JP2000021702A

JP2000021702A - 露光装置ならびにデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000021702A
Application number: JP10184045A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Uzawa; 繁行鵜澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21
Also published as: US6342942B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハステージの移動に伴う振動や揺れの影
響を軽減し、従来以上の高精度を達成すると共に、スル
ープットの向上も達成した露光装置を提供することであ
る。【解決手段】レチクルを保持するレチクルステージ
と、ウエハを保持するウエハステージと、レチクルのパ
ターンをウエハに投影する投影光学系を備え、該投影光
学系に対して該レチクルステージと該ウエハステージを
共に走査しながら露光を行い、レチクルのパターンをウ
エハの複数のショット領域に順に転写する露光装置であ
って、走査方向に沿って並んだウエハ上の複数のショッ
ト領域に対して、該ウエハステージを静止させることな
く走査移動させながら、１ショット領域もしくはそれ以
上のショット領域を露光せずに飛び越しながら、前記走
査方向に並んだ複数のショット領域を順に間欠的に走査
露光する。飛び越しの期間中に、レチクルステージを走
査時とは逆の方向に戻す動作を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リソグラフ
ィ工程等で用いる露光装置やこの露光装置に好適なステ
ージ装置、ならびにデバイス生産方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス等の製造に用いら
れる露光装置としては、基板（ウエハやガラス基板）を
ステップ移動させながら基板上の複数の露光領域に原版
（レチクルやマスク）のパターンを投影光学系を介して
順次露光するステップ・アンド・リピート型の露光装置
（ステッパと称することもある）や、ステップ移動と走
査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領域に
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（スキャナと称することもある）が代表的であ
る。特にステップ・アンド・スキャン型は、スリットに
より制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみを
使用しているため、より高精度且つ広画角な微細パター
ンの露光が可能となっており、今後の主流となる見られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この露光装置はウエハ
やレチクルを高速で移動させて位置決めするステージ装
置（ウエハステージ、レチクルステージ）を有している
が、ステージを駆動すると加減速に伴う慣性力の反力が
生じ、これが定盤に伝わると定盤の揺れや振動を引き起
こす原因となる。すると露光装置の機構系の固有振動が
励起されて高周波振動となって高速，高精度な位置決め
を妨げる可能性がある。

【０００４】この反力に関する問題を解決するために、
いくつかの提案がなされている。例えば、特開平5-7712
6号公報に記載された装置では、ステージを駆動するた
めのリニアモータの固定子をステージ定盤とは独立して
床で支持することで、反力によるステージ定盤の揺れを
防止するシステムとなっている。また、特開平5-121294
号公報に記載された装置では、ウエハステージ及び投影
レンズを支持するマシンフレームに対して、水平方向に
発生する力アクチュエータによって、ステージの駆動に
伴う反力と同等の補償力を付与することによって、反力
による装置の揺れを軽減するシステムとなっている。

【０００５】しかしながら、上記いずれの従来例におい
ても、ステージ装置自体の揺れは軽減できても、ステー
ジの駆動に伴う反力は、直接床に対してもしくは実質的
に床と一体とみなせる部材を介して床に対して伝達され
る。このため床を加振してしまうことになり、露光装置
の周辺に設置される装置に対して振動を与えて悪影響を
及ぼす可能性がある。通常、露光装置を設置する床は２
０〜４０Ｈｚ程度の固有振動数を持っており、露光装置
の動作に伴って床の固有振動数が励起されると、周辺の
装置への悪影響は大きなものになる。

【０００６】昨今、処理速度（スループット）の向上に
伴うステージ加速度は増加の一途であり、例えばステッ
プ・アンド・スキャン型の露光装置では、いまやステー
ジの最大加速度はレチクルステージは４Ｇ、ウエハステ
ージは１Ｇにも達する。さらにレチクルや基板の大型化
に伴ってステージ質量も増大している。このため、＜移
動体の質量＞×＜加速度＞で定義される駆動力は非常に
大きなものとなり、その反力は膨大なものである。その
ため、加速度増加と重量増加による設置床の加振は見過
ごせない問題となってきた。

【０００７】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
ので、上記従来の装置をより進化させた優れた露光装置
を提供することを目的とする。

