JP2000100721A

JP2000100721A - 走査露光方法および走査型露光装置ならびにデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2000100721A
Application number: JP11205446A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Hashimoto; 豪之橋本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクと基板との同期精度を従来どおり維持し
たまま、スループットの向上を図ることを目的とする。【解決手段】ウエハ（基板）Ｗとレチクル（マスク）Ｒ
とを同期移動させることによりレチクルＲのパターンを
ウエハＷの各ショット領域３１，３２に順次転写する走
査露光方法において、ウエハＷの移動を制御する主制御
系１３、ウエハステージ１７及びウエハステージ制御系
（基板移動制御系）の応答特性、及びレチクルＲの移動
を制御する主制御系１３、レチクルステージ１１及びレ
チクルステージ制御系２７（マスク移動制御系）の応答
特性のうち少なくとも一方を、露光区間３８と、露光区
間３８以外の移動区間３４および加速区間３６（非露光
区間）とで変更することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子、液晶
表示素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、または薄膜磁気ヘ
ッド等の半導体デバイスを製造するためのフォトリソグ
ラフィ工程において、マスクと基板とを同期して相対移
動させることによりマスクのパターンを基板の各ショッ
ト領域に順次転写する走査露光方法および走査型露光装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−１３４８６４号公報には、露
光方法に係わる従来技術が開示されている。この公報に
記載されている従来の技術は、マスクとしてのレチクル
に形成された回路パターンの一部を、投影光学系を介し
てフォトレジスト等が塗布された感光基板としてのウエ
ハ上に投影する。そして、これらレチクルとウエハとを
互いに逆方向に同期移動させてウエハ上に投影光を走査
することにより、ウエハ上の所定領域（ショット領域）
に回路パターンを転写するものである。このような露光
方法は走査露光方法と呼ばれている。

【０００３】ウエハの表面（ＸＹ平面）には、Ｘ方向お
よびＹ方向に多数のショット領域が設定されている。こ
のような各ショット領域に対して回路パターンを転写す
る場合、所定の順番でショット領域に回路パターンの投
影光を順次照射することにより、１枚のウエハ上におけ
る全てのショット領域について回路パターンの転写を行
っている。この場合、ウエハは、後述する制御手段によ
って制御されるウエハステージに保持されている。この
ウエハステージにより、ウエハは２次元平面内（Ｘ方向
およびＹ方向）を移動する。また、レチクルも同様に制
御手段によって制御されるレチクルステージに保持され
ている。そして、このレチクルステージにより、レチク
ルは２次元平面内を移動する。例えば、第ｎ番目のショ
ット領域に続いてＹ方向に隣り合う第（ｎ＋１）番目の
ショット領域に回路パターンを転写する場合、前記制御
手段は、ウエハステージを所定速度でＸ方向に移動させ
て第ｎ番目のショット領域に回路パターンを露光・転写
させる。続いて、ウエハステージをＹ方向に所定ピッチ
だけ移動させた後、前記所定速度に加速してウエハステ
ージを−Ｘ方向に移動させて第（ｎ＋１）番目のショッ
ト領域に回路パターンを転写する。この際、制御手段
は、ウエハステージをレチクルステージの移動と同期さ
せつつ、ウエハの移動方向に対して反対方向でかつウエ
ハの移動速度に対して所定の速度比をもって移動させ
る。

【０００４】このように、走査型露光装置においては、
マスクステージの移動とウエハステージの移動とを同期
させながら、所定の速度比をもってマスクステージとウ
エハステージとを相対移動させて露光を行う。従来の走
査型露光装置においては、ウエハステージおよびマスク
ステージの移動に対する制御を、所定の制御特性（制御
系における比例係数等の設定値）が常に一定に維持され
た状態で行っていた。すなわち、ステージの移動（マス
クステージおよびウエハステージの移動を含む。以下、
適宜総称してステージと言う。）をショット領域内へ露
光している露光区間と、ショット領域への露光が行われ
ていない非露光区間とに分けると、従来のステージ制御
では露光区間の制御と非露光区間の制御を同一の制御特
性に基づいて行っていた。

