JPH07142331A

JPH07142331A - 投影露光装置

Info

Publication number: JPH07142331A
Application number: JP5154715A
Authority: JP
Inventors: Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-06-02
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JP3316706B2

Abstract

(57)【要約】【目的】マスクステージと基板ステージの走査露光中の
相対的位置ずれを高速に制御する。【構成】ステップアンドスキャン方式の露光装置におい
て、レチクルステージ干渉計１６の位置情報とウェハス
テージ干渉計９の位置情報から、レチクル１４とウェハ
５の走査中の本来の位置関係からの相対的位置ずれを演
算する。その演算結果から透明板２０、２１を傾斜させ
る事によりレチクル１４のウェハ５上への投影像をシフ
トさせ、走査露光中に相対的な位置ずれを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶表示
素子等を製造するときに使用される走査式の投影露光装
置に関し、特に走査露光中の位置合わせ方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の投影露光装置の露
光方式には、大別して２つの方法がある。１つは原画パ
ターンのパターン全体を内包しえる露光フィールドを持
った投影光学系を介してウェハやプレート等の感光基板
をステップアンドリピート方式で露光する方法であり、
もう１つは原画パターンと感光基板とを投影光学系を挟
んで対向させて円弧状スリット照明光の下で原画パター
ンと感光基板とを相対走査して露光するスキャン方法で
ある。前者のステップアンドリピート方式を採用したス
テッパーは、最近のリソグラフィー工程で主流をなす装
置である。これは、後者のスキャン露光方式を採用した
アライナーに比べて、解像力、重ね合わせ精度、スルー
プット等がいずれも高くなってきており、今後も暫くは
ステッパーが主流であるものと考えられている。

【０００３】このステップアンドリピート方式におい
て、露光前にマスクステージに載置された原画パターン
と基板ステージ上に載置された感光基板の位置ずれ補正
は、露光装置内に設けられたアライメント装置を使用し
て行う。そして、アライメント装置によって原画パター
ンと感光基板との相対位置合わせが完了すると、露光用
照明系からの照明光を所定時間だけ原画パターンに照射
し、その間原画パターンと感光基板との位置ずれが生じ
ないように保たれた状態で、感光基板が露光される。

【０００４】ところで、最近投影スキャン露光方式にお
いても高解像力を達成する新たな方式がＳＰＩＥ Vol.
1088 Optical/Laser Microlithography II(1989)の第４
２４頁〜４３３頁において、ステップアンドスキャン方
式として提案された。ステップアンドスキャン方式と
は、原画パターンを一次元方向に走査しつつ、ウェハを
それと同期した速度で一次元に走査するスキャン方式
と、走査露光方向と直交する方向にウェハをステップ移
動させる方式とを混用したものである。

【０００５】図４は、ステップアンドスキャン方式の概
念を説明する図であるが、ここでは、感光基板Ｗ上のＸ
方向のショット領域（１チップ，又はマルチチップ）の
並びを円弧状スリット照明光ＲＩＬで走査露光し、Ｙ方
向については感光基板（ウェハ）Ｗをステッピングさせ
るものとする。同図中、破線で示した矢印がステップア
ンドスキャン（以下、Ｓ＆Ｓとする）の露光順路を表
し、ショット領域ＳＡ₁，ＳＡ₂，・・・，ＳＡ₆の順
にＳ＆Ｓ露光を行い、次にウェハＷの中央にＹ方向に並
んだショット領域ＳＡ₇，ＳＡ₈，・・・ＳＡ₁₂の順に
同様にＳ＆Ｓ露光を行う。上記文献に開示されたＳ＆Ｓ
方式のアライナーでは、円弧状スリット照明光ＲＩＬで
照明されたレチクルパターンの像は、１／４倍の縮小投
影光学系を介してウェハＷ上に結像されるため、レチク
ルステージのＸ方向の走査速度は、ウェハステージのＸ
方向の走査速度に対して精密に４倍に制御される。また
円弧状スリット照明光ＲＩＬを使うのは、投影光学系と
して屈折素子と反射素子とを組み合わせた縮小系を用
い、光軸から一定距離だけ離れた像高の狭い範囲（輪帯
状）で各種収差がほぼ零になるという利点を得るためで
ある。そのような反射縮小投影系の一例は、例えばUSP.
4,747,678 に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ステップアンドリピー
ト方式の露光装置は、露光中においてマスクステージと
基板ステージとが所定の位置関係で静止しているだけで
よいので、その位置関係を狂わせる要因（ステージ静定
精度等）を押さえ込むための構成は容易に実現できる。
これに対して、ステップアンドスキャン方式では、露光
中にマスクステージと基板ステージが一定の速度比で相
対的に移動するため、この移動中に速度ムラやその他の
要因により、マスクステージ（原画パターン）と基板ス
テージ（感光基板）の間に相対的な位置ずれが生じ得
る。

