JP3796367B2 - ステージ制御方法、露光方法、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速・高精度な位置決め性能が要求されるステージ装置のステージ制御方法に関する。特に、基板を走査露光する分野、特にフォトリソグラフィー技術により半導体又は液晶表示素子等のパターンを基板に転写する走査露光装置のステージ制御方法に関する。また、本発明は、このようなステージ制御方法を利用した露光方法、露光装置およびデバイス製造方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体及び液晶表示素子の製造における素子基板への微細パターン形成工程は、一般にフォトリソグラフィ技術が利用される。転写を行う原パターンは、レチクル又はマスクと呼ばれるガラス基板上の遮光面に、抜き又は残しパターンとして形成されている。照明光により露光された原版上のパターンが投影光学系を介して、感光性を有するフォトレジストが塗布された半導体ウエハ（以下ウエハ）又は液晶用ガラス基板上に投影露光され、レジスト上にパターンの潜像が転写される。被露光基板自身の加工は、現像により形成されたレジスト像に対し加工面との選択比の高いエッジングを行うことにより実現される。
【０００３】
特に半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程においては、ステッパと呼ばれる光露光装置の使用が最近までの主流であった。この露光方式は、ウエハ上の分割された露光領域（ショット領域）が順次露光投影光学系の露光フィールド内へ移動し、位置決め静止後にレチクルのパターン露光を行うステップ・アンド・リピート方式である。
【０００４】
近年、半導体素子に対し、高速・大容量化と低コスト化への要求が著しく高まり、製造ラインからは一層の微細加工を小チップ面積で達成可能な光露光装置が求められるようになった。そこで、投影光学系の解像力向上と露光領域内のパターン均一性を高い生産性で実現できるステップ・アンド・スキャン方式が提案されている。
【０００５】
この方式は、投影光学系に対しレチクルとウエハが同期走行し、露光フィールドのショット領域走査と同時に露光を行う方式である。レチクルとウエハは、スリット長手方向は１：１に、短手方向は投影光学系縮小倍率比に同期が取られ、前記縮小倍率でウエハにレチクルパターンが投影される。この露光方法では、レジストの性質や膜厚およびレチクルパターン等に合わせて露光量を所定の量に管理するため、露光領域の走査速度は一定の速度に制御する必要がある。そのため、レチクルとウエハ上の露光すべき領域が露光装置のスリット状の露光領域内に入る前に、レチクルとウエハがそれぞれ所定の走査速度に達していなければならない。
【０００６】
図１０に、レチクルもしくはウエハを保持したステージ装置の制御シーケンスを示す。図１０（ａ）は、ステージの速度プロファイル（時間に対する目標速度）を示し、図１０（ｂ）は、ステージの加速度プロファイル（時間に対する目標加速度）を示している。
【０００７】
同図において、横軸は走査開始からの経過時間であり、終了時間は１ショット露光に関する時間（ショット処理時間）を示している。ショット処理時間は、１ウエハの処理時間を決める重要な指標となる。
【０００８】
図１０に示すように、ショット処理時間について５区分に分割し、ステージ動作について説明する。
【０００９】
まず、ステージは、走査方向に沿って（１）静止位置から目標走査速度に達するまで加速する（加速時間）。（２）加速終了後、同期偏差が許容値以下になるように速度制御する（整定時間）。ここで、加速時間＋整定時間の間にステージが走行する距離を助走距離と呼ぶ。（３）ステージを定速走行させ、露光を行なう（露光時間）。（４）走査速度を保持したまま、整定時間と略等しい時間を走行する（後整定時間）。（５）減速を開始し、走査方向に対してステージを静止する（減速時間）。ここで、後整定時間と減速時間の間にステージが走行する距離をオーバーラン距離と呼ぶ。前述した助走距離とオーバーラン距離は、ほぼ等しい。
【００１０】
大抵の場合、上記のステージ動作は、ステージの減速停止後に走査方向を反転し、上記（１）〜（５）の動作を反復する。ただし、希に同方向の走査を反復する場合もある。
【００１１】
ウエハステージの場合、上記ステージ動作（３）の露光終了後、次回露光ショットの走査開始位置に向かって露光フィールドの移動を開始する。この移動動作は通常、ステップ動作と呼ばれる。走査方向と直交方向に対するウエハステージのステップ移動開始は、露光終了直後より行われる。しかし、走査方向については、特に行われないか、又は動作（５）終了後にステップ移動を開始している。その理由は、多くの場合、次回の露光ショットは、走査方向と直交する方向に隣接しており、結局は（５）の終了位置は次回走査の開始位置となっているため、わざわざステップ動作をする必要がないからである。また言い換えれば（４）、（５）の動作そのものが走査方向の移動動作の代替動作になっているといっても良い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例では以下のような課題があった。
▲１▼ウエハ単位面積当たりの露光エネルギーＥdは、スリット光の照度に比例し走査速度に反比例する。上述した従来例では、後整定時間中は走査速度をほぼ保っているため、フォトレジスト感度が低く走査速度を遅い場合、オーバーラン時間が増大しスループットを悪化させていた。また露光時の同期精度を向上させるため、整定時間をより多く設ける場合には、この傾向が著しくなった。
▲２▼従来までは（１）〜（５）までの動作をすべてのショット領域で繰り返し行っていた。従ってショット列を変えるとき、例えば初回列の最終ショット走査方向が正、次列初回ショットへのステップ及び走査方向が逆の場合は、列最終ショット露光終了後、Ｙ方向についてウエハステージは所定のオーバーラン距離を走行して反転し、さらにオーバーラン距離＋ステップ距離を走行する必要があった。従って不要な２倍のオーバーラン距離の走行分はスループットは低下せざるを得なかった。またウエハ最終ショット露光後は当然次回ショット露光のためのオーバーラン動作は確実に不要であり上記同様にスループットの悪化を招いた。その他に特殊な例としてウエハの一部あるいは全領域の隣接したショット間の走査方向を一致させる場合がある。これは、走査方向差で発生する像歪みのショット間差低減を図るためであるが、この時はオーバーラン方向とステップ方向が常に異なるため、上記の問題が毎ショット露光で発生してしまっていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、原版のパターンを介して基板上の領域を走査露光するために、前記原版および前記基板のいずれかを保持したステージの移動を制御するステージ制御方法であって、
前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速する第１の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させる工程であって、当該工程における走査露光期間中に前記走査露光が行われる第２の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速する第３の工程と、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の工程前の期間中、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させる第４の工程とを有し、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の工程において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の工程において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とするステージ制御方法である。
【００１４】
第２の発明は、前記第４の工程において、前記ステージの前記走査方向における加速度が連続的に変化するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、原版および基板のいずれかを保持したステージの移動を制御して、前記原版のパターンを介して前記基板上の領域を走査露光する露光方法であって、
