JPH09134864A - 露光方法 - Google Patents

露光方法

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JPH09134864A
JPH09134864A JP7292361A JP29236195A JPH09134864A JP H09134864 A JPH09134864 A JP H09134864A JP 7292361 A JP7292361 A JP 7292361A JP 29236195 A JP29236195 A JP 29236195A JP H09134864 A JPH09134864 A JP H09134864A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査露光型の露光装置において、位置合わせ
精度を維持したままスループットを向上させる。 【解決手段】 あるショット領域での露光が終了後、X
Yステージは位置y1 (Y座標値)から目標位置y
2 (Y座標値)で示す走査開始位置まで移動し、その走
査開始位置で速度がほぼ0に減速して暫く振動した後、
所定のサンプリング回数の測定値の目標位置y2 からの
ずれ量が走査開始位置での許容範囲εS 内に収束した時
刻t3から走査を開始する。許容範囲εS の値は露光時
の許容範囲εEより極めて緩い値となっており、これに
より整定時間TS を短縮する。走査開始位置で発生した
位置決め誤差は、走査開始時刻t3から露光開始時刻迄
の間に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子(CCD等)、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスク上のパターンを感光性の基板上に露光するための
露光方法に関し、特に、マスク上のパターンの一部を感
光性の基板上に投射した状態でマスク及び感光性の基板
を同期して走査することにより、マスク上のパターンを
その基板上の各ショット領域に逐次転写露光する、所謂
ステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の露光
装置の露光方法に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体素子等をフォトリソグ
ラフィ技術を用いて製造する際に、マスクとしてのレチ
クルのパターンの投影光学系を介した像をフォトレジス
ト等が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上の
各ショット領域に露光するステッパー等の一括露光型の
投影露光装置が使用されている。これに対して最近、半
導体素子等の1個のチップサイズが大型化する傾向にあ
り、投影露光装置においてはレチクル上のより大きな面
積のパターンをウエハ上に露光する大面積化が求められ
ている。しかしながら、このために単に投影光学系の露
光フィールドを大きくしようとすると、広い露光フィー
ルドの全面で諸収差を許容範囲内に収めるために投影光
学系が複雑化して製造コストが高くなると共に、投影光
学系が大型化して装置全体が大きくなり過ぎてしまう。
【0003】そこで、投影光学系の露光フィールドをあ
まり大型化することなく、被転写パターンの大面積化の
要求に応えるために、レチクルのパターンの一部を投影
光学系を介してウエハ上に投射した状態で、その投影光
学系に対してレチクル及びウエハを同期して走査するこ
とによって、レチクル上のパターンを逐次ウエハ上の各
ショット領域に転写露光する、所謂ステップ・アンド・
スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置が注目され
ている。そのステップ・アンド・スキャン方式は、従来
より知られているように、マスクパターンを1回の走査
でウエハの全面に露光するスリットスキャン方式を発展
させたものである。
【0004】ところで、例えば半導体素子はウエハ上に
何層もの回路を精密に重ね合わせることにより製造され
る。このため、投影露光装置にはレチクル及びウエハを
所定の位置に移動して位置決めするためのレチクルステ
ージやウエハステージ等のステージ機構、アライメント
系及び可動の視野絞り(可動ブラインド)等が設けられ
ている。近年、ICの高集積化に伴って各機構では更に
高い位置決め精度を必要としている。一方で高いスルー
プット(生産性)を得るために、工程時間を更に短縮す
るための技術も求められており、位置合わせの精度と生
産性とを共に向上させる技術が要求されている。
【0005】今日一般的に使用されている投影露光装置
では、レチクルのパターンがウエハ上の複数のショット
領域へ転写される。そのため、露光対象のショット領域
を露光フィールド付近へ移動するステッピング動作と、