【０００５】ところで、図５（ａ）に図示されるよう
に、前記非露光区間には、ステージを露光する際に必要
なステージ速度Ｖmaxまでステージ速度を上げる加速区
間（図５（ａ）におけるｔ0〜ｔ1の間）と、加速に伴っ
て発生するステージの振動を露光前に所定の状態まで収
束させる整定区間（図５（ａ）におけるｔ1〜ｔ2の間）
とが含まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常、走査型露光装置
において、ウエハステージの移動とレチクルステージの
移動との同期精度を評価するパラメータとして、ＭＥＡ
Ｎ値（誤差の移動平均値）およびＭＳＤ（誤差の移動標
準偏差）がある。そして、従来の走査型露光装置におい
ては、ステージの振動成分のうち、高周波の成分を抑え
るために、露光区間、非露光区間に関わらずＭＳＤ値を
優先的に考慮してステージ制御系の設定値を設定してい
た。しかしながら、ＭＳＤ値を優先的に考慮してステー
ジ制御系の設定値を決定すると、高周波成分の振動は抑
制できるが、低周波成分の振動は増大することになる。
このため、低周波成分の振動を露光精度に悪影響を与え
ない許容範囲内に整定させるための時間（整定時間）が
長くなっていた。その結果、露光装置自体のスループッ
トを下げる原因となっていた。本発明は、このような問
題点を解決することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明では、基板とマスクとを同期し
て移動させることにより、マスクのパターンを前記基板
上に転写する走査露光方法であって、前記パターンを転
写しながら前記基板および前記マスクを移動させる露光
ステップと、前記露光ステップ以外で前記基板および前
記マスクを移動させる非露光ステップと、前記基板の移
動を制御する基板移動制御系の応答特性、および前記マ
スクの移動を制御するマスク移動制御系の応答特性のう
ち少なくとも一方を、前記露光ステップで用いる第１の
特性と前記非露光ステップで用いる第２の特性とで切り
替えるステップと、を設けた。請求項１記載の発明によ
れば、マスク移動制御系の応答特性または基板移動制御
系の応答特性を、露光ステップと非露光ステップとで変
更することにより、露光ステップおよび非露光ステップ
それぞれにおける応答特性の最適化を図ることができ
る。その結果、非露光ステップの時間（整定区間）が短
縮化され、スループットの向上を図ることができる。請
求項２記載の発明では、請求項１記載の走査露光方法に
おいて、前記第２の特性が、前記第１の特性よりも前記
応答特性を向上させるように設定される。請求項３記載
の発明では、請求項２記載の走査露光方法において、前
記基板移動制御系または前記マスク移動制御系が、前記
基板または前記マスクの移動を比例積分制御で行うよう
に構成し、前記非露光ステップの際に前記比例積分制御
に用いる第１の比例係数が、前記露光ステップの際に前
記比例積分制御に用いる第２の比例係数よりも高い値に
設定される。請求項４記載の発明では、請求項３記載の
走査露光方法において、前記第１の比例係数と前記第２
の比例係数とを切り替える際に、該比例係数の変化開始
から変化終了までの間の各時刻における微分係数を、連
続的に変化させるように構成した。請求項５記載の発明
では、請求項１記載の走査露光方法において、前記パタ
ーンを前記基板上における複数の領域に転写するように
し、前記所定の領域に対する前記パターンの転写が終了
した後に次の領域まで前記基板を移動させる際は、前記
基板の移動軌跡を、微分係数が連続的に変化する滑らか
な曲線となるように設定した。請求項６記載の発明で
は、少なくとも一部に所定のパターンが形成されたデバ
イスの製造方法であって、前記パターンを、請求項１記
載の露光方法を用いて形成するようにした。請求項７記
載の発明では、基板とマスクとを同期して移動させるこ
とにより、マスクのパターンを前記基板上に転写する走
査型露光装置であって、前記基板を移動させる基板駆動
手段と、前記マスクを移動させるマスク駆動手段と、前
記基板駆動手段および前記マスク駆動手段の少なくとも
一方を制御する制御手段と、を設け、前記制御手段が、
前記制御時における応答特性を、前記パターンを転写し
ながら前記基板および前記マスクを移動させる露光区間
で用いる第１の特性と、前記露光区間以外で前記基板お
よび前記マスクを移動させる非露光区間で用いる第２の
特性とを切り替えるように構成した。請求項８記載の発
明では、請求項７記載の走査型露光装置において、前記
制御手段が、前記第２の特性を、前記第１の特性よりも
前記応答特性が向上するように設定した。請求項９記載
の発明では、請求項８記載の走査型露光装置において、
前記制御手段が、前記基板または前記マスクの移動を比
例積分制御によって行うように構成し、前記非露光区間
で前記比例積分制御に用いる第１の比例係数を、前記露
光区間で前記比例積分制御に用いる第２の比例係数より
も高い値に設定した。請求項１０記載の発明では、請求
項９記載の走査型露光装置において、前記制御手段が、
前記第１の比例係数と前記第２の比例係数とを切り替え
る際に、この比例係数の変化開始から変化終了までの間
の各時刻における微分係数を、連続的に変化させるよう
に構成した。請求項１１記載の発明では、請求項７記載
の走査型露光装置において、前記パターンは前記基板上
における複数の領域に転写されるようにし、前記制御手
段は、所定の領域に対する前記パターンの転写が終了し
た後に次の領域まで前記基板を移動させる際は、前記基
板の移動軌跡を、微分係数が連続的に変化する滑らかな
曲線となるように設定した。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる走査露光方法の一実施形態について説明する。図
１は、本発明の走査露光方法が適用される走査型露光装
置の機能構成を示すブロック図である。図１において、
光源系１は、光源およびウエハ（基板）Ｗ上の照度を調
節する減光部等を含む。この光源系１は、主制御系１３
によって光源や減光部等が制御されるように構成されて
いる。そして、光源および減光部を制御することによ
り、ウエハＷ上の照明光ＩＬの照度を調節する。このよ
うな光源系１から射出された照明光ＩＬは、フライアイ
レンズ４に入射するようになっている。照明光ＩＬとし
ては、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシ
マレーザ光、銅蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あ
るいは超高圧水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線
等）等が用いられる。