前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速する第１の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させる工程であって、当該工程における走査露光期間中に前記走査露光が行われる第２の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速する第３の工程と、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の工程前の期間中、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させる第４の工程とを有し、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の工程において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の工程において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする露光方法である。
【００１６】
第４の発明は、前記第３の発明における前記第４の工程において、前記走査方向に直交する方向にも前記ステージを移動させることを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、前記第３の発明における前記第４の工程において、前記ステージの前記走査方向における加速度が連続的に変化するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
第６の発明は、原版のパターンを介して基板上の領域を走査露光する露光装置であって、
前記原版および前記基板のいずれかを保持するためのステージと、
前記ステージの移動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
第１の期間に、前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速し、
前記走査露光が行われる走査露光期間を含む第２の期間に、前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させ、
第３の期間に、前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速し、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の期間前の第４の期間に、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させ、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の期間において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の期間において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする露光装置である。
【００１９】
第７の発明は、前記第３〜５のいずれかの発明の露光方法により基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法である。
【００２０】
第８の発明は、前記第６の発明の露光装置を用いて基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１にステップ・アンド・スキャン露光装置を示す。以下Ｙ方向走査露光を例に、スリット長手方向がＸ方向、短手方向がＹ方向として説明する。
【００３１】
光源１から出射された露光光は、照明系２内で照度と入射角が均一化され、矩形又は円弧形状のスリット光４に変換されて、微細パターンが形成されたレチクル５に入射する。光源には超高圧水銀ランプまたはエキシマレーザーが使用されるが、これに限られるものではない。レチクル５は、レチクルステージ６によって保持されている。レチクル５を通過したスリット光４は、投影光学系９を通り、レチクル５のパターン面と光学的共役面上の露光フィールド内にスリット光１４として結像される。露光時には、ウエハステージ１２に保持されたウエハ１１が、その露光面を露光フィールドと一致するように制御され、レチクルステージ６とウエハステージ１２は投影光学系９に対し同期を取りながら走行し、スリット光１４により、ウエハ１１上のフォトレジスト層にパターンが転写される。ウエハ１１とウエハステージ１２と同様、照明系２内にはレチクルパターン面と光学的共役面に可動マスキングステージ３が載置され、照明系２の光軸に対しレチクルステージ６と同期走行している。可動マスキングステージ３の開口域は、レチクル４の所定露光領域のみが露光されるように光学倍率比で相似形となっている。ウエハ１１上で言えば露光フィールドがショット領域からはずれた領域ではスリット光が遮光されるため、他ショット領域の露光が防止できる。
【００３２】
レチクルステージ６及びウエハステージ１２は、走査方向であるＹ方向に位置及び速度制御可能であるとともに、前者はＸ、θ軸位置決め制御可能であり、後者はＹ方向を含めた６軸位置決め制御可能である。また可動マスキングステージ３は、マスキング開口域がＹ方向２軸、Ｘ方向２軸に制御される。全ステージのアクチュエータはリニアモータであり、ステージ駆動系８より電力が供給されている。
【００３３】
ステージ位置計測系は、レチクルステージ６側がＸＹθ３軸干渉計（Ｙのみ図示）、ウエハステージ１２側がＸＹＺθＴｉｌｔ（ωｘ、ωｙ）６軸干渉計（Ｙのみ図示）とフォーカスセンサー１０により構成されている。可動マスキングステージ３は４軸エンコーダ（不図示）を持っている。これらは同期計測系１８により統括されている。レチクルステージおよびウエハステージのＹ方向の同期制御は、レチクルＹ計測用干渉計１９とウエハＹ計測用干渉計１５の計測値より同期ズレとなる偏差を算出し、レチクルステージ６またはウエハステージ１２のいずれかをマスタに他方をスレーブにして同期ズレを補正する。レチクルステージおよびウエハステージのＸ、θ方向の制御も、Ｙ方向の同期制御の場合と同様である。
【００３４】
レチクルステージがレチクルステージガイド７の走行基準面と略平行に支持されているので、レチクルパターン面のＺ、ωｘ、ωｙ方向の位置を保証される。ウエハステージのＺ、ωｘ、ωｙ方向の制御は、ウエハフォーカスセンサー１０によりウエハ露光面とウエハステージ走行面の計測を行い、前記レチクルパターン面とウエハ露光面、また前記レチクルステージ走行面とウエハステージ走行面が、投影光学系を介してお互い共役面に位置するようにウエハステージ１２でウエハ位置を補正する。
【００３５】
以上の同期制御及びウエハの面位置補正制御は、ステージ駆動系８と同期計測系１８の上位に位置する同期制御系１６で行われる。主制御系１７は、同期制御以外のシーケンシャルな制御（例えば光源の出力制御やウエハ、レチクルの交換などの制御）を行うと共に、同期制御系１６に対して全ステージの走行条件（例えばウエハステージ１２の走行軌跡や速度、加速度等）の情報を受け渡す。
【００３６】
計測基準であるステージ位置計測系と位置基準であるレチクルステージガイド７は、投影光学系を保持している定盤（不図示）に全て固定されている。つまり、投影光学系を基準として位置計測を行っている。またウエハステージ１２は、防振マウント（不図示）で支持されたウエハステージガイド１３上に載置されている。
【００３７】
次に装置としてのシーケンスを説明する。以降の説明では位置決め基準は投影光学系９である。レチクル６は予め位置決めされている。ウエハはウエハ搬送系（不図示）からウエハステージ１２に受け渡される。以降ウエハはウエハステージ１２により位置制御される。ウエハアライメント系（不図示）によりウエハ６の位置を検出し、露光フィールドとウエハ６上の第１露光ショット領域の走査開始位置を一致させてから走査露光が行われる。露光終了後にウエハを直ちに次ショット領域に移動し、次の走査露光開始位置にウエハを位置決めした後、同様に走査露光を繰り返す。ショット領域は、ウエハ上に２次元格子状に配列されており、通常はＸ方向に同列のショットが順に露光され、同一列終了後、Ｙ方向にステップし露光対象ショット列を変えて露光を続ける。この動作を反復して全ショットの露光が完了後、次露光ウエハと交換される。
【００３８】
図２は、本発明におけるステージ制御方法の第１の実施形態を説明する図である。図２は、前述の図１０と同様に、（ａ）はウエハステージ５の速度プロファイルであり、（ｂ）は加速度プロファイルを示している。
【００３９】