そのショット領域とレチクルとを位置合わせするアライ
メント動作と、そのショット領域へ露光する動作とが繰
り返される。特に走査露光型の投影露光装置において
は、次のショット領域の走査開始位置までステッピング
し、その位置で精密に位置決めし、露光開始位置で所定
の走査速度になるように加速した後、レチクルステージ
とウエハステージとの相対位置を精密な位置決め精度で
調整し、可動ブラインド等の駆動系も同期させた状態で
制御しながら、所定の走査速度でレチクルステージ及び
ウエハステージを駆動して走査露光を行うという一連の
動作が繰り返される。この場合、従来は、走査開始位置
での位置決め精度と、露光開始位置及び走査露光時の位
置決め精度との間に差はなく、同じ位置決め精度で位置
決めが行われていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術によれ
ば、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置ではショ
ット領域の露光終了後、直ぐに前後左右の次のショット
領域へ直線的に最短距離でステッピングし、そのショッ
ト領域での精密な位置決めが行われた後、その位置決め
された位置で露光が行われる。これに対して、走査露光
型の投影露光装置ではショット領域の露光終了後、ウエ
ハステージは暫くの間減速して、次のショット領域の走
査開始位置へステッピングし、走査開始位置で精密な位
置決めが行われた後、例えば走査方向を反転して走査露
光が行われる。このように、走査露光型の投影露光装置
では、ウエハステージは投影光学系の露光中心に対して
蛇行した後、次のショット領域の走査開始位置へ位置決
めされるという動作が繰り返される。そのため、走査露
光型では、一括露光型の投影露光装置に比較してスルー
プットを高めにくいという不都合があった。
【0007】本発明は斯かる点に鑑み、走査露光型の露
光装置で露光を行う際に、露光時の位置合わせ精度を従
来通り高く維持したまま、スループットを向上できる露
光方法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】本発明による露光方法
は、露光光(IL)のもとでマスク(R)上のパターン
の一部を感光性の基板(W)上に投射した状態で、その
マスク(R)とその基板(W)とを同期走査することに
よりそのパターンをその基板(W)上の各ショット領域
に逐次転写露光する露光方法において、その基板(W)
上の各ショット領域の走査開始位置への位置決め精度を
露光時の位置決め精度より(例えば5倍〜200倍程度
に)緩くするものである。斯かる本発明の露光方法によ
れば、走査開始位置への位置決めを露光時の位置決め精
度より緩い位置決め精度で行うため、走査開始位置にお
ける位置決め時間が短縮される。また、露光時の位置決
め精度は緩めないため、露光時の位置合わせ精度を高く
維持したまま、スループット(生産性)の向上が計れ
る。
【0009】この場合、その基板(W)上の各ショット
領域の走査開始位置の位置決め誤差を走査開始から露光
開始までの間に補正することが好ましい。これにより、
走査開始位置における位置決め精度を緩めたことにより
発生する位置決め誤差が露光開始位置迄に補正されるた
め、露光時の位置合わせ精度が低下しない。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、レチクル及び
ウエハを投影光学系に対して同期して走査することによ
り、レチクル上のパターンをそのウエハ上の各ショット
領域に逐次転写露光する、ステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置で露光する場合に本発明を適用した
ものである。
【0011】図1は、本例の投影露光装置の概略構成を
示し、この図1において、光源及びウエハW上の照度を
調節する減光部等を含む光源系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。光源系1は主
制御系13により制御されており、主制御系13は光源
系1の光源及び減光部を制御してウエハW上の照明光I
Lの照度を調節する。照明光ILとしては、例えばKr
F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。
フライアイレンズ4は、レチクルRを均一な照度分布で
照明するために多数の2次光源を形成する。フライアイ
レンズ4の射出面には照明系の開口絞り5が配置され、
その開口絞り5内の2次光源から射出される照明光IL
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に入射し、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を経て可動の視野絞り(以
下、「可動ブラインド」という)8の開口部を通過す