【０００９】フライアイレンズ４は、レチクル（マス
ク）Ｒを均一な照度分布で照明するために、照明光ＩＬ
に基づいて多数の２次光源を形成するものである。フラ
イアイレンズ４の射出側には照明系の開口絞り５が配置
されている。この開口絞り５から射出される照明光ＩＬ
（２次光源）は、反射率が小さく透過率の大きなビーム
スプリッター６に入射するようになっている。ビームス
プリッター６は、開口絞り５から入射された照明光ＩＬ
の殆どを第１リレーレンズ７Ａに透過させると共に、そ
の一部を集光レンズ１９に向けて反射する。

【００１０】ビームスプリッター６を透過した照明光Ｉ
Ｌは、第１リレーレンズ７Ａを経て可動ブラインド８の
開口部を通過する。この可動ブラインド８は、レチクル
Ｒのパターン面に対する共役面に配置されている。可動
ブラインド８の開口部は、その走査方向の幅および位置
が、ブラインド駆動系８ａにより連続的に変化するよう
に構成されている。ブラインド駆動系８ａは、主制御系
１３から出された指令に基づいてブラインド駆動系８ａ
を介して可動ブラインド８を開閉する。これにより、照
明光ＩＬの照明領域は連続的に調整され、ショット領域
以外の部分への露光が防止される。

【００１１】可動ブラインド８を通過した照明光ＩＬ
は、第２リレーレンズ７Ｂ、光路折り曲げ用のミラー９
およびメインコンデンサーレンズ１０を経て、レチクル
Ｒ上のスリット状の照明領域２４に均一な照度分布で照
射される。この照明領域２４に照射された照明光ＩＬに
よって、レチクルＲ上の照明領域２４内に形成されたパ
ターンは、投影光学系１５を介して投影倍率β（βは例
えば１／４）で反転縮小した状態でウエハＷ上のスリッ
ト状の露光領域２４Ｗに投影・露光される。なお、以下
の説明では、投影光学系１５の光軸に平行な方向をＺ軸
とし、その光軸に垂直な平面内でスリット状の照明領域
２４に対するレチクルＲの走査方向（紙面に平行な方
向）をＸ方向、該Ｘ軸およびＺ軸に垂直な方向（紙面に
垂直な方向）をＹ方向とする。

【００１２】レチクルＲは、レチクルホルダ（図示略）
を介してレチクルステージ１１上に載置されている。レ
チクルステージ１１は、投影光学系１５の光軸に垂直な
Ｘ−Ｙ平面内で２次元的に微動してレチクルＲを位置決
めすると共に、走査方向つまりＸ方向に所定の走査速度
で移動するように構成されている。このレチクルステー
ジ１１は、例えば、サーボモータによって駆動されるよ
うになっている。また、レチクルステージ１１の移動ス
トロークは、走査方向に関して、レチクルＲの全面が少
なくとも照明領域２４を横切ることができる幅に設定さ
れている。

【００１３】また、レチクルステージ１１の−Ｘ方向の
端部には、外部のレーザ干渉計２２ａから照射されたレ
ーザビームを反射する移動鏡２２ｂが固定されている。
このレーザ干渉計２２ａによって、レチクルステージ１
１の位置は常時モニタされている。レチクルステージ１
１の位置情報は、レーザ干渉計２２ａからレチクルステ
ージ制御系２７に出力され、さらにレチクルステージ制
御系２７から主制御系１３に伝送されるようになってい
る。主制御系１３は、レチクルステージ１１の位置情報
に基づき、レチクルステージ制御系２７を介してレチク
ルステージ１１の位置および移動速度を制御する。レチ
クルステージ制御系２７は、主制御系１３から入力され
る指示に基づいてレチクルステージ１１の移動を直接に
制御・駆動するものである。このレチクルステージ制御
系２７は、例えば、ＰＩＤコントローラ等によって構成
することができる。主制御系１３、レチクルステージ１
１およびレチクルステージ制御系２７は、マスク移動制
御系を構成するものである。

