位置決めされる。
【００２２】
前記Ｘ方向の計測を行う露光Ｘ計測干渉計６およびアライメントＸ計測用のアライメントＸ計測干渉計７の位置と、ウエハステージ１上に設けられている反射鏡８の大きさは、次のような関係になっている。ウエハステージ１は、ウエハ２の全面を露光するのに十分な移動範囲を有することが要求される。そのため、ウエハステージ１の反射鏡８は、ウエハ露光時の任意のウエハステージ位置において、露光Ｘ計測干渉計６によりウエハステージ１のＸ方向位置の計測を行うのに十分な長さを有する。同様に、ウエハステージ１は、アライメント計測時にウエハ全面をアライメント計測するのに十分な移動範囲を有することが要求される。そのため、ウエハステージ１の反射鏡８は、アライメント計測時の任意のウエハステージ位置において、アライメントＸ計測用のアライメントＸ計測干渉計７によりウエハステージ１のＸ方向の位置計測を行うのに十分な長さを有する。
【００２３】
従来は、Ｘ方向の計測を行う１つのレーザ干渉計で、ウエハ露光時およびアライメント計測時のウエハステージ１のＸ方向の計測を行っていた。しかし、ウエハステージ１に設けられる反射鏡８は、できるだけ小さい方が望ましい。そこで本実施例では、ウエハステージ１のＸ方向の計測を行う干渉計を少なくとも２つ設け、そのうちの少なくとも１つがウエハステージ１の反射鏡８への照射を行っているようにしているのである。この場合、露光時のウエハステージ移動領域（以下、「露光時移動領域」という）では、アライメントＸ計測光７ａが反射鏡８から外れる場合がある。また、アライメント計測時のウエハステージ移動領域（以下、「アライメント時移動領域」という）では、露光Ｘ計測光６ａが反射鏡８から外れる場合がある。そしてレーザ干渉計は、位置の絶対値計測はできないので、一度干渉計の計測光軸が反射鏡から外れると、他のセンサや物理的な突き当てを用いて原点（零点）を再検出する必要がある。しかし本実施例においては、反射鏡８の長さは、露光Ｘ計測光６ａおよびアライメントＸ計測光７ａ間の間隔よりも大きいため、常にどちらかの計測光は、反射鏡８に照射されており、両方の計測が同時に不能になることはない。したがって、どちらかの計測光軸が反射鏡８から外れて計測不能になっても、再び反射鏡８に計測光が照射される位置にウエハステージ１が移動した際、他方の干渉計の計測値とθｚ方向の計測値とから、干渉計計測値の再設定をすることができる。
【００２４】
また、レーザ干渉計による測長精度は、媒体の温度、圧力等の変化に影響される。媒体が常温常圧の空気の場合、測長精度は約１ｐｐｍ／℃である。しかし、本実施例では、露光Ｘ計測干渉計６およびアライメントＸ計測干渉計７と反射鏡８との間をほぼ同距離に設定しているので、温度に影響される各々の干渉計の測長精度が同等であり、前述の干渉計計測値の再設定による設定誤差は小さくなっている。
【００２５】
また、レーザ光が反射鏡８から外れると、レーザ光が露光装置の構造部材に当たり、意図せずにレーザ光が露光装置外に出射されて危険であったり、さらに外れたレーザ光が他の計測系の測長精度を悪化させたりすることがある。そこで本実施例では、反射鏡８から外れたレーザ光を遮蔽するための遮光板９および遮光板９を駆動するための駆動装置１０が設けられており、反射鏡８からレーザ光が外れる前にレーザ光を遮蔽することができるようになっている。遮光板９は反射を防止するために、レーザ光の波長に対して吸収率が高い物質で構成され、あるいは表面加工がなされている。
【００２６】
次に、図２〜５により本実施例の露光装置における露光時のステージ移動を説明する。図２に示すとおり、本実施例では露光位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚの露光順序でステージ移動を行い、その後、露光Ｘ計測干渉計６による測長値をアライメントＸ計測干渉計７の測長値に渡し、アライメントＸ計測干渉計７の再設定を行う。これによれば、露光Ｘ計測干渉計６およびアライメントＸ計測干渉計７と反射鏡８との距離が最短になる露光位置Ｓｚを最後に露光するため、干渉計計測値の再設定を精度よく行うことができ、さらに、露光後に露光Ｘ計測干渉計６およびアライメントＸ計測干渉計７と反射鏡８との距離が最短になる位置に移動する必要が無いので、速やかにアライメント計測に移行することが可能となる。
【００２７】
また、露光Ｘ計測干渉計６とアライメントＸ計測干渉計７間の測長値の受け渡しを、図４のように、露光領域（露光光学系の露光野）が基板上にある範囲で、露光Ｘ計測干渉計６およびアライメントＸ計測干渉計７と反射鏡との距離が最短になる露光位置Ｓａで行ってもよいし、図５のように、露光光軸が基板外にある時に行ってもよい。これにより、露光Ｘ計測干渉計６とアライメントＸ計測干渉計間の測長値の受け渡しを、さらに精度よく行うことが可能となる。
【００２８】
ところで、図３に示すとおり、露光中、ある露光位置ではアライメントＸ計測干渉計７からのレーザ光が反射鏡８から外れることがある。その場合、本実施例では、レーザ光が反射鏡８から外れる前に遮光板９によってアライメントＸ計測干渉計７へのレーザ光を遮光することができる。なお、本実施例においては、遮光板９をアライメントＸ計測干渉計７の上流側に設置したが、下流側でもよい。また、レーザ光のビーム径全てを遮光する必要はなく、少なくとも反射鏡８から外れる部分のみを遮光してもよい。
【００２９】
以上のように、本実施例においては、Ｘ軸方向の計測についての説明を行ったが、本発明はこれに限られるものではなく、露光光軸とアライメント光軸とがＸ軸方向にずれており、Ｙ軸方向にアライメント計測を行うアライメントＹ計測用の干渉計を設ける場合に適用してもよい。
【００３０】
図６は本発明の他の実施例に係る露光装置のウエハステージの上面概略図である。反射鏡８から外れるレーザ光を遮光するために、露光Ｘ干渉計およびアライメントＸ干渉計７から下流側にあるウエハステージのさらに下流に固定した遮光板１１が設置されている。本実施例によれば、遮光板１１を駆動するための駆動装置が必要無いので、構成が簡単となる。
【００３１】
＜デバイス製造方法の実施例＞