同図は、１ショット走査の開始から終了を示している。同図および前述の図１０において、走査速度Ｖ、加減速度a、加速時間Ｔa、整定時間Ｔs、露光時間Ｔexは両者等しくしている。また、図２（ａ）中に図１０（ａ）の速度プロファイルを追加している。図２（ａ）におけるステージ最高速度は、Ｖmaxである。
【００４０】
本発明のステージ制御方法は、従来のステージ制御方法と比べ、露光終了以降の速度プロファイルが異なる。従来のステージ制御方法である図１０では、露光終了後も後整定時間Ｔs 走行を続け、減速時間Ｔaで静止する。一方、本発明の制御方法である図２は、露光終了後、最高速加速時間Ｔaaで加速してステージ最高速度Ｖmaxに達し、ステージ最高速度で時間Ｔvmax走行後、減速を開始して減速時間ＴaaでＶに戻り、さらに減速を続けて静止する。
【００４１】
図２（ａ）、（ｂ）の右上がりハッチングを施した面積ＣとＤは、オーバーラン距離を表している。従って図２（ａ）の走行速度がＶより大きい太線台形部の面積Ａ１と、図中の従来の制御方法が重ならない部分（左上がりハッチング）の面積Ｂ１との関係は、以下のようになる。
【００４２】
Ａ１＝Ｂ１ （１）
Ａ１＝（Ｖｍａｘ−Ｖ）×（Ｔａａ＋Ｔｖｍａｘ） （２）
Ｂ１＝Ｔｄ１×Ｖ （３）
【００４３】
従って、本発明のステージ制御方法により削減時間Ｔd１は、次式のようになる。
【００４４】
Ｔｄ１＝（Ｖｍａｘ−Ｖ）×（Ｔａａ＋Ｔｖｍａｘ）／Ｖ （４）
Ｔd1は既知のＶ〜Ｖmax値を使って算出すると、
Ｔｄ１＝（１−Ｖ／Ｖｍａｘ）×｛Ｔｓ−（Ｖｍａｘ−Ｖ）／ａ｝（５）
となる。ただし、この時のＶmaxには（１）〜（５）式を満たすための上限値が存在する。
【００４５】
Ｖｍａｘ≦｛Ｖ×ａ×（Ｔｓ＋Ｖ）｝0.5
Ｖｍａｘ≦ａ×｛Ｔａ×（Ｔｓ＋Ｔａ）｝0.5 （６）
ただし、
Ｔａ＝Ｖ／ａ （７）
となる。（６）式を満たさない場合の速度プロファイルは図２（ｃ）のようになりＴvmax＝０でＡ１は三角形状となる。このときのＶmaxは、
Ｖｍａｘ＝ａ×｛Ｔａ×（Ｔｓ＋Ｔａ）｝0.5 （８）
となる。Ｔd１は図２（ａ）の例と同様に、（５）式より算出できる。
【００４６】
本実施形態においてのスループット向上性をウエハ１枚当たりの処理時間を例に比較すると、ウエハ内の全ショット数をＮとすると、約Ｔd×Ｎ程度の処理時間の削減が可能となる。
【００４７】
本実施形態のステージ制御方法は、ウエハステージに限られるものではなく、レチクルステージにも適用することができる。
【００４８】
＜実施形態２＞
図３に本発明のステージ制御方法の第２の実施形態を示す。
【００４９】
前述の第１の実施形態においてのオーバーラン走行は、等速走行、等加速走行と等減速走行の３種類の走行しか設定していなかったため、走行加速度が不連続に変化していた。そこで本実施形態では、露光前及び露光終了直後にステージに与える加速度が、連続的に変化するようにステージ走行を制御する。
【００５０】
図３において、（ａ）は速度プロファイルを表し、（ｂ）は加速度プロファイルを示している。同図は１ショットの走査の開始から終了までのプロファイルを示している。
【００５１】
まず、静止状態のステージが、目標走査速度に達するまで加速度が連続的に変化するように加速される（１’）。ステージの加速終了後、同期偏差が許容値以下になるまで速度制御する（２’）。走査速度で同期制御を行いながら露光を行う（３’）。露光終了後、加速度が連続的に変化するようにステージを加速し、その後ステージの加速度が連続的に変化するように減速を行い、ステージを静止させる（実線）。
【００５２】
図３（ａ）において、露光終了後、従来のようにステージを加速させず、ステージを後整定時間だけ走査させ、その後に加速度が連続的に変化するようにステージを減速停止させた場合の速度プロファイルを点線で表す。
【００５３】
この場合でも、前述の実施形態の基本的な考えは、同様に適用することができる。つまり、既知の値より面積Ａ２（右上がりハッチング）とＢ２（左上がりハッチング）を算出し（１）式から（８）式のように計算すれば良い。
【００５４】
また、露光終了後は、加速度変化は必ずしも全オーバーラン時間で連続である必要がないため、図３（ｃ）、（ｄ）のように減速域のみ加速度変化を連続にしてオーバーラン時間を低減を図っても良い。あるいは静止直前の減速時のみ連続（図３（ｅ）、（ｆ））としても良い。この場合も計算方法は同様である。
【００５５】
本実施形態の走行制御は、不連続な加速度変化を抑えるため、走行中のステージに発生する振動に起因するレジスト像の歪み、コントラスト低下やステージ自身の耐久性悪化を低減することができる。
【００５６】
＜実施形態３＞
図４に本発明における第３の実施形態の露光動作を示す。
【００５７】
同図は、ウエハ上の露光ショットに対する露光フィールドのステップ動作及び走査の移動量と移動方向を矢印で示している。２重線矢印は露光走査を示している。同図において、矢印は実際に移動する側のウエハから見た固定側露光フィールドの中心位置の軌跡を表現している。本来、露光フィールドのＹ方向、つまり短手方向幅は０以上の有為な長さを持つが、図では０として説明を行う。ステップ動作の矢印は太線、細線と破線とで示している。太線が本発明を適用した場合の軌跡を表し、破線が従来の軌跡を表す。細線は両者の共通軌跡である。
【００５８】
図４は、ショットの走査方向が露光順に正逆を繰り返しつつ、同列ショット露光を終了して次列ショットにＹステップ移動するときに、Ｙステップ方向とその直前の走査方向が逆である場合である。
【００５９】
露光フィールドは、走査露光５４によりショット５１を露光後、Ｘ方向のステップ移動とＹ方向のオーバーランの同時移動５５を行い、所定の走査速度に達するまで助走５６を行い、走査露光５７と続く。
【００６０】
ここで、従来ではオーバーラン５８終了後にＸＹステップ移動５９を行っていた。しかし、本発明のステージ制御方法では、同列ショットの露光が終了したときは通常のオーバーラン動作を行わず、次列ショットの助走開始位置までステップ移動６０を行う。または、５８、５９の工程とオーバーランを行わない移動６０の工程との比較を行い、より移動時間の少ない移動を選択するようにしてもよい。あるいは移動時間が等しい場合はどちらを選択しても良い。本実施形態のＸ方向のステップ時間は比較対象の移動距離に差はないため、Ｙステップ移動時間の差のみで判断すれば良い。
【００６１】
図５は、移動５８，５９および移動６０のＹ方向速度プロファイルを表したものである。Ｙの正方向を速度軸の正とし、前者の移動が破線、後者が実線である。ここでは、前述の実施形態１で使用した記号をそのまま使用する。ただし本実施形態では、説明を簡略化するため、前述の実施形態のような走査露光後のステージの加速動作は行っていない。移動５６、５８，５９の移動時間をＴ56、Ｔ58、Ｔ59とする。
オーバーラン距離Ｌorは次式のようになる。
【００６２】
Ｌｏｒ＝Ｖ×（Ｔｓ＋０．５×Ｔａ） （９）
【００６３】
また、露光ショットのＹ方向長さをＬexとすると、次式の関係が成り立つ。
【００６４】
Ｔ５８＝Ｔｓ＋Ｔａ （１０）
Ｔ５９＝Ｌｅｘ／Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ／ａ （１１）
Ｔ６０＝（Ｌｅｘ−Ｌｏｒ）／Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ／ａ （１２）
従って５８，５９の移動と５６の移動の時間差は、
となり、移動６０を選択した方が良いことが判断できる。そこで、露光領域の軌跡は、６０の経路に沿って移動することとなる。このとき、Ｘステップ時間がＹステップ時間より短い場合、本実施形態によるステージ制御方法は、従来のステージの移動方法に比べて、上記の時間差分だけ処理時間の短縮する。
【００６５】
図４（ｂ）は、Ｙステップ方向とその直前の走査方向が逆である場合の本発明の実施動作を示している。前述の図４（ａ）の場合と同様に、本実施形態では、従来のオーバーラン６１とＸＹステップ移動６２を行わず、移動６３のみで次列ショットの助走開始位置に移動する。または、Ｙステップ時間を比較して、移動時間が移動６３の方が短ければ移動６３を行うようにしてもよい。これにより、前述の図４（ａ）のときと同様に、ウエハ処理時間の短縮が図れる。
【００６６】
図４（ｃ）は、連続露光を行う隣接ショットの走査方向が等しい場合の例である。このようなショットの走行方向指定は、ウエハの全領域は勿論、一部領域のショットに適用してもよい。前述の図４（ａ）、図４（ｂ）の場合と同様に、従来では必要であった移動６４、６５を行わず、移動６８のみで次ショットの助走開始位置に移動する。または、Ｙステップ時間を比較して、Ｙステップ時間の移動時間が短くなる移動を選択してもよい。このような場合でも、ウエハ処理時間が大幅に短縮できる。
