JP2000164506A - 露光方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スキャン露光、特に低速スキャン露光のスル
ープットの向上を図る。 【解決手段】 レチクルおよびウエハを定速でスキャン
して露光する露光方法において、レチクルおよびウエハ
を加速して該定速のスキャン速度に達してから露光を開
始するまでの整定時間をレチクルおよびウエハの少なく
とも一方のスキャン速度、加速度、ジャーク時間、ショ
ット位置および走査方向等の条件や場合にに応じて可変
に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク基板と被露
光基板とを同期走査させてマスク基板のパターン像を被
露光基板上に転写する走査型の露光装置に関するもので
ある。このような露光装置は、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
ロマシン等のデバイスの製造に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置としては、ウエハを搭載
したステージを平面内で位置決めした後露光を行なうこ
とを繰り返す、逐次移動型露光装置（所謂ステッパ）が
主流であったが、近年、半導体回路の微細化に伴って、
回路パターンを描画したマスク基板（レチクル）と被露
光基板（ウエハ）を、それぞれステージに搭載し、双方
を同期走査しながら露光する、いわゆるスキャン露光装
置が登場し、これに対する期待が高まってきている。ス
テッパに比べて露光フィールドを大きく取れ、コントラ
ストを一様としやすい等のスキャン露光独特の特徴が明
らかになってきていることも一因である。

【０００３】スキャン露光装置の概念図を図３に示す。
光源１０としてはＫｒＦエキシマレーザが良く用いられ
る。光源１０から出た光は、照明光学系１１において整
形され、数ｍｍ程度のスリットを通ってレチクルステー
ジ１２上に保持されたレチクル１３上に照射される。さ
らに投影光学系１４を通った光は、ウエハステージ１５
上に保持されたウエハ１６に到達する。この時、ウエハ
ステージとレチクルステージとを一定速度で逆方向に移
動させることにより、スリット幅より大きな露光フィー
ルドを得ることができる。ここで逆方向に移動させるの
は、投影光学系が像を反転させるためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スキャン露光装置には
上述のような利点もあるが、一方でウエハ１枚全体を露
光する時間がステッパに比べて短くしにくい、すなわち
装置のスループットを高くしにくい、という欠点もあ
る。特に、低速にてスキャン露光を行なう際にこの現象
が顕著になる。実際のプロセスでは、レジスト感度によ
る制限があったり、露光像質を重視したりするために、
低速でのスキャン露光は避けられない。また、露光量を
制御するためにスキャン速度を可変にする露光装置も特
開平９−１０６９３９号公報等で提案されており、この
場合も低速でのスキャン露光が行われる可能性がある。
本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされ
たもので、スキャン露光する際のスループットの向上を
図ることを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の局面では、基板を定速でスキャンし
て露光する露光方法において、基板を加速して該定速の
スキャン速度に達してから露光を開始するまでの整定時
間を条件および場合に応じて可変に設定することを特徴
とする。ここで、条件および場合とは、例えば基板のス
キャン速度、加速度、ジャーク時間、ショット位置また
はスキャン方向である。また、基板とは、レチクル等の
マスク基板や半導体ウエハ等の被露光基板を指す。

【０００６】また、本発明の第２の局面では、基板を定
速でスキャン露光する露光方法において、該定速のスキ
ャン速度を設定する工程と、基板を加速して該スキャン
速度に達してから露光を開始するまでの整定時間を、該
スキャン速度、加速度、ジャーク時間またはショット位
置に応じて可変に設定する工程とを有することを特徴と
する。この場合、一般的には、加速に要する距離と、整
定に要する距離と、露光中に移動する距離との総和がス
キャン速度に応じて異なることになる。

【０００７】さらに、本発明の第３の局面に係る露光装
置は、レチクルとウエハを同期スキャンさせ、レチクル
上に描画されたパターンを光学的にウエハ上に転写する
ことによってデバイスを形成する露光装置において、レ
チクルおよびウエハを保持してスキャンする第１および
第２の駆動装置を具備し、該第１および第２の駆動装置
のスキャン距離は、駆動装置がスキャン速度に達するま
でに走行する第１の距離と、駆動装置が露光中に走行す
る第２の距離と、駆動装置がスキャン速度に達した後露
光可能となるまでの整定時間内に走行する第３の距離と
の総和で決定され、該整定時間は、露光パラメータに応
じて可変に設定されることを特徴とする。ここで、露光
パラメータは、前記基板のスキャン速度、加速度、ジャ
ーク時間、ショット位置およびスキャン方向の少なくと
も１つである。