る。
【0012】本例の可動ブラインド8は、レチクルのパ
ターン面に対する共役面に配置され、且つその可動ブラ
インド8の長方形の開口部の走査方向の幅及び位置がブ
ラインド駆動系8aにより連続的に変化できるように構
成されている。ブラインド駆動系8aは主制御系13に
より制御されており、主制御系13からの指令によりブ
ラインド駆動系8aを介して可動ブラインド8を開閉す
ることにより照明光ILの照明領域を連続的に調整し
て、ショット領域以外の部分への露光を防止する。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及びメインコンデン
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を均一な照度分布で照明し、レチクルR上の
照明領域24内のパターンを投影光学系15を介して投
影倍率β(βは例えば1/4)で反転縮小した像をウエ
ハW上のスリット状の露光領域24Wに投影露光する。
以下、投影光学系15の光軸に平行にZ軸をとり、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(即ち、図1の紙面に平行な方
向)をX方向、その走査方向に垂直な非走査方向をY方
向として説明する。
【0013】レチクルRは、不図示のレチクルホルダを
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の光軸に垂直な平面
(XY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(X方向)に所定の走査速度
で移動可能となっている。また、レチクルステージ11
は走査方向にレチクルRの全面が少なくとも照明領域2
4を横切ることができるだけのストロークを有してい
る。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からのレーザビームを反射する移
動鏡22bが固定されており、レチクルステージ11の
位置は、レーザ干渉計22aにより常時モニタされてい
る。レーザ干渉計22aからのレチクルステージ11の
位置情報はレチクルステージ制御系27に送られ、その
位置情報はレチクルステージ制御系27を介して主制御
系13にも供給されている。主制御系13はその位置情
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の位置及び速度を制御している。
【0014】一方、ウエハWは不図示のウエハホルダを
介してZチルトステージ16上に載置され、Zチルトス
テージ16はウエハステージ制御系28を介してX方向
及びY方向に駆動されるXYステージ17上に載置され
ている。XYステージ17によりウエハW上の各ショッ
ト領域へスキャン露光する動作と、次の露光開始位置ま
でステッピングする動作とを繰り返すステップ・アンド
・スキャン動作が行われる。ウエハWはZチルトステー
ジ16によりZ方向への移動、及びXY平面に対する傾
斜が可能に構成されている。
【0015】また、Zチルトステージ16の端部には外
部のレーザ干渉計23aからのレーザビームを反射する
移動鏡23bが固定されており、Zチルトステージ16
(ウエハW)の位置はレーザ干渉計23aにより、常時
モニタされている。レーザ干渉計23aからのZチルト
ステージ16の位置情報はウエハステージ制御系28に
送られており、その位置情報は更にウエハステージ制御
系28を介して主制御系13にも供給されている。主制
御系13はそ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の位置及び速度を制御してい
る。
【0016】本例では走査露光時に、レチクルRが+X
方向(又は−X方向)へ、例えば速度VR でスキャンさ
れるのと同期してウエハWが−X方向(又は+X方向)
に速度VW でスキャンされる。走査速度VR と速度VW
との比(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おり、これによってレチク
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。
【0017】また、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よりな
るインテグレータセンサ20で受光され、インテグレー
タセンサ20の光電変換信号が主制御系13に供給され
ている。インテグレータセンサ20の光電変換信号とウ
エハWの露光面上での照明光の照度との関係は予め求め
られており、この光電変換信号に基づいてウエハW上の
露光量の制御が行われる。また、図1の装置には不図示
であるが、ウエハWの面位置及び傾斜角を検出するため
の斜入射方式の焦点位置検出系、及びレチクルRとウエ