【０００７】このステップアンドスキャン方式におい
て、露光中に生じる相対位置ずれを補正する方法として
は、スキャン用のマスクステージもしくは基板ステージ
上に、微動機構を置き、マスクステージと基板ステージ
の相対位置ずれ量に応じて微動機構を駆動し露光中常に
補正を掛けていく方法が考えられる。しかし、この方法
は構造上微動機構を軽量化する事が難しく、かならずし
も応答性がよくない。そこで、本発明は、露光中に生じ
る位置ずれ（速度むら）を補正する応答性の高い装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、ステップア
ンドスキャン方式の投影露光装置において、マスクステ
ージの走査方向と同一な第１の方向、もしくは第１方向
と直交する第２の方向に傾斜可能な透明板２０、２１を
マスクと感光基板との間の結像光路中に設け、さらにマ
スクステージの位置検出装置（レチクルステージ干渉
計）１６と基板ステージの位置検出装置（ウェハステー
ジ干渉計）９から出力される位置情報に基づいて走査露
光中の相対位置ずれ量、もしくはレチクルステージ駆動
装置１７とウェハステージ駆動装置８から出力される速
度信号に基づいた速度比の変動量、を検出する制御装置
２３と、この位置ずれ量に応じて透明板を傾斜させる透
明板駆動装置２２とを設けるようにした。

【０００９】

【作用】本発明は、原画パターンの形成されたマスク
（レチクル）と感光基板の間に設けられた透明板を傾斜
させることにより、感光基板に投影される原画パターン
像を、投影光学系の投影視野内で微小量シフトさせる機
能を利用する。このため、マスクステージ上に微動機構
を置いて、原画パターンを走査露光中に位置補正させる
ことよりも、一般的に軽量となる透明板を利用できるの
で、高速応答性を得ることができる。

【００１０】また、透明板をステップアンドリピート方
式に設ける場合、露光範囲（投影視野）全体をカバーす
る透明板が必要なのに対し、ステップアンドスキャン方
式では、露光スリット領域のみをカバーできればよいた
め、透明板の面積を小さくすることができ、さらに応答
性を高くすることができる。

【００１１】

【実施例】本実施例で説明するステップアンドスキャン
方式の装置構成は、基本的には特開平４−１９６５１３
号公報に開示されている装置構成と同様であるので、そ
の基本的な部分については簡単に説明する。図１は、本
発明の実施例による投影露光装置の構成を示し、水銀ラ
ンプ又は、エキシマレーザー等の光源から発せられた照
明光は、結像式照明視野絞りによって矩形スリット状の
照明視野に整形されて、レチクル１４上に投影される。
レチクル１４上の照明領域内に存在するパターンは、投
影レンズ１０を介してウェハ５上に投影露光される。こ
こでは、レチクル１４が図１の紙面内で左から右方向に
一定速度Ｖでスキャンすると同時に、ウェハ５が紙面で
右から左に一定速度Ｖ／Ｍ（１／Ｍは投影レンズ縮小倍
率）でスキャンすることによって走査露光が達成され
る。