次に上記説明した露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図７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）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計した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）ではシリコンやガラス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（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４におい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う。こうした工程を経て、半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３２】
図８は上記ウエハプロセス（ステップ４）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）ではウエハにレジストを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置または露光方法によってマスクの回路パターンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光する。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うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３３】
本実施例のデバイス製造方法によれば、露光時に使用されるウエハステージ上に長い反射鏡を固定する必要がないため、簡単で低コストな装置により、良好な位置決め特性による露光を行って、効率的にデバイスを製造することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位置計測手段として、露光光軸に対する基板の位置決めのための露光用レーザ干渉計とアライメント光学系に対する基板の位置決めのためのアライメント用レーザ干渉計とを、ステージ上の反射鏡からほぼ同距離にあるように設置し、露光用レーザ干渉計およびアライメント用レーザ干渉計間の切り換えが行われるとき、前記基板上の各露光位置のうち最後に露光される露光位置が前記反射鏡から最も遠ざかるように配置されるようにしている。これにより、切り換え時に誤差を小さくするための余計なステージ移動をする必要がなく、したがって露光装置のスループットを向上させることができる。
【００３５】
また、レーザ光遮断手段を設けたため、反射鏡から外れるレーザ光を遮光し、レーザ光が露光装置外に出るのを防止することができる。したがって、作業者に対する不慮の事故を未然に防止することができる。
【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ウエハステージの上面概略図である。
【図２】図１の装置における露光に伴うウエハステージの移動を示す図である。
【図３】図１の装置におけるレーザ光の遮光の様子を示す図である。
【図４】図１の装置における露光に伴うウエハステージの移動の他の例を示す図である。
【図５】図１の装置における露光に伴うウエハステージの移動のさらに他の例を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例に係る露光装置のウエハステージの上面概略図である。
【図７】本発明の露光装置を利用できるデバイス製造方法を示すフローチャートである。
【図８】図７中のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図９】従来のウエハステージの上面概略図である。
【図１０】従来の他のウエハステージの上面概略図である。
【符号の説明】
１：ウエハステージ、２：ウエハ、３：露光光軸中心、４：アライメント光軸中心、５ａ：第１Ｙ干渉計計測光、５ｂ：第２Ｙ干渉計計測光、６：露光Ｘ計測干渉計、６ａ：露光Ｘ計測光、６ｂ：露光Ｘ反射光、７：アライメントＸ計測干渉計、７ａ：アライメントＸ計測光、７ｂ：アライメントＸ反射光、８：反射鏡、９，１１：遮光板、１０：駆動装置、１２：露光Ｘ干渉計光軸、１３：アライメントＸ干渉計光軸、１０１：ウエハステージ、１０２：ウエハ、１０３：露光光軸中心、１０４：アライメント光軸中心、１０７，１０８：反射鏡、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓａ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ：露光位置。

Claims

順次位置決めされる基板上の各露光位置に原版のパターンを露光する露光手段と、
前記基板の位置制御を行うためのステージと、
前記基板についてアライメント計測を行うためのアライメント光学系と、
前記ステージに固定された所定方向に伸びた反射鏡と、
前記ステージの前記所定方向にほぼ垂直な方向の位置を計測し前記露光光軸に対する前記基板の位置決めを行う露光用レーザ干渉計と、
前記反射鏡からの距離が前記反射鏡から前記露光用レーザ干渉計までの距離とほぼ同一であり、前記ステージの前記所定方向にほぼ垂直な方向の位置を計測し前記アライメント光学系に対する前記基板の位置決めを行うアライメント用レーザ干渉計と、
前記基板の位置制御のための位置計測を前記露光用レーザ干渉計による位置計測と前記アライメント用レーザ干渉計の位置計測との間で切り換える切り換え手段とを有し、
前記基板上の各露光位置のうち最後に露光される露光位置が前記反射鏡から最も遠ざかるように露光順序が決定され、
前記最後の露光位置が露光された後に、前記最後の露光位置が露光されたときの前記ステージの位置において前記切り換え手段による切り換えが行われることを特徴とする露光装置。
前記各レーザ干渉計から前記反射鏡に照射されるレーザ光をそれぞれ独立に遮断するレーザ光遮断手段を有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記レーザ光遮断手段は、遮光手段と該遮光手段を駆動するための駆動装置とを備え、前記ステージの位置に応じて前記レーザ光の遮断面積を変えるものであることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
前記レーザ光遮断手段は、固定された遮光板によるものであることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。