【００６７】
以上の例のようにＹステップ時間をオーバーラン移動の有無で比較し、その結果により少ないステップ時間で済むステップ移動を判別し、場合によりオーバーラン移動動作を省略することでスループットの向上が可能となる。
【００６８】
本実施形態では、ステップ時の速度プロファイルに、等速走行、等加速走行と等減速走行の３種類の走行しか設定していないが、第２実施形態と同様、加速度が連続的に変化するようにステップ移動を行う場合もまた同様に本発明の適用が可能である。また、振動等の問題が発生しない限り、ステップ移動の一部、例えばステップ移動の静止直前のみ加速度を連続に制御しても良いことも、前述の実施形態と同様である。
【００６９】
さらに、本実施形態では、説明を簡略化させるため、前述の実施形態のような走査露光終了後に加速させてオーバーラン時間を短縮する動作をしていないが、このような動作を本実施形態で適用しても良いことは言うまでもない。
【００７０】
＜実施形態４＞
図６は、前述の実施形態のステージ制御方法を改良したものである。
【００７１】
本実施形態は、前述の実施形態の図４（ａ）のように、同列ショットの露光が終了して次列ショットにＹステップ移動するときに、Ｙステップ方向とその直前の走査方向が逆である。
【００７２】
露光フィールドは、走査露光５４によりショット５１を露光後、Ｘ方向のステップ移動とＹ方向のオーバーランの同時移動５５を行い、所定の走査速度に達するまで助走５６を行い、走査露光５７と続く。
【００７３】
ここで、前述の実施形態では、同列ショットの露光が終了したときは通常のオーバーラン動作を行わず、次列ショットの助走開始位置までステップ移動６０を行っていた。本実施形態では、ステップ移動中にステージを走査速度に速度制御し（移動７０）、露光領域までの助走を省略している。
【００７４】
図７は、移動６０および移動７０のＹ方向の速度プロファイルを表したものである。Ｙの正方向を速度軸の正にとし、前者の移動が破線、後者が実線である。ここでは、前述の実施形態１で使用した記号をそのまま使用する。ただし本実施形態では、説明を簡略化するため、前述の実施形態のような走査露光後のステージの加速動作は行っていない。ここで、移動７０の移動時間をＴ70とする。
【００７５】
移動６０では、ショット５７の露光走査終了後、直ちに減速し、−Ｙ方向にステージを加速している。そして、−Ｙ方向の加速が終了した後、次ショットの助走開始位置へ静止するために、ステージの減速が開始される。このときの時刻をｔ１とする。時刻ｔ１から時間Ｔa後、ステージは次ショットの助走開始位置で静止し、助走のための加速が開始される。時刻ｔ１から時間Ｔa＋Ｔa後、加速が終了し、整定動作が開始される。そして、時刻ｔ１から時間Ｔa＋Ｔa＋Ｔs後、同期偏差が許容値以下になるまで速度制御され、露光が開始される。
【００７６】
本実施形態の移動７０でも、ショット５７の露光走査終了後、直ちに減速し、−Ｙ方向にステージを加速している。しかし、時刻ｔ１において、ステージは減速されず、そのままの速度で露光開始位置まで移動する。露光開始位置まで、所定の速度に保たれたまま移動するため、露光開始位置に到達後、すぐに露光動作に入ることができる。
【００７７】
本実施形態の移動７０は、移動６０と比べてステージの減速動作を行わない分だけ露光開始位置に早く到達することができる。そのため図７から分かるように、移動７０は、移動６０と比べて、時間Ｔaだけ処理時間を短縮することができる。
【００７８】
本実施形態では、ステップ時の速度プロファイルに、等速走行、等加速走行と等減速走行の３種類の走行しか設定していないが、第２実施形態と同様、加速度が連続的に変化するようにステップ移動を行う場合も同様に本発明の適用が可能である。また、振動等の問題が発生しない限り、ステップ移動の一部、例えばステップ移動の静止直前のみ加速度を連続に制御しても良いことも、前述の実施形態と同様である。
【００７９】
さらに、本実施形態では、説明を簡略化させるため、第1および第2の実施形態のような走査露光終了後に加速させてオーバーラン時間を短縮する動作をしていないが、このような動作を本実施形態で適用しても良いことは言うまでもない。
【００８０】
＜実施形態５＞
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１４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Ｓ７）される。
【００８１】
図９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装置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。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、助走距離と実質的に等しくしたオーバーラン距離を走行する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査型露光装置の構成図
【図２】本発明の第１実施形態における走査ステージの速度プロファイルと加速度プロファイル
【図３】本発明の第２実施形態における走査ステージの速度プロファイルと加速度プロファイル
【図４】本発明の第３実施形態における露光フィールドの軌跡
【図５】本発明の第３実施形態における走査ステージの速度プロファイル
【図６】本発明の第４実施形態における露光フィールドの軌跡
【図７】本発明の第４実施形態における走査ステージの速度プロファイル
【図８】半導体デバイス製造フロー図
【図９】ウエハプロセスフロー図
【図１０】従来の走査ステージの速度プロファイルと加速度プロファイル
【符号の説明】
１ 光源
２ 照明系
３ 可動マスキングステージ
４ スリット光（レチクル上）
５ レチクル
６ レチクルステージ
７ レチクルステージガイド
８ ステージ駆動系
９ 投影光学系
１０ ウエハフォーカスセンサ
１１ ウエハ
１２ ウエハステージ
１３ ウエハステージガイド
１４ スリット光（ウエハ上）
１５ ウエハステージＹ干渉系
１６ 同期制御系
１７ 主計測系
１８ 同期計測系
１９ レチクルステージＹ干渉系
５１〜５３ ショット領域
５４、５７ 走査露光軌跡
５５、５６ 共通の露光軌跡
５８、５９、６１、６２ 従来の軌跡
６０、６３、６８、６９ 第３実施形態の軌跡
７０ 第４実施形態の軌跡
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速・高精度な位置決め性能が要求されるステージ装置のステージ制御方法に関する。特に、基板を走査露光する分野、特にフォトリソグラフィー技術により半導体又は液晶表示素子等のパターンを基板に転写する走査露光装置のステージ制御方法に関する。また、本発明は、このようなステージ制御方法を利用した露光方法、露光装置およびデバイス製造方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体及び液晶表示素子の製造における素子基板への微細パターン形成工程は、一般にフォトリソグラフィ技術が利用される。転写を行う原パターンは、レチクル又はマスクと呼ばれるガラス基板上の遮光面に、抜き又は残しパターンとして形成されている。照明光により露光された原版上のパターンが投影光学系を介して、感光性を有するフォトレジストが塗布された半導体ウエハ（以下ウエハ）又は液晶用ガラス基板上に投影露光され、レジスト上にパターンの潜像が転写される。被露光基板自身の加工は、現像により形成されたレジスト像に対し加工面との選択比の高いエッジングを行うことにより実現される。
【０００３】
特に半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程においては、ステッパと呼ばれる光露光装置の使用が最近までの主流であった。この露光方式は、ウエハ上の分割された露光領域（ショット領域）が順次露光投影光学系の露光フィールド内へ移動し、位置決め静止後にレチクルのパターン露光を行うステップ・アンド・リピート方式である。
【０００４】
近年、半導体素子に対し、高速・大容量化と低コスト化への要求が著しく高まり、製造ラインからは一層の微細加工を小チップ面積で達成可能な光露光装置が求められるようになった。そこで、投影光学系の解像力向上と露光領域内のパターン均一性を高い生産性で実現できるステップ・アンド・スキャン方式が提案されている。
【０００５】