【００１４】ウエハＷは、ウエハホルダ（図示略）を介
してＺチルトステージ１６上に載置されている。Ｚチル
トステージ１６は、ウエハステージ１７上に載置されて
いる。ウエハステージ１７は、ウエハステージ制御系２
８によってＸ方向およびＹ方向に駆動される。このウエ
ハステージ１７によって、前記照明光ＩＬのウエハＷ上
の各ショット領域へのスキャンニング（走査）と、次の
露光開始位置までのステッピングとを繰り返すステップ
・アンド・スキャン動作が実現される。Ｚチルトステー
ジ１６およびウエハステージ１７は、例えば、サーボモ
ータによって駆動されるようになっている。また、ウエ
ハＷは、Ｚチルトステージ１６によってＺ方向への移
動、およびＸＹ平面に対する傾斜が調整されるようにな
っている。Ｚチルトステージ１６の端部には、外部のレ
ーザ干渉計２３ａから照射されたレーザビームを反射す
る移動鏡２３ｂが固定されている。このレーザ干渉計２
３ａによって、Ｚチルトステージ１６（ウエハＷ）の位
置は常時モニタされるようになっている。Ｚチルトステ
ージ１６の位置情報は、レーザ干渉計２３ａからウエハ
ステージ制御系２８に出力され、さらにウエハステージ
制御系２８から主制御系１３に供給されるようになって
いる。

【００１５】主制御系１３は、Ｚチルトステージ１６の
位置情報に基づいて、ウエハステージ制御系２８を介し
てウエハＷの位置および移動速度を制御する。ウエハス
テージ制御系２８は、主制御系１３から出力された指示
に基づいてＺチルトステージ１６およびウエハステージ
１７を直接、制御・駆動するものである。このウエハス
テージ制御系２８は、例えば、ＰＩＤコントローラ等に
よって構成することができる。主制御系１３、ウエハス
テージ１７およびウエハステージ制御系２８は、基板移
動制御系を構成するものである。また、主制御系１３、
レチクルステージ制御系２７、および基板ステージ制御
系２８は、本実施形態の走査型露光装置における制御回
路（制御手段）の一部を構成するものである。

【００１６】図２は、ウエハステージ制御系２８の制御
ブロック図である。このウエハステージ制御系２８は、
減算器２８ａ、比例器（線形増幅器）２８ｂ、積分器２
８ｃ、加算器２８ｄ、及び位相補償フィルタ２８ｅを備
えている。レーザ干渉計２３ａから出力されたウエハＷ
の位置情報は、制御信号として減算器２８ａに入力され
る。この位置情報は、減算器２８ａにおいて、主制御系
１３から出力されたウエハＷの位置の目標値から減算さ
れる。減算器２８ａの出力は、誤差信号として比例器２
８ｂおよび積分器２８ｃに入力される。

【００１７】比例器２８ｂは、所定の比例係数ＫP（増
幅率）に基づいて前記誤差信号を比例変換（増幅）して
加算器２８ｄに出力する。積分器２８ｃは、前記誤差信
号を一定の積分係数ＫIで積分して加算器２８ｄに出力
する。加算器２８ｄは、これら比例器２８ｂと積分器２
８ｃとから出力された各信号を加算し、位相補償フィル
タ２８ｅに出力する。位相補償フィルタ２８ｅは、零点
が「ａ」かつ極が「ｂ」によって規定されるフィルタで
ある。この位相補償フィルタ２８ｅは、加算器２８ｄか
ら出力された信号に対して位相を進める処理を施し、処
理後の信号を操作信号としてウエハステージ１７に出力
する。

【００１８】ここで、本実施形態の比例器２８ｂは、主
制御系１３から出力される切替信号に基づいて、比例係
数ＫPを切り替えることができるように構成されてい
る。すなわち、本実施形態では、制御特性を規定する制
御パラメータ（比例係数ＫP、積分係数ＫI、零点ａ、極
ｂ等）のうち、比例係数ＫPを切り替えることにより、
ウエハＷの位置制御における制御特性を切り替えるよう
に構成されている。なお、これらの各制御パラメータの
値は、ウエハステージ１７のイナーシャおよびウエハス
テージ１７を移動駆動するサーボモータの動作特性等を
考慮して決定される。前記レチクルステージ制御系２７
の構成も、ウエハステージ制御系２８と同様に構成され
ている。ただし、その制御パラメータについては、レチ
クルステージ１１のイナーシャやレチクルステージ１１
を移動駆動するサーボモータの動作特性等を考慮して決
定されている。

【００１９】図１に戻り、本走査型露光装置では、例え
ばレチクルＲの＋Ｘ方向（あるいは−Ｘ方向）への移動
に同期してウエハＷが−Ｘ方向（あるいは＋Ｘ方向）に
移動する。このときのレチクルＲの移動速度をＶR、ウ
エハＷの移動速度をＶWとすると、その比（ＶW／ＶR）
は、投影光学系１５の縮小倍率βに正確に一致したもの
になっている。これにより、レチクルＲ上のパターン
が、ウエハＷの各ショット領域に正確に転写される。ビ
ームスプリッター６で反射された照明光は、集光レンズ
１９を介して光電変換素子からなるインテグレータセン
サ２０で受光されるようになっている。そして、このイ
ンテグレータセンサ２０の光電変換信号は、主制御系１
３に供給されるようになっている。

