JP2008098311A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系を支持する支持体の変形による計測誤差を低減する。
【解決手段】露光装置１００は、レチクル１０２とウエハ１１６とを位置合わせして投影光学系１０６を介してレチクル１０２のパターンをウエハ１１６に投影してウエハ１１６を露光する。露光装置１００は、位置合わせのための計測を行う計測システム１０４、１１５と、計測システム１０４、１１５を支持する計測定盤１１１と、投影光学系１０６を支持する鏡筒定盤１０８とを備える。計測定盤１１１と鏡筒定盤１０８とは、分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体露光装置に要求される解像力がより高くなっている。解像力を高くするために、投影光学系には０．９以上のＮＡが要求され、投影光学系の大型化が進んでいる。

図４は、特許文献１に記載されている露光装置の構成を示す図である。投影光学系９を支持する鏡筒定盤１０は、振動を低減するためにアクチュエータを含むアクティブマウント１２によって支持されている。この鏡筒定盤１０には、ウエハ６を搭載したウエハステージ７の位置を計測するためのＺ干渉計１６及びＸＹ干渉計１７が取り付けられている。干渉計１６及び１７によって、投影光学系９に対するウエハステージ７の相対位置が計測されて、この計測結果に基づいてウエハステージ７が位置決めされる。
特開平１１−２９７５８７号公報

上記のように干渉計１６及び１７が鏡筒定盤１０に取り付けられた構成においては、鏡筒定盤１０が変形したときに計測誤差が発生する。鏡筒定盤１０の変形は、例えば、アクティブマウント１２のアクチュエータからの発熱によっても起こりうるし、鏡筒定盤１０の上に重い物体が搭載されているときにも起こりうる。特に、鏡筒定盤１０には重量が大きい投影光学系９が搭載されるので、鏡筒定盤１０は大きく変形しうる。

このような変形の対策として、鏡筒定盤１０の材質を低熱膨張材にすることや、鏡筒定盤１０を大型化することも考えられる。しかしながら、前者はコスト面で不利となってしまい、後者は装置全体が大型化してしまう上に、鏡筒定盤１０の製造に長時間を要する。

本発明は、本発明者による上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、投影光学系を支持する支持体の変形による計測誤差を低減することを目的とする。

本発明の露光装置は、原版と基板とを位置合わせして投影光学系を介して該原版のパターンを該基板に投影して該基板を露光する露光装置に関する。前記露光装置は、位置合わせのための計測を行う計測システムと、前記計測システムを支持する第１支持体と、前記投影光学系を支持する第２支持体とを備え、前記第１支持体と前記第２支持体とが分離されている。

本発明によれば、例えば、投影光学系を支持する支持体の変形による計測誤差を低減することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態における露光装置の概略図である。図１に示す露光装置１００は、レチクル（原版）１０２とウエハ（基板）１１６とを位置合わせして投影光学系１０６を介して該レチクル１０２のパターンを該ウエハ１１６に投影して該ウエハ１１６を露光するように構成される。

露光装置１００は、レチクル１０２を光ビームで照明する照明光学系１０１と、レチクル１０２を保持して駆動するレチクルステージ装置１０３とを備える。露光装置１００はまた、レチクル１０２に描画されたパターンをウエハ１１６に投影する投影光学系６と、ウエハ１１６を保持して駆動するウエハステージ装置１１７とを備える。

照明光学系１０１１は、ペデスタル（設置台）１１９に搭載されたベースフレーム１２０によって支持される。レチクルステージ装置１０３は、レチクル１０２を保持して移動する可動部（レチクル１０２を保持して移動する部分）１０３ａと、可動部１０３ａを駆動する駆動部１０３ｂとを含む。可動部１０３ａの位置は、レーザー干渉計１０４によって計測される。

駆動部１０３ｂは、レーザー干渉計１０４の出力に基づいて駆動部１０３ｂが制御される。ここで、レーザー干渉計１０４の計測軸及び可動体１０３ａの駆動軸は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向と各方向回りの回転方向であるωｘ，ωｙ，ωｚ方向の計６軸方向であることが好ましい。レチクルステージ装置１０３は、レチクルステージ定盤１２３によって支持され、レチクルステージ定盤１２３は、ベースフレーム１２０と一体である支持体１１０によって支持される。