【０００８】本発明の好ましい実施例において、前記整
定時間は、該整定時間と前記スキャン速度との関係が略
単調増加傾向となる関数または参照テーブルを用いて決
定する。また、この関数または参照テーブルは、前記駆
動装置を駆動した結果を用いて、逐次更新する。

【０００９】

【作用】スキャン露光を行なう時、各ステージはそれぞ
れ次のように動作する。プロセス条件により決定され
るスキャン速度まで加速する。レチクルステージとウ
エハステージとの同期をとり、その誤差（同期誤差）が
所定の値以下となるまでそのまま空走する。このための
時間を整定時間と呼ぶ。光源からの光を露光フィール
ド分だけウエハまで投射させる。で空走した分さら
に空走する。これは次のショットにて反対方向からスキ
ャンした方がスループット的に有利なためである。次
のショットのため速度ゼロとなるまで減速する。

【００１０】上記は、ステージの最大加速度制限
や露光フィールド長の確保のためには必須である。また
については、装置として最も厳しい条件、すなわち
装置としてとりうる最大スキャン速度から決定されるの
が普通である。一般的に言って、スキャン速度やステー
ジ加速度が大きいほど整定時間を長く取る必要がある。
図４に、スキャン速度を変えた時の、ステージ偏差（同
期誤差）波形の様子を示す。

【００１１】スキャン露光装置においては、これらの条
件を鑑みて各ステージがスキャンすべきストローク量を
決定しなければならない。これを実現するストローク量
決定の様子を図５に示す。以下、図５を用いて従来技術
におけるストローク量の決定手順について説明する。

【００１２】１はスキャン速度設定手段であり、デバイ
ス製造プロセスの種々の条件によりスキャン速度Ｖを設
定する。２はステージ加減速パラメータ設定手段であ
り、ステージが許容できる最大加速度等の要因によって
決定される。一例として、ステージ加減速目標位置をＳ
字速度パターンにより生成する場合、最大加速度Ａと、
最大加速度に到達するまでの時間Ｔｊの２つがパラメー
タとなる。２２は整定時間設定手段であり、上述のよう
に最大スキャン速度にて許される最小の値Ｔｓを設定す
る。４は露光フィールド長Ｘｅ設定手段である。

【００１３】これらの条件から、ストローク量決定手段
５において、スキャン速度到達およびそこから減速する
ために必要なストローク（前述に相当）、整定時間内
に走行する距離（同および）、露光フィールド長
（同）を求め、全体の総和としてステージのストロー
ク量Ｘを算出する。

【００１４】このように従来技術においては、ストロー
ク量を決定する際の各種パラメータは、それぞれ独立し
たパラメータとして扱われている。一方、前記したよう
に、整定時間の設定としては、最大スキャン速度および
最大加速度において満足できる値を用いている。従って
逆説的に言えば、スキャン速度が小さくなるほど、整定
時間に余裕が生ずることになる。結果としてこの場合、
スループットが犠牲になっていることになる。

【００１５】また、整定時間は、ジャーク時間、ショッ
ト位置およびスキャン方向等によっても影響を受ける
が、従来技術においては、これらが最悪の条件または場
合においても満足できるような前記最大スキャン速度お
よび最大加速度に対する値を決定している。

【００１６】本発明は、スキャン速度、加速度、ジャー
ク時間、ショット位置およびスキャン方向等の条件およ
び場合とそれに対する整定時間を関連づける手段を具備
し、プロセス条件からスキャン速度が与えられた時スト
ローク量を決定する際にこの手段を用いることによっ
て、スループットを最大限とすることを可能とするもの
である。

【００１７】

【実施例】（第１の実施例）図１は本発明による第１の
実施例を示したもので、ステージストローク決定手段を
図示したものである。図１において、１はスキャン速度
設定手段であり、半導体製造プロセスの種々の条件によ
りスキャン速度Ｖを設定する。２はステージ加減速パラ
メータ設定手段であり、ステージが許容できる最大加速
度等の要因によって決定される。ここでは、ステージ加
減速目標位置をＳ字速度パターンにより生成するものと
し、最大加速度Ａと、最大加速度に到達するまでの時間
Ｔｊの２つをパラメータとして設定する。３は整定スト
ローク決定手段であり、整定時間Ｔｓおよび整定時間内
に走行するストロークＸｓを決定する。４は露光フィー
ルド長Ｘｅ設定手段であり、５はストローク量決定手段
である。