この方式は、投影光学系に対しレチクルとウエハが同期走行し、露光フィールドのショット領域走査と同時に露光を行う方式である。レチクルとウエハは、スリット長手方向は１：１に、短手方向は投影光学系縮小倍率比に同期が取られ、前記縮小倍率でウエハにレチクルパターンが投影される。この露光方法では、レジストの性質や膜厚およびレチクルパターン等に合わせて露光量を所定の量に管理するため、露光領域の走査速度は一定の速度に制御する必要がある。そのため、レチクルとウエハ上の露光すべき領域が露光装置のスリット状の露光領域内に入る前に、レチクルとウエハがそれぞれ所定の走査速度に達していなければならない。
【０００６】
図１０に、レチクルもしくはウエハを保持したステージ装置の制御シーケンスを示す。図１０（ａ）は、ステージの速度プロファイル（時間に対する目標速度）を示し、図１０（ｂ）は、ステージの加速度プロファイル（時間に対する目標加速度）を示している。
【０００７】
同図において、横軸は走査開始からの経過時間であり、終了時間は１ショット露光に関する時間（ショット処理時間）を示している。ショット処理時間は、１ウエハの処理時間を決める重要な指標となる。
【０００８】
図１０に示すように、ショット処理時間について５区分に分割し、ステージ動作について説明する。
【０００９】
まず、ステージは、走査方向に沿って（１）静止位置から目標走査速度に達するまで加速する（加速時間）。（２）加速終了後、同期偏差が許容値以下になるように速度制御する（整定時間）。ここで、加速時間＋整定時間の間にステージが走行する距離を助走距離と呼ぶ。（３）ステージを定速走行させ、露光を行なう（露光時間）。（４）走査速度を保持したまま、整定時間と略等しい時間を走行する（後整定時間）。（５）減速を開始し、走査方向に対してステージを静止する（減速時間）。ここで、後整定時間と減速時間の間にステージが走行する距離をオーバーラン距離と呼ぶ。前述した助走距離とオーバーラン距離は、ほぼ等しい。
【００１０】
大抵の場合、上記のステージ動作は、ステージの減速停止後に走査方向を反転し、上記（１）〜（５）の動作を反復する。ただし、希に同方向の走査を反復する場合もある。
【００１１】
ウエハステージの場合、上記ステージ動作（３）の露光終了後、次回露光ショットの走査開始位置に向かって露光フィールドの移動を開始する。この移動動作は通常、ステップ動作と呼ばれる。走査方向と直交方向に対するウエハステージのステップ移動開始は、露光終了直後より行われる。しかし、走査方向については、特に行われないか、又は動作（５）終了後にステップ移動を開始している。その理由は、多くの場合、次回の露光ショットは、走査方向と直交する方向に隣接しており、結局は（５）の終了位置は次回走査の開始位置となっているため、わざわざステップ動作をする必要がないからである。また言い換えれば（４）、（５）の動作そのものが走査方向の移動動作の代替動作になっているといっても良い。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例では以下のような課題があった。
▲１▼ウエハ単位面積当たりの露光エネルギーＥdは、スリット光の照度に比例し走査速度に反比例する。上述した従来例では、後整定時間中は走査速度をほぼ保っているため、フォトレジスト感度が低く走査速度を遅い場合、オーバーラン時間が増大しスループットを悪化させていた。また露光時の同期精度を向上させるため、整定時間をより多く設ける場合には、この傾向が著しくなった。
▲２▼従来までは（１）〜（５）までの動作をすべてのショット領域で繰り返し行っていた。従ってショット列を変えるとき、例えば初回列の最終ショット走査方向が正、次列初回ショットへのステップ及び走査方向が逆の場合は、列最終ショット露光終了後、Ｙ方向についてウエハステージは所定のオーバーラン距離を走行して反転し、さらにオーバーラン距離＋ステップ距離を走行する必要があった。従って不要な２倍のオーバーラン距離の走行分はスループットは低下せざるを得なかった。またウエハ最終ショット露光後は当然次回ショット露光のためのオーバーラン動作は確実に不要であり上記同様にスループットの悪化を招いた。その他に特殊な例としてウエハの一部あるいは全領域の隣接したショット間の走査方向を一致させる場合がある。これは、走査方向差で発生する像歪みのショット間差低減を図るためであるが、この時はオーバーラン方向とステップ方向が常に異なるため、上記の問題が毎ショット露光で発生してしまっていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、原版のパターンを介して基板上の領域を走査露光するために、前記原版および前記基板のいずれかを保持したステージの移動を制御するステージ制御方法であって、
前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速する第１の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させる工程であって、当該工程における走査露光期間中に前記走査露光が行われる第２の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速する第３の工程と、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の工程前の期間中、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させる第４の工程とを有し、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の工程において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の工程において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とするステージ制御方法である。
【００１４】
第２の発明は、前記第４の工程において、前記ステージの前記走査方向における加速度が連続的に変化するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、原版および基板のいずれかを保持したステージの移動を制御して、前記原版のパターンを介して前記基板上の領域を走査露光する露光方法であって、
前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速する第１の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させる工程であって、当該工程における走査露光期間中に前記走査露光が行われる第２の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速する第３の工程と、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の工程前の期間中、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させる第４の工程とを有し、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の工程において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の工程において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする露光方法である。
【００１６】
第４の発明は、前記第３の発明における前記第４の工程において、前記走査方向に直交する方向にも前記ステージを移動させることを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、前記第３の発明における前記第４の工程において、前記ステージの前記走査方向における加速度が連続的に変化するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
第６の発明は、原版のパターンを介して基板上の領域を走査露光する露光装置であって、
前記原版および前記基板のいずれかを保持するためのステージと、
前記ステージの移動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
第１の期間に、前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速し、
前記走査露光が行われる走査露光期間を含む第２の期間に、前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させ、
