JP2010087310A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ干渉計による位置計測に関して、基板を保持する２つのステージの固体差を許容できる。
【解決手段】 基板を保持して移動する第１ステージと、基板を保持して移動する第２ステージと、第１ステージおよび第２ステージのうち選択された一方のステージに保持された基板上のアライメントマークの位置を計測する計測ステーションであって、一方のステージの位置を計測する第１レーザ干渉計を含む計測ステーションと、計測ステーションで計測された位置に基づいて一方のステージに保持された基板を露光する露光ステーションであって、一方のステージの位置を計測する第２レーザ干渉計を含む露光ステーションと、を有する露光装置であって、第１レーザ干渉計および第２レーザ干渉計の少なくとも一方に関し、第１ステージおよび第２ステージのうちいずれの位置を計測するかに応じて、計測光と参照光の相対位置関係を調整する調整手段を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を保持して移動する第１ステージと、基板を保持して移動する第２ステージと、計測ステーションと、露光ステーションとを有する露光装置に関する。

一般に、図４に示されるように半導体デバイス等の製造に用いられる露光装置のうち、ウェハ、ガラス基板等の基板５をステップ移動させながら走査露光を繰り返すことにより、基板５上の複数の領域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキャン型の露光装置は、スキャナと称される。

この露光装置は、ウェハ５ａ、５ｂを高速で移動させて位置決めするウェハステージ２，４およびレチクル１２ａを高速で移動させて位置決めするレチクルステージ１２を有し、２つのウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂおよびレチクルステージ１２の位置計測精度および位置決め精度はウェハ５ａ、５ｂへ露光される像性能や重ね合わせ精度などの性能に大きく関係する。この露光装置は、さらに、照明部１１、投影光学系１を有し、ウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂは、ステージ常盤１３に搭載される。

露光装置のウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂは、図４に示されるように高速なスキャンやステップを行うための粗動ステージ４ａ，４ｂと、粗動ステージ４上に搭載され、精密位置決めを行う微動ステージ２ａ，２ｂとから成り、投影光学系１を支持する支持部材７に設けられたレーザ干渉計３により位置計測を行う。さらに、微動ステージ２ａ，２ｂのＺ方向の位置を計測するために、出射光をＺ方向へ図示されないＸミラーにより導き、支持部材７に設けられたＺ参照ミラー１０へと照射する。

レーザ干渉計３ａ，３ｂにおいては、装置組立て時などに、レーザ光軸の調整を行う必要があるが、この光軸調整が十分でない場合、あるいは、Ｘミラーの角度変化によって、非線形誤差が発生する。また、光軸調整不足やＸミラーの角度変化が大きい場合などにおいては、計測光と参照光との重ね合わせ状態が悪化し、十分な干渉信号が得られず、計測不能になることもある。

この従来の露光装置では、ウェハ５ａ、５ｂや２つのウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂに設けられたアライメントマークを基に、ウェハ５ａ、５ｂの姿勢や位置、形状などの情報をフォーカスセンサやアライメントスコープ６により計測するアライメント動作を行う。さらに、このアライメント動作の後、その計測データを用いて、ウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂの姿勢および位置の補正を行いながら露光を行う。この従来の露光装置においては、ウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂの位置決め精度ものみならず、高い生産性すなわちスループットが求められる。

そこで、特許文献１で提案された図４に示される露光装置は、ウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂを２つ有し、それぞれのウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂが、アライメントエリア２０と露光エリア２１で、それぞれアライメントと露光を並列に処理し、アライメント待ち時間を省略し、スループットを向上させる。
特開２００５−３５３９６９号公報

しかし、特許文献１で提案された図４に示される露光装置における２つのウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂの間には、製造誤差による機差が必ずあり、どちらかのウェハステージ２ａ，４ａで光軸調整されたレーザ干渉計３ａの光軸は、もう一方のウェハステージ２ｂ，４ｂでは、必ずしも最良の光軸調整状態ではない。

このように、ウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂを複数有することにより、それぞれのウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂに備えたミラーの機差が生まれ、そのままではウェハステージ２ａ，４ａとウェハステージ２ｂ，４ｂの入れ替え後にレーザ干渉計３ａとレーザ干渉計３ｂの光軸の狂いが大きくなり、最悪の場合、計測できない場合がある。