【００１８】図１において、整定ストローク設定手段３
を具備し、これがスキャン速度設定手段１により設定さ
れたスキャン速度を参照しているのが、本実施例の特徴
である。

【００１９】図２に本実施例によるストローク量決定手
段のアルゴリズムをブロック線図形式で示し、以下さら
に具体例に説明する。スキャン速度設定手段１と、ステ
ージ加減速パラメータ設定手段２により、スキャン速度
Ｖおよびステージ最大加速度Ａと最大加速度到達時間Ｔ
ｊが、それぞれパラメータとして与えられる。

【００２０】この時、ストローク量決定手段５におい
て、スキャン速度Ｖに到達するまでに走行する距離Ｘａ
を、式（１）を用いて計算する。

【００２１】

【数１】 次に、整定ストローク決定手段３において整定ストロー
クを決定する。従来例でも述べたように、スキャン速度
が大きくなるほど整定時間は長くなる傾向を利用し、こ
こでは式（２）に示すような単調増加する１次関数に従
ってまず整定時間Ｔｓを決定する。

【００２２】

【数２】 式（２）において比例係数ｋは、予め数通りのスキャン
速度にてステージを動作させ、その時の収束波形から近
似的に求めれば良い。また、ここでは１次関数で近似し
ているが、実際に求められた値を補完するような関数を
求め、これを式（２）に替えて用いることも可能であ
る。

【００２３】この結果より、式（３）を用いて整定時間
の間に走行する距離Ｘｓを求める。

【００２４】

【数３】 以上の結果により、ストローク量決定手段５では、スキ
ャン露光に必要な総ストローク量Ｘを、式（４）に基づ
いて求めることができる。

【００２５】

【数４】 式（２）に特徴的に見られるように、本実施例において
は整定時間の決定において、スキャン速度を参照し、ス
キャン速度が小さくなるほど整定時間を短く設定できる
ようになっている。従って、スキャン速度が小さい場合
であっても、整定時間による走行距離を極力小さくし、
総ストローク量を小さくすることが可能となる。結果と
して、プロセス条件による装置スループットの変動を抑
え、特に低速スキャン露光時においても高いスループッ
トを持つ半導体露光装置を提供することが可能となる。

【００２６】（第２の実施例）第１の実施例において
は、整定時間を関数を用いて決定したが、ステージを駆
動した時の種々の情報から、漸近的に最適な整定時間を
決定することも可能である。本発明の第２の実施例にお
いて、その方法について説明する。

【００２７】本実施例によれば、整定時間の決定は以下
のステップにより行われる。 （ステップ１）整定時間Ｔｓを最大スキャン速度の場合
の値、すなわち最も大きな値Ｔｍａｘとする。 （ステップ２）この状態において総ストローク量Ｘを求
め、実際にステージを動作させてステージの挙動を時系
列データとして取り込む。この時露光動作を実際に行な
っても良い。 （ステップ３）取り込んだデータから整定時間を測定
し、この時のスキャン速度とあわせて配列を生成する。
配列はメモリ等の記憶媒体に保存しておけばよい。 （ステップ４）ステップ１〜３を繰り返す。この時、テ
ーブルを生成する際には、スキャン速度を参照して、ス
キャン速度の昇順となるような配列とする。これによっ
て、スキャン速度とその時の整定時間とを組みとした配
列（Ｖ（ｉ）、Ｔｓ（ｉ））が生成される。

【００２８】（ステップ５）新たにスキャン速度Ｖが与
えられた時、配列を参照して、式（５）を満たす整数ｍ
を求める。

【００２９】

【数５】 （ステップ６）式（５）で得られたｍを用いて、新たに
与えられたスキャン速度Ｖに対する準最適な整定時間Ｔ
ｓ′を、式６によって求める。

【００３０】

【数６】 （ステップ７）求められたＴｓ′を用いてステージを駆
動させ、その結果に従って新たな配列要素を追加する
（ステップ１〜４と同じ）。

【００３１】上記のステップを繰り返すことによって、
露光装置は各スキャン速度に対する最適な整定時間を学
習的に求めることが可能となり、プロセス条件ばかりで
なく、装置毎の機差に対しても安定して整定時間を求め
ることができる。従って、各スキャン速度における整定
時間を最短とするよう決定することができ、各スキャン
速度においてスループットを最大限発揮することが可能
となる。