【００１２】レチクル１４及びウェハ５の駆動に関係す
る構成を説明すると、レチクル支持台１１上には、走査
露光のためにＹ軸方向（紙面に対して左右方向）に駆動
可能なレチクルＹ軸ステージ１２が搭載されており、そ
の上にはＸ、Ｙ、θ方向に高精度の微小位置制御が可能
なレチクル微動ステージ１３が設けられ、レチクル１４
はレチクル微動ステージ１３上に保持されている。レチ
クル微動ステージ１３上には移動鏡１５が配置されてお
り、レチクル支持台１１上に配置されたレチクルステー
ジ干渉計１６によって２次元の座標位置が常時モニター
されている。一方、ウェハステージ支持台１上には、走
査露光のためにＹ軸方向に駆動可能なＹ軸ステージ２が
載置され、その上には、Ｘ軸方向に駆動可能なＸ軸ステ
ージ３が設けられ、さらにその上にはＸＹ面と垂直なＺ
方向に平行移動するとともにＸＹ面内で微小回転するＺ
θ軸ステージ４が設けられている。ウェハ５はこの上に
バキュームによって保持される。Ｚθ軸ステージ４上に
は移動鏡７が設けられ、ウェハステージ干渉計９により
モニターされた移動鏡７の２次元の座標位置に基づいて
ウェハ５を、任意の位置又は速度で駆動するウェハステ
ージ駆動装置８が設けられている。また後述するが、ウ
ェハステージ干渉計９によって決まるウェハ座標系と、
レチクルステージ干渉計１６によって決まるレチクル座
標系の対応を取るために、Ｚθ軸ステージ４上にフィデ
ューシャルマーク板６（以後ＦＭ６とする）がある。そ
のＦＭ６上のマークとレチクル１４上のマークを観察す
るためのレチクルアライメント装置１８が偏向ミラー１
９とともに設けられている。

【００１３】更に、ウェハ５上のマークを観察するため
のウェハアライメント装置２４が投影レンズ１０に近接
して設けられている。レチクル１４とウェハ５のアライ
メントは、レチクル１４の中心点の投影位置とウェハア
ライメント装置２４の検出中心点との相対的な位置関係
をＦＭ６を介して求め、露光直前にウェハアライメント
装置２４によってウェハ５上のアライメントマークを位
置合わせ（位置検出）する事により行われる。

【００１４】さて、レチクル１４と投影レンズ１０との
間の投影光路内に設けられた透明板２１は、スキャン方
向と直行する方向に傾斜可能な構成になっており、透明
板２０は、スキャン方向に傾斜可能な構成になってい
る。そして、透明板駆動装置２２は制御装置２３からの
指示に基づいた傾斜量だけ透明板２０，２１を原点位置
から駆動させる。

【００１５】制御装置２３は、レチクルアライメント時
には、レチクルアライメント装置１８から受け取ったレ
チクルアライメントマークとＦＭ６との位置関係を表す
アライメント信号とウェハステージ干渉計９からの位置
情報に基づいて、レチクルステージ駆動装置１７へ走査
開始点や終了点の位置、ウェハ座標系との対応付け等の
指示を行う機能を持つ。また、制御装置２３は、露光時
にはウェハステージ駆動装置８とレチクルステージ駆動
装置１７へ所定の速度比で走査すべく動作の指令を与え
るとともに、露光中のウェハ座標系とレチクル座標系の
２次元座標位置変化のモニターをウェハステージ干渉計
９とレチクルステージ干渉計１６にて行い、レチクル１
４とウェハ５の走査露光時の本来の位置関係からの相対
位置ずれ量をリアルタイムに演算し、その演算結果に基
づいて透明板２０もしくは２１の傾斜量の指示を与える
機能を持つ。

【００１６】図２（１）は、ステップアンドリピート方
式の場合に、この種の透明板２７を設けたときの投影レ
ンズの視野２６に対する透明板の配置例を示している
が、レチクル上の有効露光範囲２５のすべてカバーする
大きさの透明板が必要であるのに対して、ステップアン
ドスキャン方式の場合は、図２（２）のように透明板２
０、２１はレチクル上を照明する矩形スリット照明領域
をカバーする大きさでよいことがわかる。このため、ス
テップアンドスキャン方式は、透明板の大きさ、重量を
小さくすることができ、制御性が向上し、露光中の高速
制御が可能となる。