レチクルとウエハとを位置合わせするための計測を行う計測システム或いは計測器の一例としてのレーザー干渉計１０４は、第１支持体の一例としての計測定盤１１１によって支持される。

投影光学系（鏡筒）１０６は、振動低減ユニットの一例としてのマウント１０７を介して、第２支持体の一例としての鏡筒定盤１０８によって支持される。マウント１０７は、投影光学系１０３の振動を抑えるように投影光学系１０３と鏡筒定盤１０８との間に配置されたアクチュエータを含むアクティブマウントと、鏡筒定盤１０８から投影光学系１０６への振動の伝達を遮断するエアマウントとを備える。ここで、投影光学系１０３の振動は、加速度センサによって計測されうる。

鏡筒定盤１０８は、振動低減ユニットの一例としてのマウント１０９を介して、ベースフレーム１２０によって支持される。マウント１０９は、投影光学系１０３の振動を抑えるように鏡筒定盤１０８とベースフレーム１２０との間に配置されたアクチュエータを含むアクティブマウントと、ベースフレーム１２０から鏡筒定盤８への振動の伝達を遮断するエアマウントとを備える。マウント１０７及びマウント１０９の構成は、上記のような構成に限定されず、制振又は除振の機能を有していればよい。

第１支持体として一例としての計測定盤１１１と第２支持体としての鏡筒定盤１０８とは、互いに振動が伝達されないように、振動の観点において分離されている。すなわち、計測定盤１１１と鏡筒定盤１０８との間の経路には、少なくとも１つの振動低減ユニット、この実施形態では、マウント１１２、１０９が配置されている。

ウエハステージ装置１１７は、ウエハ１１６を保持して移動する可動部１１７ａ及び可動部１１７ａを駆動する駆動部１１７ｂとを含む。可動部１１７ａの位置は、計測システム或いは計測器の一例としてのレーザー干渉計１１５によって計測される。駆動部１１７ｂは、レーザー干渉計１１５の出力に基づいて制御される。ここで、レーザー干渉計１１５の計測軸及び可動体１１７ａの駆動軸は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向と各方向回りの回転方向であるωｘ，ωｙ，ωｚ方向の計６軸方向であることが好ましい。ウエハステージ１１７は、ウエハステージ定盤１２４によって支持され、レーザー干渉計１１５は、計測定盤１１１によって支持される。ウエハステージ定盤１２４は、ペデスタル１９上に搭載される。

投影光学系（鏡筒）１０６と計測定盤１１１との位置関係は、第２計測システム或いは計測器の一例としてのレーザー干渉計１０５によって計測される。投影光学系（鏡筒）１０６と計測定盤１１１との位置関係は、レーザー干渉計１０５による計測結果に基づいて調整されうる。これにより、投影光学系１０６、レチクル１０２及びウエハ１１６の位置関係を保証することができる。ここで、レーザー干渉計１０５の計測軸は、上述の６軸方向であることが好ましい。

上述のように、レーザー干渉計１０４、１０５、１１５は、鏡筒定盤１０８とは分離した計測定盤１１１によって支持される。これにより、鏡筒定盤１０８の変形の影響による計測誤差を大きく低減することができる。また、前述のように、鏡筒定盤１０８は、マウント１０９によって支持され、計測定盤１１１は、マウント１１２によって支持される。これにより、鏡筒定盤１０８と計測定盤１１１との間で振動の伝達を抑えることができる。

また、計測定盤１１１には、ウエハ１１６のアライメントを行うためのアライメントセンサ１１３と、ウエハ１１６の表面高さを計測するためのフォーカスセンサ１２１とが支持される。アライメントセンサ１１３は、計測システム或いは計測器の一例であり、投影光学系１０６の光軸に直交する方向におけるウエハ上のアライメントマークの位置を計測する。フォーカスセンサ１２１は、計測システム或いは計測器の一例であり、投影光学系１０６の光軸に沿った方向におけるウエハの位置を計測する。