この解決手段としては、レーザ干渉計３ａ，３ｂのビーム径を大きくすることで、光軸の狂いによる、計測誤差や計測レンジを拡げる。しかし、この解決手段では、従来の小ビーム径で使用してきた引き回しなどに用いているステージミラー９やビームスプリッタなどの光学部品を大ビーム径に対応したものに変更する必要があり、コストが高くなる。

また、ビーム径を拡げることにより、ステージミラーの面積も拡げる必要があり、ウェハステージ２ａ，４ａ，ウェハステージ２ｂ，４ｂの重量が増加し、駆動電力が増加し、位置決め精度が劣化する。さらに、他の解決手段は、機差を最小とすべく、部品公差を厳しく管理し、組み立て後に調整することであるが、加工の技術的な難易度が非常に高い上、製造に時間がかかるためコストも非常に高くなる。
そこで、本発明は、レーザ干渉計による位置計測に関して、基板を保持する２つのステージの固体差を許容できる露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の露光装置は、基板を保持して移動する第１ステージと、基板を保持して移動する第２ステージと、前記第１ステージおよび前記第２ステージのうち選択された一方のステージに保持された基板上のアライメントマークの位置を計測する計測ステーションであって、前記一方のステージの位置を計測する第１レーザ干渉計を含む計測ステーションと、前記計測ステーションで計測された前記位置に基づいて前記一方のステージに保持された前記基板を露光する露光ステーションであって、前記一方のステージの位置を計測する第２レーザ干渉計を含む露光ステーションと、を有する露光装置であって、前記第１レーザ干渉計および前記第２レーザ干渉計の少なくとも一方に関し、前記第１ステージおよび前記第２ステージのうちいずれの位置を計測するかに応じて、計測光と参照光の相対位置関係を調整する調整手段を含む、ことを特徴とする。

本発明は、レーザ干渉計による位置計測に関して、基板を保持する２つのステージの固体差を許容できる点で有利である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
図１、図１のＡ−Ａ断面図の図２を参照して、本発明の実施例１を説明する。
照明部１１は、図示されない露光光源からの露光光を整形して、原版であるレチクル(マスク)１２ａに照射する。レチクルステージ１２は、露光パターンを有するレチクル１２ａを保持して移動し、スキャンする。投影光学系１は、レチクル１２ａの露光パターンを、基板であるウェハ５ａ，５ｂに所定の縮小露光倍率比で縮小投影する光学系である。

第１ステージであるウェハステージ２ａ，４ａは、ウェハ５ａを保持して移動し、第２ステージであるウェハステージ２ｂ，４ｂは、ウェハ５ｂを保持して移動し、露光毎に投影光学系１からの露光位置に対して、順次、連続移動して位置決めを行う。本実施例のウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの駆動には平面モータが用いられている。ステージ定盤１３は、２つのウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂを、露光ステーションである露光エリア２１と計測ステーションであるアライメントエリア２０の各々のエリアで支持しガイドする定盤である。

アライメントエリア２０は、レチクルステージ１２および２つのウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂのうち、選択された一方のウェハステージ２ｂ，４ｂに保持された基板上であるウェハ５ｂ上のアライメントマークの位置を計測する計測ステーションであって、一方のウェハステージ２ｂ，４ｂの位置を計測する第１レーザ干渉計３ｂを含む。露光エリア２１は、アライメントエリア２０で計測された位置に基づいて一方のウェハステージ２ａ，４ａに保持されたウェハ５ａを露光する露光ステーションであって、一方のウェハステージ２ａ，４ａの位置を計測する第２レーザ干渉計３ａを含む。

アライメントスコープ６は、ウェハ５ａ，５ｂ上のアライメントマークおよびウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂ上のアライメント用基準マークを計測し、ウェハ５ａ，５ｂ内のアライメントおよびレチクル１２ａとウェハ５ａ，５ｂ間のアライメント計測を行う顕微鏡である。レーザ干渉計３ａ，３ｂは、ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの位置を計測する手段である。このレーザ干渉計３ａ，３ｂは、全ては図示されないが、露光エリア２１、アライメントエリア２０の各々のエリアに、それぞれウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂのＸ、Ｙ、Ｚ、回転を含む６自由度での位置、姿勢を計測するよう複数配置されている。

ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂは、アライメントエリア２０で、アライメントスコープ６の計測位置に、ウェハ５ａ，５ｂおよび基準マークを移動位置決めする。基準マークはウェハステージ２ａ，２ｂの上面に設けられ、ステージ基準マークを用いて、アライメントスコープ６によりレチクル１２ａとウェハステージ２ｂ，４ｂとのアライメント等が行われる。同時に露光エリア２１ではウェハステージ２ａ，４ａが露光動作を行い、ウェハ５ａにレチクル１２ａの露光パターンを露光する。その後、露光エリア２１にあるウェハステージ２ａ，４ａとアライメントエリア２０にあるウェハステージ２ｂ，４ｂとを入れ替える。

レーザ干渉計３ａ，３ｂは、露光エリア２１のウェハステージ２ａ，４ａとアライメントエリア２０のステージウェハステージ２ｂ，４ｂをそれぞれ計測する。第１レーザ干渉計３ｂおよび第２レーザ干渉計３ａの少なくとも一方は、計測光を反射する反射素子であるミラー１０を含む。このミラー１０の代わりに透過素子であるガラスを用いる場合もある。

また、ステージミラー１０の形状や傾きなどの情報を予め計測し、レーザ干渉計３ａ，３ｂの計測結果に対してミラー形状分を補正する。その位置情報を基に不図示の制御部が指令値を演算し、制御を行う。ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂのＺ位置を計測するため、微動ステージ２ａ，２ｂには４５度の角度を持つミラー９が配置される。このミラー９によりレーザ干渉計３からの計測光はＺ方向へ跳ね上げられ、投影光学系１を支持する支持部材７に取り付けられたミラー１０へと導光される。
ミラー１０は、ピエゾやモータなどから成るアクチュエータ１４を介して支持部材７に取り付けられる。

調整手段であるアクチュエータ１４は、第１レーザ干渉計３ｂおよび第２レーザ干渉計３あの少なくとも一方に関し、レチクルステージ１２および２つのウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂのうち、いずれの位置を計測するかに応じて、計測光と参照光の相対位置関係を調整する。アクチュエータ１４は、ミラー１０を移動してミラー１０の面の傾きを調整する場合、最低でも２個使用する。ミラー１０で反射された計測光はレーザ干渉計３ａ，３ｂへと戻り、Ｘ位置計測情報との差分によりＺ位置情報が得られる。

ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの入れ替え動作中の時間を利用して、予め計測してあったミラー１０の姿勢情報を基に、アライメントエリア２０のミラー１０の姿勢パラメータを、露光エリア２１のミラー１０の姿勢パラメータへ反映させる。このため、図示されない制御部はアクチュエータ１４によってアライメントエリア２０および露光エリア２１のミラー１０の姿勢を変化させるよう指令、駆動する。

また、ミラー１０の姿勢は不図示のエンコーダや干渉計などのセンサで計測し、アクチュエータ１４の制御にフィードバックし、必要に応じた計測軸数を有する。ミラー１０の反射面の傾きを計測する場合、最低でも２点は計測する。このとき、ミラー１０の形状を含むパラメータはそれぞれのアライメントエリア２０および露光エリア２１とウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの組合せの数と同じ４種類を記憶部であるメモリ１４ａに記憶させる。調整手段であるアクチュエータ１４は、第１レーザ干渉計３ｂおよび第２レーザ干渉計３ａの少なくとも一方に関し、レチクルステージ１２および２つのウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂのそれぞれに対応した、アクチュエータ１４に対する目標値を記憶する記憶部であるメモリ１４ａを含む。

ウェハステージ２ａ，４ａとウェハステージ２ｂ，４ｂの入れ替え動作終了後、微動ステージ２ａ，２ｂの位置を計測しているレーザ干渉計３ａ，３ｂのリセットを行う。
これにより、ウェハステージ２ａ，４ａとウェハステージ２ｂ，４ｂとを異なるアライメントエリア２０および露光エリア２１との間で入れ替えを行っても、その都度干渉計光軸は最良の光軸調整状態が得られ、レーザ干渉計３ａ，３ｂの計測誤差を小さく抑えることが出来る。また、レーザ干渉計３ａ，３ｂのビーム径を大きくするなどの方法で生じる、可動部の重量増によるウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの位置決め精度の悪化を招くことなく、複数のウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂを用いて、装置の生産性が向上する。