【００２０】インテグレータセンサ２０の光電変換信号
と、ウエハＷの露光面における照明光ＩＬの照度との相
関関係は、予め求められており、主制御系１３に記憶さ
れている。主制御系１３は、この相関関係とインテグレ
ータセンサ２０から入力された光電変換信号に基づいて
ウエハＷ上の露光量を制御する。なお、図示していない
が、この走査型露光装置には、ウエハＷの露光面の位置
および露光面の傾斜角を検出するための斜入射方式の焦
点位置検出系と、レチクルＲとウエハＷの各ショット領
域との位置合わせを行うための複数のアライメントセン
サと、が設けられている。

【００２１】次に、本走査型露光装置の動作について、
図３〜図６を参照して詳しく説明する。図３は、ウエハ
Ｗの移動経路を示す図である。本走査型露光装置のよう
に、各ショット領域３１、３２に対して順次露光を行う
ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置で
は、ウエハＷが軌跡３３に沿って予め設定された一定の
速度（規定速度Ｓ）で移動される。そして、ショット領
域３１への露光が終了すると、ウエハＷは、位置Ｐから
次のショット領域３２の走査開始位置３５まで移動す
る。次に、ウエハＷは、この走査開始位置３５から前記
規定速度Ｓとなるまで加速された後、ショット領域３２
に対して露光が行われる。図３において、位置Ｐから走
査開始位置３５までの区間が、ウエハステージ１７の移
動区間３４である。また、ウエハステージ１７を規定速
度Ｓまで上げる区間が、ウエハステージ１７の加速区間
３６である。また、加速後のウエハステージ１７の振動
を整定（収束）させるために設けられた区間がウエハス
テージ１７の整定区間である。また、ウエハステージ１
７の速度が規定速度Ｓで一定となり、露光が行われてい
る区間が、ウエハステージ１７の露光区間３８である。

【００２２】次に、マスク移動制御系としてのレチクル
ステージ制御系２７は、レチクルステージ１１がウエハ
ステージ１７と同期して、このウエハステージ１７に追
従するように制御する。この制御のため、レチクルステ
ージ制御系２７は、主制御系１３を介して、ウエハステ
ージ制御系２８から出力される制御情報を入力し、この
制御情報に基づいてレチクルステージ１１を制御する。
以下、主制御系１３がレチクルステージ１１をウエハス
テージ１７に追従させる理由について説明する。通常、
ウエハステージ１７は、ウエハＷを保持するウエハホル
ダや各種センサ等が搭載されているため重量が大きい。
このため、ウエハステージ１７に働く慣性力も必然的に
大きくなり、急加速や急静止が困難である。したがっ
て、レチクルステージ１１に比べてウエハステージ１７
の移動を速くかつ高精度に制御することは困難である。
そこで、走査型露光装置においては、ある程度の移動誤
差を容認したウエハステージ１７に対してレチクルステ
ージ１１を同期させて追従させることが望ましい。そこ
で、本実施形態では、相対的に軽量で、速くかつ高精度
に制御することができるレチクルステージ１１に対して
本発明を適用した。

【００２３】しかしながら、本発明はレチクルステージ
１１に対する制御に限定されることはない。例えば、
（1）レチクルステージ１１がウエハステージ１７に比
べ重くなる場合、（2）相対的に重いウエハステージ１
７に対して移動精度の要求が厳しくない場合は、レチク
ルステージ１１に対してウエハステージ１７を追従させ
るように構成し、本発明をそのウエハステージ１７の移
動制御に適用させることが可能である。また、レチクル
ステージ１１やウエハステージ１７の同期精度をそれほ
ど高精度に制御する必要がない場合は、レチクルステー
ジ１１とウエハステージ１７とを独立して制御すること
ができる。この場合は、本発明を各々のステージに対す
る移動制御に適用させることが可能である。

【００２４】ここで、レチクルステージ１１は、走査方
向（Ｘ方向）に対する１次元動作しか行わないため、そ
の構成の図面は省略する。図５（ａ）は、レチクルステ
ージ１１の速度特性を表す図であり、図５（ｂ）は、レ
チクルステージ１１の位置特性を表す図である。図５
（ａ）において、縦軸はスキャン方向（Ｘ方向）に関す
るレチクルステージ１１の速度Ｖを表し、横軸は時間ｔ
を表す。図５（ｂ）において、縦軸はスキャン方向（Ｘ
方向）に関するレチクルステージ１１の位置Ｘを表し、
横軸は時間ｔを表す。また、横軸の時間ｔにおいて、ｔ
０はウエハステージ１７が走査開始位置３５に到達した
時を表し、ｔ１はウエハステージ１７が加速区間３６か
ら整定区間４０に移る時を表し、ｔ２はウエハステージ
１７が整定区間４０から露光区間３８に移る時を表す。