第３の期間に、前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速し、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の期間前の第４の期間に、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させ、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の期間において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の期間において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする露光装置である。
【００１９】
第７の発明は、前記第３〜５のいずれかの発明の露光方法により基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法である。
【００２０】
第８の発明は、前記第６の発明の露光装置を用いて基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１にステップ・アンド・スキャン露光装置を示す。以下Ｙ方向走査露光を例に、スリット長手方向がＸ方向、短手方向がＹ方向として説明する。
【００３１】
光源１から出射された露光光は、照明系２内で照度と入射角が均一化され、矩形又は円弧形状のスリット光４に変換されて、微細パターンが形成されたレチクル５に入射する。光源には超高圧水銀ランプまたはエキシマレーザーが使用されるが、これに限られるものではない。レチクル５は、レチクルステージ６によって保持されている。レチクル５を通過したスリット光４は、投影光学系９を通り、レチクル５のパターン面と光学的共役面上の露光フィールド内にスリット光１４として結像される。露光時には、ウエハステージ１２に保持されたウエハ１１が、その露光面を露光フィールドと一致するように制御され、レチクルステージ６とウエハステージ１２は投影光学系９に対し同期を取りながら走行し、スリット光１４により、ウエハ１１上のフォトレジスト層にパターンが転写される。ウエハ１１とウエハステージ１２と同様、照明系２内にはレチクルパターン面と光学的共役面に可動マスキングステージ３が載置され、照明系２の光軸に対しレチクルステージ６と同期走行している。可動マスキングステージ３の開口域は、レチクル４の所定露光領域のみが露光されるように光学倍率比で相似形となっている。ウエハ１１上で言えば露光フィールドがショット領域からはずれた領域ではスリット光が遮光されるため、他ショット領域の露光が防止できる。
【００３２】
レチクルステージ６及びウエハステージ１２は、走査方向であるＹ方向に位置及び速度制御可能であるとともに、前者はＸ、θ軸位置決め制御可能であり、後者はＹ方向を含めた６軸位置決め制御可能である。また可動マスキングステージ３は、マスキング開口域がＹ方向２軸、Ｘ方向２軸に制御される。全ステージのアクチュエータはリニアモータであり、ステージ駆動系８より電力が供給されている。
【００３３】
ステージ位置計測系は、レチクルステージ６側がＸＹθ３軸干渉計（Ｙのみ図示）、ウエハステージ１２側がＸＹＺθＴｉｌｔ（ωｘ、ωｙ）６軸干渉計（Ｙのみ図示）とフォーカスセンサー１０により構成されている。可動マスキングステージ３は４軸エンコーダ（不図示）を持っている。これらは同期計測系１８により統括されている。レチクルステージおよびウエハステージのＹ方向の同期制御は、レチクルＹ計測用干渉計１９とウエハＹ計測用干渉計１５の計測値より同期ズレとなる偏差を算出し、レチクルステージ６またはウエハステージ１２のいずれかをマスタに他方をスレーブにして同期ズレを補正する。レチクルステージおよびウエハステージのＸ、θ方向の制御も、Ｙ方向の同期制御の場合と同様である。
【００３４】
レチクルステージがレチクルステージガイド７の走行基準面と略平行に支持されているので、レチクルパターン面のＺ、ωｘ、ωｙ方向の位置を保証される。ウエハステージのＺ、ωｘ、ωｙ方向の制御は、ウエハフォーカスセンサー１０によりウエハ露光面とウエハステージ走行面の計測を行い、前記レチクルパターン面とウエハ露光面、また前記レチクルステージ走行面とウエハステージ走行面が、投影光学系を介してお互い共役面に位置するようにウエハステージ１２でウエハ位置を補正する。
【００３５】
以上の同期制御及びウエハの面位置補正制御は、ステージ駆動系８と同期計測系１８の上位に位置する同期制御系１６で行われる。主制御系１７は、同期制御以外のシーケンシャルな制御（例えば光源の出力制御やウエハ、レチクルの交換などの制御）を行うと共に、同期制御系１６に対して全ステージの走行条件（例えばウエハステージ１２の走行軌跡や速度、加速度等）の情報を受け渡す。
【００３６】
計測基準であるステージ位置計測系と位置基準であるレチクルステージガイド７は、投影光学系を保持している定盤（不図示）に全て固定されている。つまり、投影光学系を基準として位置計測を行っている。またウエハステージ１２は、防振マウント（不図示）で支持されたウエハステージガイド１３上に載置されている。
【００３７】
次に装置としてのシーケンスを説明する。以降の説明では位置決め基準は投影光学系９である。レチクル６は予め位置決めされている。ウエハはウエハ搬送系（不図示）からウエハステージ１２に受け渡される。以降ウエハはウエハステージ１２により位置制御される。ウエハアライメント系（不図示）によりウエハ６の位置を検出し、露光フィールドとウエハ６上の第１露光ショット領域の走査開始位置を一致させてから走査露光が行われる。露光終了後にウエハを直ちに次ショット領域に移動し、次の走査露光開始位置にウエハを位置決めした後、同様に走査露光を繰り返す。ショット領域は、ウエハ上に２次元格子状に配列されており、通常はＸ方向に同列のショットが順に露光され、同一列終了後、Ｙ方向にステップし露光対象ショット列を変えて露光を続ける。この動作を反復して全ショットの露光が完了後、次露光ウエハと交換される。
【００３８】
図２は、本発明におけるステージ制御方法の第１の実施形態を説明する図である。図２は、前述の図１０と同様に、（ａ）はウエハステージ５の速度プロファイルであり、（ｂ）は加速度プロファイルを示している。
【００３９】
同図は、１ショット走査の開始から終了を示している。同図および前述の図１０において、走査速度Ｖ、加減速度a、加速時間Ｔa、整定時間Ｔs、露光時間Ｔexは両者等しくしている。また、図２（ａ）中に図１０（ａ）の速度プロファイルを追加している。図２（ａ）におけるステージ最高速度は、Ｖmaxである。
【００４０】
本発明のステージ制御方法は、従来のステージ制御方法と比べ、露光終了以降の速度プロファイルが異なる。従来のステージ制御方法である図１０では、露光終了後も後整定時間Ｔs 走行を続け、減速時間Ｔaで静止する。一方、本発明の制御方法である図２は、露光終了後、最高速加速時間Ｔaaで加速してステージ最高速度Ｖmaxに達し、ステージ最高速度で時間Ｔvmax走行後、減速を開始して減速時間ＴaaでＶに戻り、さらに減速を続けて静止する。
【００４１】
図２（ａ）、（ｂ）の右上がりハッチングを施した面積ＣとＤは、オーバーラン距離を表している。従って図２（ａ）の走行速度がＶより大きい太線台形部の面積Ａ１と、図中の従来の制御方法が重ならない部分（左上がりハッチング）の面積Ｂ１との関係は、以下のようになる。
【００４２】
Ａ１＝Ｂ１ （１）
Ａ１＝（Ｖｍａｘ−Ｖ）×（Ｔａａ＋Ｔｖｍａｘ） （２）
Ｂ１＝Ｔｄ１×Ｖ （３）
【００４３】
従って、本発明のステージ制御方法により削減時間Ｔd１は、次式のようになる。
【００４４】
Ｔｄ１＝（Ｖｍａｘ−Ｖ）×（Ｔａａ＋Ｔｖｍａｘ）／Ｖ （４）
Ｔd1は既知のＶ〜Ｖmax値を使って算出すると、
Ｔｄ１＝（１−Ｖ／Ｖｍａｘ）×｛Ｔｓ−（Ｖｍａｘ−Ｖ）／ａ｝（５）
となる。ただし、この時のＶmaxには（１）〜（５）式を満たすための上限値が存在する。
【００４５】
Ｖｍａｘ≦｛Ｖ×ａ×（Ｔｓ＋Ｖ）｝0.5
Ｖｍａｘ≦ａ×｛Ｔａ×（Ｔｓ＋Ｔａ）｝0.5 （６）
ただし、
Ｔａ＝Ｖ／ａ （７）
となる。（６）式を満たさない場合の速度プロファイルは図２（ｃ）のようになりＴvmax＝０でＡ１は三角形状となる。このときのＶmaxは、
Ｖｍａｘ＝ａ×｛Ｔａ×（Ｔｓ＋Ｔａ）｝0.5 （８）
となる。Ｔd１は図２（ａ）の例と同様に、（５）式より算出できる。
【００４６】
本実施形態においてのスループット向上性をウエハ１枚当たりの処理時間を例に比較すると、ウエハ内の全ショット数をＮとすると、約Ｔd×Ｎ程度の処理時間の削減が可能となる。
【００４７】
本実施形態のステージ制御方法は、ウエハステージに限られるものではなく、レチクルステージにも適用することができる。