【００３２】なお、上述の実施例において、整定時間
は、スキャン速度Ｖにのみ依存させているが、他の条件
および場合、例えば加速度、ジャーク時間、ショット位
置または走査方向などの要素を、スキャン速度Ｖととも
に、またはスキャン速度Ｖの代わりに整定時間決定のた
めのパラメータとしてもよい。また、本発明は、図３の
レチクルステージ１２およびウエハステージ１５の双方
に適用するのが好ましいが、整定時間の長い方のステー
ジのみに適用してもよく、または、より高度の整定を必
要とするウエハステージ１５のみに適用してもよい。

【００３３】（デバイス生産方法の実施例）次に上記説
明した露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例
を説明する。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）ではデバイスのパターン設計を行なう。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、これが出荷（ステップ７）される。

【００３４】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方法によってマ
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が形成される。

【００３５】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
キャン速度に依存することなく、常に最適な整定時間を
決定でき、ステージが動作すべきストローク量を最小と
することができる。従って、種々のプロセス条件におい
て最大限のスループットを達成する、露光装置を提供す
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ストローク量決定手
段を説明する図である。

【図２】 図１のストローク量決定手段のアルゴリズム
を説明するブロック線図である。

【図３】 本発明が適用される走査露光装置の概略構成
を示す図である。

【図４】 スキャン速度と同期誤差（整定時間）との関
係を示すグラフである。

【図５】 従来のストローク量決定手段を説明する図で
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：スキャン速度設定手段、２：ステージ加減速パラメ
ータ設定手段、３：整定ストローク決定手段、４：露光
フィールド長設定手段、５：ストローク量決定手段。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を定速で走査露光する露光方法にお
   いて、基板を加速して該定速の走査速度に達してから露
   光を開始するまでの整定時間を所定の条件に応じて可変
   に設定することを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記所定の条件が、前記基板の走査速
   度、加速度、ジャーク時間、ショット位置または走査方
   向であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 【請求項３】 基板を定速で走査露光する露光方法にお
   いて、該定速の走査速度を設定する工程と、基板を加速
   して該走査速度に達してから露光を開始するまでの整定
   時間を、該走査速度、加速度、ジャーク時間またはショ
   ット位置に応じて可変に設定する工程とを有することを
   特徴とする露光方法。
4. 【請求項４】 加速に要する距離と、整定に要する距離
   と、露光中に移動する距離との総和が走査速度に応じて
   異なることを特徴とする請求項３記載の露光方法。
5. 【請求項５】 整定時間と走査速度との関係が略単調増
   加傾向となる関数または参照テーブルを用いて、前記整
   定時間を設定することを特徴とする請求項３または４記
   載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記関数または参照テーブルは、前記基
   板を駆動した結果を用いて逐次更新されることを特徴と
   する請求項５記載の露光方法。
7. 【請求項７】 前記基板は、レチクルとウエハを同期し
   て走査させレチクルに描画されたパターンをウエハに露
   光転写する際の、レチクルおよび／またはウエハである
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の露光
   方法。
8. 【請求項８】 レチクルとウエハを同期走査させ、レチ
   クル上に描画されたパターンを光学的にウエハ上に転写
   することによってデバイスを形成する露光装置におい
   て、レチクルおよびウエハを保持して走査する第１およ
   び第２の駆動装置を具備し、該第１および第２の駆動装
   置の走査距離は、駆動装置が走査速度に達するまでに走
   行する第１の距離と、駆動装置が露光中に走行する第２
   の距離と、駆動装置が走査速度に達した後露光可能とな
   るまでの整定時間内に走行する第３の距離との総和で決
   定され、該整定時間は、露光パラメータに応じて可変に
   設定されることを特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 前記露光パラメータが、前記基板の走査
   速度、加速度、ジャーク時間、ショット位置および走査
   方向の少なくとも１つであることを特徴とする請求項８
   記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記整定時間は、該整定時間と前記走
    査速度との関係が略単調増加傾向となる関数または参照
    テーブルを用いて決定されることを特徴とする請求項８
    または９記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 前記関数または参照テーブルは、前記
    駆動装置を駆動した結果を用いて、逐次更新されること
    を特徴とする請求項１０記載の露光装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜７のいずれかに記載の露光
    方法または請求項９〜１１のいずれかに記載の露光装置
    を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス
    製造方法。