【００２５】さて、ウエハステージ１７の移動に同期
（追従）するレチクルステージ１１は、レチクルステー
ジ制御系２７によって、図５のような速度特性、位置特
性を示す。従来のレチクルステージ１１に対するステー
ジ制御は、図５に示す加速区間と整定区間とを含む非露
光区間（ｔ0〜ｔ2）と露光区間（ｔ2以降）の双方に対
して、制御系については同じ設定値（前記比例係数ＫP
等）を用いていた。つまり、露光区間において高周波成
分の振動を許容範囲内に抑えるために、ＭＳＤ値が小さ
くなるような制御系の設定値を予め決定した場合、この
決定された設定値はステージの移動区間に関わらず一様
に用いられていた。したがって、前述したように非露光
区間における整定時間が長くなっていた。以下に、この
整定時間が長くなる理由について詳述する。なお、本説
明において、低周波はおよそ２０Ｈｚ以下の周波数、高
周波はおよそ６０〜１００Ｈｚ以上の周波数を想定して
用いることとする。

【００２６】まず、同期精度を評価するパラメータのう
ち、ＭＥＡＮ値を小さくすることを目的として制御系の
設定値を決定すると、ステージの振動成分のうち低周波
成分が抑制される。これに対して、ＭＳＤ値を小さくす
ることを目的として制御系の設定値を決定すると、ステ
ージの振動成分のうち高周波成分が抑制される。ＭＥＡ
Ｎ値とＭＳＤ値との関係は相対する関係にあり、ＭＥＡ
Ｎ値を小さくするとＭＳＤ値は大きくなってしまい、逆
にＭＳＤ値を小さくするとＭＥＡＮ値が大きくなってし
まう。そこで、従来は、ステージの移動区間に関わらず
前記設定値を一定にするという前提のもとで、高周波成
分の振動を抑制するためにＭＳＤ値が小さくなるように
制御系の設定値を決定していた。このため、低周波成分
の振動が残ることとなるが、この低周波成分の振動は、
振動が整定（収束）する時間をとることにより除去でき
る。そこで、従来は、この振動が整定する時間、すなわ
ち整定時間を長く設定することで、低周波成分の振動を
影響を低下させていた。

【００２７】これに対して本実施形態では、非露光区間
に関しては、ＭＥＡＮ値は小さくなり、ＭＳＤ値は大き
くなるような制御系の設定値を設定する。すなわち、Ｍ
ＥＡＮ値を小さくするために、後述する制御系の設定値
（例えば、比例係数ＫP）を露光区間の値よりも大きな
値にする。これにより、非露光区間では、高周波成分の
振動は増大するが、低周波成分の振動は抑制される。そ
のため、低周波成分の振動を整定するために要する時間
は短縮される。

【００２８】以下、制御系の設定値として比例係数ＫP
を用いる場合を例に挙げて、図２を用いて露光時の整定
時間が短縮される過程を説明する。レチクルステージ制
御系２７は、主制御系１３の制御のもとで、図２に示す
制御系の設定値のうち、比例器２８ｂの比例係数の値を
非露光区間と露光区間とで切り替える。具体的には、図
４に示すように、比例係数を、加速区間（ｔ0〜ｔ1）に
おいてはＫP1に設定し、露光区間（ｔ2以降）において
はＫP2（＜ＫP1）に設定する。つまり、露光区間と比較
して非露光区間における比例係数を高い値（ＫP1）に設
定する。これにより、非露光区間に関しては、比例係数
をＫP2とした場合よりも高周波成分の振動は増大する。
しかし、低周波成分の振動を抑制することができるた
め、低周波成分の振動を整定するための整定時間を短縮
することができる。換言すれば、比例係数を高い値（Ｋ
P1）に設定することにより、低周波帯域の感度が高まっ
て応答性（速応性）が向上する。図７に示すように、比
例係数をＫP1に設定したことで、低周波成分の振幅Ａ’
は、比例係数をＫP2に設定したときの振幅Ａよりも小さ
くなる。また、低周波帯域の感度が高まって、振動が許
容範囲内に収束する時間（露光区間の初期値）ｔ2がｔ
2’となり、応答性（速応性）が格段に向上しているこ
とが分かる。

【００２９】また、レチクルステージ制御系２７は、露
光区間においては、従来と同様、ＭＳＤ値を小さくする
ことを目的として、比例係数ＫP2を設定する。これは、
前述のように、露光区間においては、露光精度に悪影響
を与える高周波成分の振動を除去するためである。な
お、ｔ1からｔ2までの整定区間における、比例係数ＫP1
からＫP2への切り替えは、図４に示すように連続的な曲
線を用いることが望ましい。比例係数の値の切り替えを
連続的にすることで、比例係数が滑らかに変更され、レ
チクルステージの突発的な振動を抑制することができ
る。そのため、露光精度に悪影響を与える可能性が低減
される。連続的な曲線については、例えば、ｓｉｎ曲線
のように、その微分係数が連続的に変化する曲線を用い
ることができる。