露光装置１００は、レチクルをレチクルステージ装置１０３に送り込むレチクル搬送装置１２７を備えうる。露光装置１００はまた、ウエハステージ装置１１７に備えられたチャック（不図示）にウエハ１１６を搬送するための搬送装置１１８を備えうる。

搬送装置１１８によって搬送されたウエハは、プリアライメントされた後に、ウエハステージ１１７に備えられたチャック上に搭載される。ウエハステージ１１７のチャック上に搭載されたウエハは、アライメントセンサ１１３によってアライメント用の計測処理がされた後に、露光処理がされる。具体的には、前の工程でウエハ上に形成されたマークの位置がアライメントセンサ１１３によって検出され、その結果に基づいてウエハステージ１１７を制御しながら露光処理がなされる。これにより、ウエハ上にパターンを正確に重ね合わせることができる。

露光処理において、レチクルステージ１０３の可動部１０３ａとウエハステージ１１７の可動部１１７ａは互いに同期して走査駆動される。

[第２実施形態]
図２は、本発明の第２実施形態における露光装置の概略図である。ここで特に言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。また、第１実施形態と共通する構成要素には、第１実施形態と同様の符号が付されている。

図２に示す露光装置２００は、ウエハステージ装置の可動部（すなわち、ウエハステージ）として２つの可動部１１７Ａ、１１７Ｂを備える。このようなウエハステージ装置は、ツインステージ構成のウエハステージ装置と呼ばれうる。ウエハステージ装置の可動部（すなわち、ウエハステージ）は、３以上設けられてもよい。

露光装置２００では、一方のステージに保持されたウエハが露光ステーションＥＳで露光されている間に、他方のステージに保持されたウエハについて計測ステーションＭＳでアライメント用の計測を実施することができる。

露光ステーションＥＳにおいて可動部（ウエハステージ）の位置を計測するレーザー干渉計（計測システム或いは計測器の一例）１１５Ａは、計測定盤（第１支持体の一例）１１１によって支持される。計測ステーションＭＳにおいて可動部（ウエハステージ）の位置を計測するレーザー干渉計（計測システム或いは計測器の一例）１１５Ｂは、同様に、計測定盤１１１によって支持される。また、計測ステーションＭＳでは、ウエハ１１６のアライメントを行うためのアライメントセンサ（計測システム或いは計測器の一例）１１３と、ウエハ１１６の表面高さを計測するためのフォーカスセンサ（計測システム或いは計測器の一例）１２１とが計測定盤１１１によって支持される。

露光装置２００は、投影光学系１０６を介して投影光学系１０６の物体側と像側の基準マークを観察するＴＴＬアライメント顕微鏡１２６を備えうる。

図３は、ウエハステージ装置１１７の可動部（ステージ）１１７Ａ、１１７Ｂの構成例を示す上面図である。ウエハ１１６は、可動部（ステージ）１１７Ａ、１１７Ｂに搭載されたチャック２０１によって保持される。可動部（ステージ）１１７Ａ、１１７Ｂには、基準マーク２０３が設けられていて、これらの基準マーク２０３は、前中のＴＴＬアライメント顕微鏡１２６によって観察されることによってレチクルとウエハとの位置関係が計測される。この計測結果に基づいて、計測ステーションＭＳにおける計測結果と露光ステーションＥＳにおける計測結果との差分が得られる。

以下、露光装置２００における動作を簡単に説明する。

まず、レチクル搬送装置１２７によりレチクルがレチクルステージ装置１０３の可動部１０３ａの所定位置に送り込まれる。

次いで、ウエハがウエハ搬送装置１１８によって計測ステーションＭＳ側に位置するウエハステージ装置１１７の可動部（ステージ）に送り込まれる。ここで、ウエハの送り込みの際に、通常は、ウエハがプリアライメントされる。

次いで、計測ステーションＭＳにおいて、アライメントセンサ１１３によってウエハ上の基準マーク２０３及びアライメントマークの位置が計測され、この計測結果に基づいて、基準マーク２０３とウエハ上のショットとの位置関係、並びに、ウエハ上のショット配列が計算される。