ハWの各ショット領域との位置合わせのための複数のア
ライメントセンサが配置されている。
【0018】次に、本例の露光動作の一例につき主に図
2〜図4を参照して説明する。前述のように走査露光型
の投影露光装置では、各ステージ系及び可動ブラインド
等の駆動系が精密な同期性を保つことによりレチクルR
のパターンがウエハW上の各ショット領域に転写され
る。走査露光型の投影露光装置では、走査露光中は一定
の速度で走査が行われるため、助走を経て一旦露光開始
位置で各駆動系の同期を取った後、走査露光が行われ
る。本例は、走査開始位置でのXYステージ17の位置
決め精度を露光時の位置決め精度より緩めることによ
り、走査開始位置に位置決めするための時間を短縮し、
露光精度を維持しながらスループットの向上を計るもの
であり、以下ではXYステージ17の動作を例に取り、
具体的に説明する。
【0019】図2は、図1のXYステージ17の動作に
伴うウエハWのステッピング及び走査の様子を示し、こ
の図2において実際には投影光学系15は固定されてウ
エハWが移動するが、説明の都合上、ウエハWが静止し
てその上を投影光学系15の光軸AXが矢印で示す軌跡
33に沿って移動するように表現する。この例では、投
影光学系15の光軸AXは軌跡33に沿って、前のショ
ット領域31を−X方向に走査した後、XYステージ1
7の動作によって、ステッピング区間34に沿って次に
露光すべきショット領域32の下方に移動する。そし
て、投影光学系15の光軸AXは次のショット領域32
の走査開始位置35に緩い位置決め精度で位置決めされ
た後、加速区間36の間に加速され、露光開始位置37
に達する迄に所定の走査速度になり、その走査速度でシ
ョット領域32の中央部の露光区間38を移動する。
【0020】図3は、本例におけるXYステージ17の
位置決め状態を表し、この図3において横軸は時間t、
縦軸はXYステージ17の非走査方向(Y方向)の位置
yを表す。この図3において、曲線41に示すようにシ
ョット領域31への露光が終了した時刻t1に、XYス
テージ17は位置y1から直ぐに次のショット領域32
への移動を開始する。走査開始位置35に近付くと、X
Yステージ17は減速され、時刻t2において速度がほ
ぼ0近くになり、XYステージ17のY方向の位置yは
走査開始位置35となる目標位置y2付近で振動しなが
らその目標位置y2に収束していく。そして、その位置
yの振動の振幅が収束し、位置決め完了と判断された時
刻t3から次のショット領域32のための助走が開始さ
れる。この場合、XYステージ17の位置yは一定のサ
ンプリング周期で計測されるが、所定数以上のサンプリ
ング回数(又はある時間以上)における位置yの目標位
置y2からの誤差が位置決め誤差の許容範囲εS 内(±
εS /2以内)に連続して存在するときに位置決め完了
と判断される。
【0021】XYステージ17の位置決めに必要な時間
は、時刻t1から時刻t2までの間の移動時間TR と、
時刻t2から時刻t3までの間の整定時間TS と、の合
計時間TT (=TR +TS )である。そして、この整定
時間TS は、XYステージ17の移動時の加速度及び速
度、並びに位置決めの許容範囲に関係する。即ち、移動
時の加速度や速度が大きければ整定時間TS は長くな
り、位置決めの許容範囲が小さいほど位置決め完了まで
の時間も長くなる。このことを逆に言えば、許容範囲が
緩くても良い場合には位置決め時間を短縮することが可
能である。
【0022】通常、投影露光装置における一般的な位置
決め誤差の許容範囲は露光のための位置決め時と同じく
数10nm程度である。走査露光中の位置決め誤差の許
容範囲においても同様の精度が求められる。しかし、走
査露光方式においては露光時(走査露光時)にのみ厳格
な位置決め精度が達成されればよく、それ以外の位置決
め、特に走査開始位置での位置決め時には、露光時と同
等の位置決め精度を必要としない。本例はその点を利用
したものであり、この場合、走査開始位置35での位置
決め誤差の許容範囲を緩くした結果生じる位置誤差分
は、走査開始後、露光が開始されるまでの加速及び同期
制御を行う間に露光に必要とされる許容範囲εE まで追
い込むことにより補正することが可能である。
【0023】図3に示すように、本例では走査開始位置
35での位置決め誤差の許容範囲として、走査露光時の
位置決め誤差の許容範囲εE に対して大きな許容範囲ε
S を設定している。具体的には、例えば走査露光時の許
容範囲εE が数10nmとすれば、走査開始位置35で
の位置決め誤差の許容範囲εS は数100nm〜数μm
とする。即ち、走査開始位置での許容範囲εS として、
走査露光時の許容範囲εE の約10倍〜100倍程度の
許容範囲を設定することが可能である。また、実用的に
は許容範囲εS は許容範囲εE の5倍〜200倍程度が
可能である。許容範囲εS が許容範囲εE の5倍より小