さらに、レーザ干渉計３ａ，３ｂの光軸の光軸調整性能をさらに高める場合には、干渉光の検出部からの干渉信号が所定のレベル以上となるようにアクチュエータ１４を駆動することができる。また、本実施例ではミラー１０の位置をアクチュエータ１４にて駆動することでレーザ干渉計３ａ，３ｂの光軸調整を行うが、レーザ干渉計３ａ，３ｂへの入射光や出射光を平行平面板やウェッジ基板を用いてこれらをモータなどのアクチュエータで調整することでも同様の効果が得られる。もちろん、レーザ干渉計３ａ，３ｂなどの位置検出手段は、ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂなどの可動物体に搭載されていてもよい。

次に、図３を参照して、本発明の実施例２を説明する。
図１、図２の実施例１と構成は共通するが、ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂのＺ位置を計測する構成は、Ｘミラー８によりレーザ干渉計３ａ，３ｂからの出射光を支持部材７上を引き回して、ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂに垂直に入射する。

本実施例によれば、複数のウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂを入れ替える場合に、ミラー１０の姿勢及び位置をアクチュエータ１４により制御することにより、低コストでレーザ干渉計３ａ，３ｂの光軸の誤差を防止する。レーザ干渉計３ａ，３ｂのターゲットミラーの支持部にミラー１０の姿勢または位置を制御するアクチュエータ１４を備え、複数のウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの入れ替え時にアライメントエリア２０、露光エリア２１とウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの組合せに対応してミラー１０の姿勢および位置を調整し、レーザ干渉計３ａ，３ｂの光軸の誤差を防止し、計測誤差や計測エラーを防止する。ウェハステージ２ａ，４ａ、ウェハステージ２ｂ，４ｂの位置決め精度や装置の重ね合わせ精度を損なうことなく、生産性を高める。

（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより形成、製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。

本発明の実施例１の露光装置の全体構成図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施例２の露光装置の部分構成図である。 従来例の露光装置の全体構成図である。

符号の説明

１：投影光学系
２ａ，２ｂ：微動ステージ
３ａ，３ｂ：レーザ干渉計
４ａ，４ｂ：粗動ステージ
５ａ，５ｂ：ウェハ
６：アライメントスコープ
７：支持部材
８：Ｘミラー
９：ミラー
１０：ミラー
１１：照明部
１２：レチクルステージ
１３：ステージ定盤
１４：アクチュエータ
２０：アライメントエリア
２１：露光エリア

Claims (5)

1. 基板を保持して移動する第１ステージと、
   基板を保持して移動する第２ステージと、
   前記第１ステージおよび前記第２ステージのうち選択された一方のステージに保持された基板上のアライメントマークの位置を計測する計測ステーションであって、前記一方のステージの位置を計測する第１レーザ干渉計を含む計測ステーションと、
   前記計測ステーションで計測された前記位置に基づいて前記一方のステージに保持された前記基板を露光する露光ステーションであって、前記一方のステージの位置を計測する第２レーザ干渉計を含む露光ステーションと、を有する露光装置であって、
   前記第１レーザ干渉計および前記第２レーザ干渉計の少なくとも一方に関し、前記第１ステージおよび前記第２ステージのうちいずれの位置を計測するかに応じて、計測光と参照光の相対位置関係を調整する調整手段を含む、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１レーザ干渉計および前記第２レーザ干渉計の少なくとも一方は、前記計測光を反射する反射素子を含み、
   前記調整手段は、前記反射素子を移動するアクチュエータを含む、
   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レーザ干渉計および前記第２レーザ干渉計の少なくとも一方は、前記計測光を反射する透過素子を含み、
   前記調整手段は、前記透過素子を移動するアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記調整手段は、前記第１レーザ干渉計および前記第２レーザ干渉計の少なくとも一方に関し、前記第１ステージおよび前記第２ステージのそれぞれに対応した、前記アクチュエータに対する目標値を記憶する記憶部を含む、ことを特徴とする請求項２または３記載の露光装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。
   

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