次いで、計測ステーションＭＳにおいて、ウエハが駆動されながら、フォーカスセンサ１２１によってウエハの表面形状（フォーカス値）が計測される。

次いで、計測が終了したウエハが可動部（ステージ）のチャック２０１に保持されたまま、露光ステーションＥＳに送られる。この際に、露光ステーションＥＳ側にあった可動部（ステージ）は、計測ステーションＭＳに送られる。すなわち、計測ステーションＭＳと露光ステーションＥＳとにおいて、可動部（ステージ）が交換される。

次いで、露光ステーションＥＳにおいて、レチクル又はレチクルステージ装置１０３の可動部１０３ａに設けられた基準マークとウエハステージ装置１１７側の基準マーク２０３との位置関係がＴＴＬアライメント顕微鏡１２６によって計測される。この計測結果に基づいて、露光ステーション側の甘藷系１１５Ａの補正、及び、計測ステーションＭＳで求められたショット配列及びフォーカス値（表面形状）の補正がなされる。

次いで、補正されたショット配列及びフォーカス値に基づいて、複数のショット領域に順に露光がなされる。

以上の露光処理と並行して計測ステーションでは次のウエハを対象として計測処理がなされる。露光処理と計測処理が終了すると、計測ステーションＭＳと露光ステーションＥＳとにおいて、可動部（ステージ）が交換される。このような動作が繰り返されることによって、複数のウエハが処理される。

[応用例]
次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図５は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。一方、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（基板ともいう）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、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図６は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。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成膜する。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（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

第１実施形態における露光装置の概略図である。 第２実施形態における露光装置の概略図である。 ウエハステージ装置の可動部（ステージ）の構成例を示す上面図である。 従来の露光装置の概略図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

符号の説明

１００、２００ 露光装置
１０１ 照明光学系
１０２ レチクル（原版）
１０３ レチクルステージ装置
１３０ａ 可動部
１３０ｂ 駆動部
１０４ レーザー干渉計
１０５ レーザー干渉計
１０６ 投影光学系
１０７ マウント
１０８ 鏡筒定盤
１０９ マウント
１１０ 支持体
１１１ 計測定盤
１１２ マウント
１１３ アライメントセンサ
１１５、１１５Ａ、１１５Ｂ レーザー干渉計
１１６ ウエハ
１１７、１１７Ａ、１１７Ｂ ウエハステージ装置
１１７ａ 可動部
１１７ｂ 駆動部
１１８ 搬送装置
１１９ ペデスタル
１２０ ベースフレーム
１２３ レチクルステージ定盤
１２４ ウエハステージ定盤
１２７ レチクル搬送装置
ＥＳ 露光ステーション
ＭＳ 計測ステーション

Claims (8)

1. 原版と基板とを位置合わせして投影光学系を介して該原版のパターンを該基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
   位置合わせのための計測を行う計測システムと、
   前記計測システムを支持する第１支持体と、
   前記投影光学系を支持する第２支持体と、
   を備え、前記第１支持体と前記第２支持体とが分離されていることを特徴とする露光装置。
2. 前記第１支持体と前記第２支持体との間の経路に少なくとも振動低減ユニットが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１支持体を支持する第１振動低減ユニットと、
   前記第２支持体を支持する第２振動低減ユニットと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記第１支持体と前記投影光学系との位置関係を計測する第２計測システムを更に備え、前記第２計測システムによる計測結果に基づいて前記第１支持体と前記投影光学系との位置関係が調整されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記計測システムが、前記投影光学系の光軸に沿った方向における基板の位置を計測するＺ計測器と、前記光軸に直交する方向における基板上のマークの位置を計測するＸＹ計測器とを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記計測システムが、原版の位置を計測する第１計測器及び基板の位置を計測する第２計測器の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 基板を計測する計測ステーションと、前記計測に基づいて該基板を位置決めしながら該基板を露光するための露光ステーションとを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置を使って、基板に塗布された感光剤に潜像パターンを形成する工程と、
   前記潜像パターンを現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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