【００１７】図３は、ステップアンドスキャン露光時に
発生する位置合わせ誤差を３通りに分類して示してあ
る。図３（１）は、ショット全体のＸ、Ｙ方向のオフセ
ットであり、これはアライメント時にレチクルとウェハ
との相対位置関係の特定に誤差が生じたことにより生ず
る。この図では、理想ショット領域Ａに対して実際に露
光されたショット領域Ｂの関係を示している。次に、図
３（２）は、スリット照明領域２８の長手方向に関して
レチクルとウェハとが相対的に揺らいだ場合を示し、理
想ショット領域Ｃに対し実際に露光されたショット領域
Ｄには歪みが生じている。この図３（２）では、スリッ
ト照明領域２８の走査方向の幅Ｌ分だけレチクルとウェ
ハの相対走査が進むと、走査と直交する方向の揺らぎが
許容値以上になっている。さらに、図３（３）〜（５）
はスリット照明領域２８の幅Ｌ内での揺らぎを示してい
る。図３（４）では、ショット領域Ｅをスリットがスリ
ット幅Ｌの距離だけ位置Ｆから位置Ｇへ移動していく様
子を示している。この間に図３（３）のグラフで示すよ
うに走査方向と垂直なＸ方向に揺らぎが発生したとする
と、図３（４）の理想ショット領域Ｅ内の点Ｈに投影さ
れる像（ウェハ上のレジスト像への積算として得られる
像）は、図３（５）に示すように理想的なパターン像Ｉ
に対してパターン像Ｊのように強度分布が劣化してしま
う事がわかる。これは、走査方向に対して発生した揺ら
ぎについても同様である。

【００１８】これらの誤差は、ウェハステージ干渉計９
とレチクルステージ干渉計１６のそれぞれ位置計測値の
差から読み取ることができるので、露光中にウェハステ
ージ干渉計９、レチクルステージ干渉計１６の計測値の
差を制御装置２３で演算し、その差が許容値以上の時に
透明板駆動装置２２で高速に透明板２０、２１を傾斜さ
せれば上述の各種誤差を取り除くことが可能となる。

【００１９】ここで透明板２０を用いた、走査方向に関
する誤差の補正方法を具体的に説明する。例えば、投影
レンズ１０に１／５倍の縮小投影光学系を使用し、ウェ
ハステージ干渉計９の読み取り分解能が０．０１μｍ、
レチクルステージ干渉計１６の読み取り分解能が０．０
２μｍである場合、露光中にウェハステージ干渉計９か
ら出力されるパルス信号Ｐ_wとレチクルステージ干渉計
１６から出力されるパルス信号Ｐ_rとの単位時間当たり
のパルス数の比Ｐ_w／Ｐ_rは５／２となる。制御装置２
３は、この比を例えば数ミリ秒毎に常にモニターし、あ
らかじめ設定した許容値をオーバーした場合、そのずれ
量に応じた駆動信号を透明板駆動装置２２に送り、透明
板２０を駆動させる。以上の演算処理は、高速な処理が
要求されるため、ソフトウェアを使用した処理よりも、
割り算器、コンパレータ等を組み合わせたデジタル演算
回路（ハードウェア）を使用して制御する方法が望まし
い。

【００２０】上記実施例では、ウェハステージ干渉計９
とレチクルステージ干渉計１６により位置検出を行い、
ウェハとレチクルの走査中の本来の位置関係からの相対
的な位置ずれ量を検出し、それを補正するように制御し
ている。この方法とは別に、走査方向に関する位置ずれ
制御に関しては、レチクルステージ駆動装置１７とウェ
ハステージ駆動装置８のそれぞれに設けられた速度セン
サーから得られる速度信号の比を検出する回路（速度変
動検出回路）を設け、その比が所定値から変動するとき
に透明板２０を傾斜させて位置ずれ制御を行うことも可
能である。