【００３０】以上説明したように、本実施形態の走査露
光方法においては、マスク移動制御系の応答特性を、露
光区間と非露光区間とで変更することにより、露光区間
および非露光区間それぞれにおける応答特性の最適化を
図ることができる。これにより、露光時におけるレチク
ルとウエハとの同期を確保しつつ、整定時間の短縮化が
可能となり、スループットの向上を図ることができる。

【００３１】なお、本発明は以上の実施形態に限定され
るものではなく、以下のような変形が可能である。（１）実施形態では、レチクルステージ１１が同期する
ウエハステージ１７の移動軌跡を図３のように設定した
が、例えば、図６に示すような円弧状の移動軌跡として
もよい。この場合、この円弧状の移動軌跡を伴うウエハ
ステージ１７の移動にレチクルステージ１１を同期させ
る。図６に示されるウエハステージ（ウエハＷ）の移動
軌跡は、露光終了地点Ｑ１から整定区間に入る地点Ｑ２
までの間、ウエハステージ制御系２８がウエハステージ
１７を連続的に走査方向（Ｘ方向）および非走査方向
（Ｙ方向）に対して駆動することにより形成される。図
６に示す移動軌跡を用いると、図３に示す移動軌跡に比
較して、ウエハステージ１７のショット間の移動に要す
る時間が短縮される。そのため、露光時のスループット
が向上する。

【００３２】（２）実施形態では、非露光区間３４にお
いて、比例器２８ｂの比例係数ＫPを大きく設定するこ
とにより低周波帯域の感度を上げ応答特性（速応性）の
向上を図っている。しかし、レチクルステージ１１の移
動制御において応答特性を向上させる手法としては、こ
の他に様々な手法が考えられる。制御系の設計は、種々
の制御特性のバランスを考慮しつつ行われるものであ
り、応答特性以外の制御特性との兼ね合いで、比例器２
８ｂの比例係数ＫP以外の制御パラメータ（積分係数Ｋ
I、零点ａ、極ｂ等）を操作することにより応答特性の
向上を図る方が良い場合もある。その場合は、他の制御
パラメータを操作することにより、非露光区間３４にお
ける応答特性の向上を実現することが考えられる。

【００３３】（３）実施形態では、ウエハステージ１７
の移動にレチクルステージ１１を同期（追従）させ、レ
チクルステージ制御系２７に対して本発明を適用する場
合を想定した。しかし、本発明は、ウエハステージ１７
の移動を制御するウエハステージ制御系２８に対しても
適用可能である。この場合、レチクルステージ１１と異
なり、ウエハステージ１７はＸおよびＹの２次元方向に
移動するため、それぞれの方向に関する移動制御に本発
明を適用させればよい。

【００３４】なお、本実施形態の露光装置として、投影
光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマ
スクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも
適用することができる。また、露光装置の用途としては
半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例え
ば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露
光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造する
ための露光装置にも広く適当できる。本実施形態の露光
装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎ
ｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエ
キシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎ
ｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用い
ることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子
銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（La
B6）、タンタル（Ta）を用いることができる。さらに、
電子線を用いる場合は、マスクを用いる構成としてもよ
いし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成す
る構成としてもよい。

【００３５】また、投影光学系の倍率は縮小系のみなら
ず等倍および拡大系のいずれでもよい。投影光学系とし
ては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝
材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用
い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または
屈折系の光学系にし（レチクルも反射型タイプのものを
用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として
電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いれば
よい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にするこ
とはいうまでもない。

【００３６】ウエハステージやレチクルステージにリニ
アモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア
浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用い
た磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ステージ
は、ガイドに沿って移動するタイプでもよいし、ガイド
を設けないガイドレスタイプでもよい。ステージの駆動
装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永
久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに
接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステー
ジの移動面側（ベース）に設ければよい。

【００３７】ウエハステージの移動により発生する反力
は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているよ
うに、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃が
してもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装
置においても適用可能である。レチクルステージの移動
により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報
に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的
に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような
構造を有した露光装置においても適用可能である。

【００３８】以上のように、本実施形態の露光装置は、
本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種
サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学
的精度を保つように、組み立てることで製造される。こ
れら各種精度を確保するために、この組み立ての前後に
は、各種光学系については光学的精度を達成するための
調整、各種機械系については機械的精度を達成するため
の調整、各種電気系については電気的精度を達成するた
めの調整が行われる。各種サブシステムから露光装置へ
の組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接
続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含ま
れる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て
工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程がある
ことはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置へ
の組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光
装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装
置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリー
ンルームで行うことが望ましい。