【００４８】
＜実施形態２＞
図３に本発明のステージ制御方法の第２の実施形態を示す。
【００４９】
前述の第１の実施形態においてのオーバーラン走行は、等速走行、等加速走行と等減速走行の３種類の走行しか設定していなかったため、走行加速度が不連続に変化していた。そこで本実施形態では、露光前及び露光終了直後にステージに与える加速度が、連続的に変化するようにステージ走行を制御する。
【００５０】
図３において、（ａ）は速度プロファイルを表し、（ｂ）は加速度プロファイルを示している。同図は１ショットの走査の開始から終了までのプロファイルを示している。
【００５１】
まず、静止状態のステージが、目標走査速度に達するまで加速度が連続的に変化するように加速される（１’）。ステージの加速終了後、同期偏差が許容値以下になるまで速度制御する（２’）。走査速度で同期制御を行いながら露光を行う（３’）。露光終了後、加速度が連続的に変化するようにステージを加速し、その後ステージの加速度が連続的に変化するように減速を行い、ステージを静止させる（実線）。
【００５２】
図３（ａ）において、露光終了後、従来のようにステージを加速させず、ステージを後整定時間だけ走査させ、その後に加速度が連続的に変化するようにステージを減速停止させた場合の速度プロファイルを点線で表す。
【００５３】
この場合でも、前述の実施形態の基本的な考えは、同様に適用することができる。つまり、既知の値より面積Ａ２（右上がりハッチング）とＢ２（左上がりハッチング）を算出し（１）式から（８）式のように計算すれば良い。
【００５４】
また、露光終了後は、加速度変化は必ずしも全オーバーラン時間で連続である必要がないため、図３（ｃ）、（ｄ）のように減速域のみ加速度変化を連続にしてオーバーラン時間を低減を図っても良い。あるいは静止直前の減速時のみ連続（図３（ｅ）、（ｆ））としても良い。この場合も計算方法は同様である。
【００５５】
本実施形態の走行制御は、不連続な加速度変化を抑えるため、走行中のステージに発生する振動に起因するレジスト像の歪み、コントラスト低下やステージ自身の耐久性悪化を低減することができる。
【００５６】
＜実施形態３＞
図４に本発明における第３の実施形態の露光動作を示す。
【００５７】
同図は、ウエハ上の露光ショットに対する露光フィールドのステップ動作及び走査の移動量と移動方向を矢印で示している。２重線矢印は露光走査を示している。同図において、矢印は実際に移動する側のウエハから見た固定側露光フィールドの中心位置の軌跡を表現している。本来、露光フィールドのＹ方向、つまり短手方向幅は０以上の有為な長さを持つが、図では０として説明を行う。ステップ動作の矢印は太線、細線と破線とで示している。太線が本発明を適用した場合の軌跡を表し、破線が従来の軌跡を表す。細線は両者の共通軌跡である。
【００５８】
図４は、ショットの走査方向が露光順に正逆を繰り返しつつ、同列ショット露光を終了して次列ショットにＹステップ移動するときに、Ｙステップ方向とその直前の走査方向が逆である場合である。
【００５９】
露光フィールドは、走査露光５４によりショット５１を露光後、Ｘ方向のステップ移動とＹ方向のオーバーランの同時移動５５を行い、所定の走査速度に達するまで助走５６を行い、走査露光５７と続く。
【００６０】
ここで、従来ではオーバーラン５８終了後にＸＹステップ移動５９を行っていた。しかし、本発明のステージ制御方法では、同列ショットの露光が終了したときは通常のオーバーラン動作を行わず、次列ショットの助走開始位置までステップ移動６０を行う。または、５８、５９の工程とオーバーランを行わない移動６０の工程との比較を行い、より移動時間の少ない移動を選択するようにしてもよい。あるいは移動時間が等しい場合はどちらを選択しても良い。本実施形態のＸ方向のステップ時間は比較対象の移動距離に差はないため、Ｙステップ移動時間の差のみで判断すれば良い。
【００６１】
図５は、移動５８，５９および移動６０のＹ方向速度プロファイルを表したものである。Ｙの正方向を速度軸の正とし、前者の移動が破線、後者が実線である。ここでは、前述の実施形態１で使用した記号をそのまま使用する。ただし本実施形態では、説明を簡略化するため、前述の実施形態のような走査露光後のステージの加速動作は行っていない。移動５６、５８，５９の移動時間をＴ56、Ｔ58、Ｔ59とする。
オーバーラン距離Ｌorは次式のようになる。
【００６２】
Ｌｏｒ＝Ｖ×（Ｔｓ＋０．５×Ｔａ） （９）
【００６３】
また、露光ショットのＹ方向長さをＬexとすると、次式の関係が成り立つ。
【００６４】
Ｔ５８＝Ｔｓ＋Ｔａ （１０）
Ｔ５９＝Ｌｅｘ／Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ／ａ （１１）
Ｔ６０＝（Ｌｅｘ−Ｌｏｒ）／Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ／ａ （１２）
従って５８，５９の移動と５６の移動の時間差は、
【００６５】
図４（ｂ）は、Ｙステップ方向とその直前の走査方向が逆である場合の本発明の実施動作を示している。前述の図４（ａ）の場合と同様に、本実施形態では、従来のオーバーラン６１とＸＹステップ移動６２を行わず、移動６３のみで次列ショットの助走開始位置に移動する。または、Ｙステップ時間を比較して、移動時間が移動６３の方が短ければ移動６３を行うようにしてもよい。これにより、前述の図４（ａ）のときと同様に、ウエハ処理時間の短縮が図れる。
【００６６】
図４（ｃ）は、連続露光を行う隣接ショットの走査方向が等しい場合の例である。このようなショットの走行方向指定は、ウエハの全領域は勿論、一部領域のショットに適用してもよい。前述の図４（ａ）、図４（ｂ）の場合と同様に、従来では必要であった移動６４、６５を行わず、移動６８のみで次ショットの助走開始位置に移動する。または、Ｙステップ時間を比較して、Ｙステップ時間の移動時間が短くなる移動を選択してもよい。このような場合でも、ウエハ処理時間が大幅に短縮できる。
【００６７】
以上の例のようにＹステップ時間をオーバーラン移動の有無で比較し、その結果により少ないステップ時間で済むステップ移動を判別し、場合によりオーバーラン移動動作を省略することでスループットの向上が可能となる。
【００６８】
本実施形態では、ステップ時の速度プロファイルに、等速走行、等加速走行と等減速走行の３種類の走行しか設定していないが、第２実施形態と同様、加速度が連続的に変化するようにステップ移動を行う場合もまた同様に本発明の適用が可能である。また、振動等の問題が発生しない限り、ステップ移動の一部、例えばステップ移動の静止直前のみ加速度を連続に制御しても良いことも、前述の実施形態と同様である。
【００６９】
さらに、本実施形態では、説明を簡略化させるため、前述の実施形態のような走査露光終了後に加速させてオーバーラン時間を短縮する動作をしていないが、このような動作を本実施形態で適用しても良いことは言うまでもない。
【００７０】
＜実施形態４＞
図６は、前述の実施形態のステージ制御方法を改良したものである。
【００７１】
本実施形態は、前述の実施形態の図４（ａ）のように、同列ショットの露光が終了して次列ショットにＹステップ移動するときに、Ｙステップ方向とその直前の走査方向が逆である。
【００７２】
露光フィールドは、走査露光５４によりショット５１を露光後、Ｘ方向のステップ移動とＹ方向のオーバーランの同時移動５５を行い、所定の走査速度に達するまで助走５６を行い、走査露光５７と続く。
【００７３】
ここで、前述の実施形態では、同列ショットの露光が終了したときは通常のオーバーラン動作を行わず、次列ショットの助走開始位置までステップ移動６０を行っていた。本実施形態では、ステップ移動中にステージを走査速度に速度制御し（移動７０）、露光領域までの助走を省略している。
【００７４】
図７は、移動６０および移動７０のＹ方向の速度プロファイルを表したものである。Ｙの正方向を速度軸の正にとし、前者の移動が破線、後者が実線である。ここでは、前述の実施形態１で使用した記号をそのまま使用する。ただし本実施形態では、説明を簡略化するため、前述の実施形態のような走査露光後のステージの加速動作は行っていない。ここで、移動７０の移動時間をＴ70とする。
【００７５】
移動６０では、ショット５７の露光走査終了後、直ちに減速し、−Ｙ方向にステージを加速している。そして、−Ｙ方向の加速が終了した後、次ショットの助走開始位置へ静止するために、ステージの減速が開始される。このときの時刻をｔ１とする。時刻ｔ１から時間Ｔa後、ステージは次ショットの助走開始位置で静止し、助走のための加速が開始される。時刻ｔ１から時間Ｔa＋Ｔa後、加速が終了し、整定動作が開始される。そして、時刻ｔ１から時間Ｔa＋Ｔa＋Ｔs後、同期偏差が許容値以下になるまで速度制御され、露光が開始される。