さいと、スループット改善の効果が小さく、許容範囲ε
E の200倍を超えると、露光開始時に位置決め誤差を
許容範囲εE の範囲に収めるのが困難となる。この許容
範囲εS の設定に当たっては、加速区間36の間に位置
決め誤差が許容範囲εE 内に入るように、走査開始位置
35から露光開始位置37の加速区間36の幅及び加速
度が考慮される。
【0024】図4は、本例における露光工程のフローチ
ャートの一部を示し、この図4に示すように、ウエハW
上の複数のショット領域に対して、ステップ101〜1
03が繰り返される。即ち、ステップ101においてシ
ョット領域間の移動(ステッピング)及び走査開始位置
(スタート位置)への位置決めが行われた後、ステップ
102においてXYステージ17が加速されると同時に
主制御系13により各駆動系との同期が取られる。そし
て、ステップ103において走査露光が行われ、走査露
光が終了すると再びステップ101に戻り、次のショッ
ト領域へのステッピング及び位置決めが行われるという
工程が複数のショット領域に対して繰り返される。この
場合、ステップ101における走査開始位置への位置決
め誤差は、露光時の許容範囲εE より緩やかな許容範囲
εS に設定し、ステップ102の加速時には、急速に位
置決め精度を高め、露光開始位置では位置決め誤差を小
さな許容範囲εE 内に収め、ステップ103においては
その小さな許容範囲εE 内で走査露光が行われるように
各ステップにおける位置決め誤差の許容範囲を設定す
る。
【0025】以上のように、ステップ101での位置決
め誤差の許容範囲を大幅に緩めることにより走査開始位
置での位置決め時間が短縮される。この動作は複数のシ
ョット領域に対して繰り返し行われるため、大幅に露光
時間が短縮される。また、露光開始位置及び走査露光時
の位置決め精度は従来と同様であるため、露光精度を維
持したまま、スループットの大幅な向上が計れる。
【0026】なお、本発明はステージ系に限らず、可動
ブラインド等の同期制御される駆動系に対しても同様に
適用できる。このように、本発明は上述の実施の形態に
限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構
成を取り得る。
【0027】
【発明の効果】本発明による露光方法によれば、走査開
始位置での位置決め精度を露光時の位置決め精度より緩
く設定するため、走査開始位置での位置決め時間を短縮
することができる。また、露光時の位置決め精度に変わ
りはないため、位置合わせの精度を維持したまま、スル
ープットが向上する利点がある。
【0028】また、基板上の各ショット領域の走査開始
位置の位置決め誤差を走査開始から露光開始までの間に
補正する場合には、走査開始位置での位置決め精度を緩
めたことにより発生する位置決め誤差が露光時には補正
されているため、位置合わせ精度が高精度に維持される
利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による露光方法の実施の形態の一例で使
用される投影露光装置の全体を示す概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態において、XYステージ1
7(又は投影光学系15)の移動経路の説明に供するウ
エハの平面図である。
【図3】図1のXYステージ17の位置変化及び振動状
態を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態における露光動作の一例を
示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 光源系 IL 照明光 R レチクル 11 レチクルステージ 13 主制御系 15 投影光学系 W ウエハ 17 XYステージ 31,32 ショット領域 34 移動区間 35 走査開始位置 36 加速区間 37 露光開始位置 38 露光区間

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光光のもとでマスク上のパターンの一
    部を感光性の基板上に投射した状態で、前記マスクと前
    記基板とを同期走査することにより前記パターンを前記
    基板上の各ショット領域に逐次転写露光する露光方法に
    おいて、 前記基板上の各ショット領域の走査開始位置への位置決
    め精度を露光時の位置決め精度より緩くすることを特徴
    とする露光方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の露光方法であって、 前記基板上の各ショット領域の走査開始位置の位置決め
    誤差を走査開始から露光開始までの間に補正することを
    特徴とする露光方法。
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