【００３９】また、半導体デバイスは、図８に示すよう
に、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、
この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作
するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造す
るステップ２０３、前述した実施形態の露光装置により
レチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステ
ップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工
程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０
５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、各請求項に記載さ
れた発明においては、マスク移動制御系の応答特性を、
露光区間と非露光区間とで変更することにより、露光区
間および非露光区間それぞれにおける応答特性の最適化
を図ることができる。これにより、露光時におけるレチ
クルとウエハとの同期を確保しつつ、整定時間の短縮化
が可能となり、スループットの向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の機能構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明の一実施形態におけるウエハステージ
制御系の制御ブロック図である。

【図３】ウエハの移動経路を示す平面図である。

【図４】比例係数ＫPの切替特性を示すグラフ図であ
る。

【図５】マスクステージの速度特性および位置特性を
示す特性図である。

【図６】ウエハの他の移動経路を示す平面図である。

【図７】応答特性が向上することを説明するための図
である。

【図８】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフロ
ーチャート図である。

【符号の説明】

Ｒレチクル（マスク）Ｗウエハ（基板）１１レチクルステージ（マスク移動制御系、マスク駆
動手段）１３主制御系（マスク移動制御系、基板移動制御系）１７ウエハステージ（基板移動制御系、基板駆動手
段）２７レチクルステージ制御系（マスク移動制御系）２８ウエハステージ制御系（基板移動制御系）３１、３２ショット領域３４移動区間（非露光区間）３６加速区間（非露光区間）３８露光区間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板とマスクとを同期して移動させること
により、マスクのパターンを前記基板上に転写する走査
露光方法であって、前記パターンを転写しながら前記基板および前記マスク
を移動させる露光ステップと、前記露光ステップ以外で前記基板および前記マスクを移
動させる非露光ステップと、前記基板の移動を制御する基板移動制御系の応答特性、
および前記マスクの移動を制御するマスク移動制御系の
応答特性のうち少なくとも一方を、前記露光ステップで
用いる第１の特性と前記非露光ステップで用いる第２の
特性とで切り替えるステップと、を備えることを特徴と
する走査露光方法。
【請求項２】前記第２の特性は、前記第１の特性よりも
前記応答特性を向上させるように設定されることを特徴
とする請求項１記載の走査露光方法。
【請求項３】前記基板移動制御系または前記マスク移動
制御系は、前記基板または前記マスクの移動を比例積分
制御するものであり、前記非露光ステップの際に前記比
例積分制御に用いる第１の比例係数は、前記露光ステッ
プの際に前記比例積分制御に用いる第２の比例係数より
も高い値に設定されることを特徴とする請求項２記載の
走査露光方法。
【請求項４】前記第１の比例係数と前記第２の比例係数
とを切り替える際に、該比例係数の変化開始から変化終
了までの間の各時刻における微分係数を、連続的に変化
させることを特徴とする請求項３記載の走査露光方法。
【請求項５】前記パターンは前記基板上における複数の
領域に転写され、前記所定の領域に対する前記パターンの転写が終了した
後に次の領域まで前記基板を移動させる際は、前記基板
の移動軌跡を、微分係数が連続的に変化する滑らかな曲
線に設定することを特徴とする請求項１記載の走査露光
方法。
【請求項６】少なくとも一部に所定のパターンが形成さ
れたデバイスの製造方法であって、前記パターンは、請求項１記載の露光方法を用いて形成
されることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項７】基板とマスクとを同期して移動させること
により、マスクのパターンを前記基板上に転写する走査
型露光装置であって、前記基板を移動させる基板駆動手段と、前記マスクを移動させるマスク駆動手段と、前記基板駆動手段および前記マスク駆動手段の少なくと
も一方を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記制御時における応答特性を、前記
パターンを転写しながら前記基板および前記マスクを移
動させる露光区間で用いる第１の特性と、前記露光区間
以外で前記基板および前記マスクを移動させる非露光区
間で用いる第２の特性とを切り替えることを特徴とする
走査型露光装置。
【請求項８】前記制御手段は、前記第２の特性を、前記
第１の特性よりも前記応答特性が向上するように設定す
ることを特徴とする請求項７記載の走査型露光装置。
【請求項９】前記制御手段は、前記基板または前記マス
クの移動を比例積分制御によって制御し、前記非露光区
間で前記比例積分制御に用いる第１の比例係数を、前記
露光区間で前記比例積分制御に用いる第２の比例係数よ
りも高い値に設定することを特徴とする請求項８記載の
走査型露光装置。
【請求項１０】前記制御手段は、前記第１の比例係数と
前記第２の比例係数とを切り替える際に、この比例係数
の変化開始から変化終了までの間の各時刻における微分
係数を、連続的に変化させることを特徴とする請求項９
記載の走査型露光装置。
【請求項１１】前記パターンは前記基板上における複数
の領域に転写され、前記制御手段は、所定の領域に対する前記パターンの転
写が終了した後に次の領域まで前記基板を移動させる際
に、前記基板の移動軌跡を、微分係数が連続的に変化す
る滑らかな曲線に設定することを特徴とする請求項７記
載の走査型露光装置。