【００７６】
本実施形態の移動７０でも、ショット５７の露光走査終了後、直ちに減速し、−Ｙ方向にステージを加速している。しかし、時刻ｔ１において、ステージは減速されず、そのままの速度で露光開始位置まで移動する。露光開始位置まで、所定の速度に保たれたまま移動するため、露光開始位置に到達後、すぐに露光動作に入ることができる。
【００７７】
本実施形態の移動７０は、移動６０と比べてステージの減速動作を行わない分だけ露光開始位置に早く到達することができる。そのため図７から分かるように、移動７０は、移動６０と比べて、時間Ｔaだけ処理時間を短縮することができる。
【００７８】
本実施形態では、ステップ時の速度プロファイルに、等速走行、等加速走行と等減速走行の３種類の走行しか設定していないが、第２実施形態と同様、加速度が連続的に変化するようにステップ移動を行う場合も同様に本発明の適用が可能である。また、振動等の問題が発生しない限り、ステップ移動の一部、例えばステップ移動の静止直前のみ加速度を連続に制御しても良いことも、前述の実施形態と同様である。
【００７９】
さらに、本実施形態では、説明を簡略化させるため、第1および第2の実施形態のような走査露光終了後に加速させてオーバーラン時間を短縮する動作をしていないが、このような動作を本実施形態で適用しても良いことは言うまでもない。
【００８０】
＜実施形態５＞
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１４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Ｓ７）される。
【００８１】
図９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装置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。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明によれば、助走距離と実質的に等しくしたオーバーラン距離を走行する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の走査型露光装置の構成図
【図２】本発明の第１実施形態における走査ステージの速度プロファイルと加速度プロファイル
【図３】本発明の第２実施形態における走査ステージの速度プロファイルと加速度プロファイル
【図４】本発明の第３実施形態における露光フィールドの軌跡
【図５】本発明の第３実施形態における走査ステージの速度プロファイル
【図６】本発明の第４実施形態における露光フィールドの軌跡
【図７】本発明の第４実施形態における走査ステージの速度プロファイル
【図８】半導体デバイス製造フロー図
【図９】ウエハプロセスフロー図
【図１０】従来の走査ステージの速度プロファイルと加速度プロファイル
【符号の説明】
１ 光源
２ 照明系
３ 可動マスキングステージ
４ スリット光（レチクル上）
５ レチクル
６ レチクルステージ
７ レチクルステージガイド
８ ステージ駆動系
９ 投影光学系
１０ ウエハフォーカスセンサ
１１ ウエハ
１２ ウエハステージ
１３ ウエハステージガイド
１４ スリット光（ウエハ上）
１５ ウエハステージＹ干渉系
１６ 同期制御系
１７ 主計測系
１８ 同期計測系
１９ レチクルステージＹ干渉系
５１〜５３ ショット領域
５４、５７ 走査露光軌跡
５５、５６ 共通の露光軌跡
５８、５９、６１、６２ 従来の軌跡
６０、６３、６８、６９ 第３実施形態の軌跡
７０ 第４実施形態の軌跡
Claims (8)
- 原版のパターンを介して基板上の領域を走査露光するために、前記原版および前記基板のいずれかを保持したステージの移動を制御するステージ制御方法であって、
前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速する第１の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させる工程であって、当該工程における走査露光期間中に前記走査露光が行われる第２の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速する第３の工程と、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の工程前の期間中、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させる第４の工程とを有し、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の工程において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の工程において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とするステージ制御方法。 - 前記第４の工程において、前記ステージの前記走査方向における加速度が連続的に変化するようにしたことを特徴とする請求項１記載のステージ制御方法。
- 原版および基板のいずれかを保持したステージの移動を制御して、前記原版のパターンを介して前記基板上の領域を走査露光する露光方法であって、
前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速する第１の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させる工程であって、当該工程における走査露光期間中に前記走査露光が行われる第２の工程と、
前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度からゼロまで減少させて減速する第３の工程と、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の工程前の期間中、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させる第４の工程とを有し、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の工程において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の工程において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする露光方法。 - 前記第４の工程は、前記走査方向に直交する方向にも前記ステージを移動させることを特徴とする請求項３記載の露光方法。
- 前記第４の工程において、前記ステージの前記走査方向における加速度が連続的に変化するようにしたことを特徴とする請求項３記載の露光方法。
- 原版のパターンを介して基板上の領域を走査露光する露光装置であって、
前記原版および前記基板のいずれかを保持するためのステージと、
前記ステージの移動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
第１の期間に、前記ステージを、走査方向において、目標速度を第１の速度まで増加させて加速し、
前記走査露光が行われる走査露光期間を含む第２の期間に、前記ステージを、前記走査方向において、前記第１の速度を目標速度として走行させ、
第３の期間に、前記ステージを、前記走査方向において、目標速度を前記第１の速度か らゼロまで減少させて減速し、
前記走査露光期間後かつ前記該第３の期間前の第４の期間に、前記走査方向において、前記第１の速度より速い第２の速度を目標速度として前記ステージを移動させ、
前記走査露光期間前の前記第１および第２の期間において前記ステージが前記走査方向において走行した助走距離と、前記走査露光期間後の前記第３および第４の期間において前記ステージが前記走査方向において走行したオーバーラン距離とが実質的に等しくなるようにしたことを特徴とする露光装置。 - 請求項３〜５のいずれか記載の露光方法により基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
- 請求項６記載の露光装置を用いて基板を露光する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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