【００２１】さらに本発明の透明板の位置補正をレチク
ルＹ軸ステージ１２上に配置したレチクル微動ステージ
１３と併せて使用すれば、揺らぎ振幅が大きく低周波の
揺らぎはレチクル微動ステージ１３で補正し、振幅が小
さい高周波の揺らぎは透明板２０、２１で補正するよう
にすれば透明板２０、２１の回転量を小さくすることが
でき、高周波に対応できるピエゾ素子を用いた構成が採
用できるので、高精度化、高速化が期待できる。また、
透明板２０、２１は必ずしもレチクル１４と投影レンズ
１０との間に設ける必要はなく、ウェハ５と投影レンズ
１０との間に設けてもよい。

【００２２】この透明板２０、２１の代わりに、投影光
学系１０のレンズ素子を傾斜させることによって位置ず
れ制御を行うことも可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ステップ
アンドスキャン露光装置において、マスクステージと基
板ステージとの間に置かれた透明板を傾斜させる事で、
マスクと露光基板の走査露光中の相対的な位置ずれ、又
は速度むらを高い応答性で補正することができる。この
ため、露光すべきショット領域全体のシフトのみでな
く、ショット歪や像劣化を小さくすることも可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投影露光装置の全体構成
を示した図

【図２】ステップアンドリピート露光法とステップアン
ドスキャン露光法で使用する透明板の大きさを比較した
図

【図３】ステップアンドスキャン露光法で生じる各種誤
差を説明する図

【図４】従来のステップアンドスキャン露光法の概念を
説明する図

【符号の説明】

１ウェハステージ支持台２Ｙ軸ステージ３Ｘ軸ステージ４Ｚθ軸ステージ５ウェハ６フィデューシャルマーク板７移動鏡８ウェハステージ駆動装置９ウェハステージ干渉計１０投影レンズ１１レチクル支持台１２レチクルＹ軸ステージ１３レチクル微動ステージ１４レチクル１５移動鏡１６レチクルステージ干渉計１７レチクルステージ駆動装置２０、２１透明板２２透明板駆動装置２３制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原画パターンの形成されたマスクを保持
して、前記原画パターンの面に沿った少なくとも第１方
向に移動可能なマスクステージと、前記原画パターン、
もしくはその一部を所定の倍率で投影する投影光学系
と、該投影光学系の結像面に感光基板が位置するように
該感光基板を保持して、少なくとも前記第１方向に移動
可能な基板ステージと、前記マスクステージと前記基板
ステージとを、前記倍率に応じた速度比で移動させる駆
動手段を備え、前記原画パターンの投影像を前記感光基
板上に走査露光する装置において、前記マスクステージと前記基板ステージの間に配置さ
れ、前記投影像を前記第１方向もしくは該第１方向と直
交する第２方向に変位させるために傾斜可能な透明板
と；走査露光時に前記マスクステージと前記基板ステー
ジとの、前記第１方向もしくは第２方向の所定相対的位
置関係からの位置ずれ量に応じた検出信号を出力する位
置ずれ検出手段と、該検出信号に応じて、前記透明板を前記第１方向、もし
くは前記第２方向に傾ける制御手段とを設けたことを特
徴とする投影露光装置。
【請求項２】前記位置ずれ検出手段は、前記マスクス
テージと前記基板ステージとの速度比の変動に応じた検
出信号である事を特徴とする請求項第１項記載の投影露
光装置。
【請求項３】前記位置ずれ検出手段は、第１方向に関
する前記位置ずれ量に応じた検出信号と第２方向に関す
る前記位置ずれ量に応じた検出信号とを出力し、前記透
明板は、前記投影像を前記第１方向に変位させるために
傾斜可能な第１の透明板と、前記投影像を前記第２方向
に変位させるために傾斜可能な第２の透明板とを含み、
前記第１の透明板と前記第２の透明板は、前記投影光学
系の光軸方向に並設している事を特徴とする請求項第１
項記載の投影露光装置。