【０００８】本発明のさらなる目的は、とくにウエハス
テージの移動に伴う振動や揺れの影響を従来以上に軽減
することでができ、従来以上の高精度を達成すると共
に、スループットの向上も達成した露光装置を提供する
ことである。特にこれをステップ・アンド・スキャンの
動作シーケンスの改良によって達成することを目的とす
る。また本発明のさらなる目的は、ウエハステージの加
減速に伴う反力が床に及ぼす影響を小さくすることで、
同一床に設置されている他の装置に与える影響を小さく
した露光装置を提供することである。また本発明のさら
なる目的は、上記露光装置を用いた優れた生産性のデバ
イス生産方法を提供することである。

【０００９】さらなる本発明の課題や目的は、以下の実
施例の記載の中で明らかにされる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の露光装置のある形態は、レチクルを保持するレチク
ルステージと、ウエハを保持するウエハステージと、レ
チクルのパターンをウエハに投影する投影光学系を備
え、該投影光学系に対して該レチクルステージと該ウエ
ハステージを共に走査しながら露光を行い、レチクルの
パターンをウエハの複数のショット領域に順に転写する
露光装置であって、走査方向に沿って並んだウエハ上の
複数のショット領域に対して、該ウエハステージを静止
させることなく走査移動させながら、間欠的に露光を行
うことを特徴とするものである。

【００１１】ここで好ましくは、１ショット領域もしく
はそれ以上のショット領域を露光せずに飛び越しなが
ら、前記走査方向に並んだ複数のショット領域を順に走
査露光する。好ましくは、前記飛び越しの期間中に、レ
チクルステージを走査時とは逆の方向に戻す動作を行な
う。好ましくは、飛び越したショット領域については、
後に同様にして露光済みのショット領域を飛び越しなが
ら露光する。

【００１２】また好ましくは、走査露光中も飛び越し期
間中も、ウエハステージの速度を一定に保つ、もしくは
走査露光時に対して飛び越し期間中にウエハステージの
速度を変化させる。

【００１３】また好ましくは、飛び越し期間中にアライ
メント計測もしくはフォーカス計測を行う。そして計測
した結果を、次のショットの露光時もしくは隣接ショッ
トの露光時に反映させる。もしくは計測した結果を記憶
する手段を有し、飛び越したショット領域を後に露光す
る際に計測結果を反映する。またダイバイダイ方式でシ
ョット毎に位置合せを行なう、もしくは予めグローバル
アライメントで求めておいた各ショットの位置情報に、
前記ショット毎の位置情報を加味する。

【００１４】また好ましくは、複数枚のウエハを用いて
各ショット領域に多重露光を行う。例えば、ラインアン
ドスペースの周期パターンを転写するための第１レチク
ルと、孤立パターンを転写する第２レチクルを用いて多
重露光を行う。例えば、第１レチクルの露光の後、第２
レチクルを露光するまでの間隔を、各ショット領域でほ
ぼ一定時間にする。例えば、第１レチクルでラインアン
ドスペースのパターンを露光する際に、レチクルステー
ジを停止させた状態で、ウエハステージを移動させなが
ら露光する。

【００１５】本発明の露光装置の形態は、第１パターン
と第２パターンを多重露光する走査型露光装置におい
て、第１パターンの露光時にはレチクルステージを停止
させた状態でウエハステージを移動させながら走査露光
を行ない、第２パターンの露光時にはレチクルステージ
及びウエハステージを共に移動させながら走査露光を行
なうことを特徴とするものである。

【００１６】好ましくは、前記ウエハステージもしくは
レチクルステージを駆動した際の反力の影響を軽減する
機構を備える。これは前記ウエハステージを支持するス
テージベース部材と、該ステージを駆動した際の反力を
受けるための該ステージベース部材とは異なる反力受け
構造体とを有する。反力受け構造体と床との間で所定周
波数以上の振動伝達が遮断されているものである。

【００１７】本発明のデバイス製造方法は、上記いずれ
かの露光装置を用意する工程と、該露光装置を用いて露
光を行う工程を含む製造工程によってデバイスを製造す
ることを特徴とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】＜露光装置の構造説明＞以下、図
面を用いて具体的な実施形態を説明していく。図１は実
施形態の半導体デバイス製造用の露光装置の概略図であ
る。本例では、レチクルとウエハを共に同期走査しなが
ら露光を行ってウエハの１つのショット領域にレチクル
パターンの露光転写を行い、ウエハをステップ移動させ
ることで複数のショット領域にパターンを並べて転写す
る、いわゆるステップ・アンド・スキャン型の走査型露
光装置である。

【００１９】図１において、本装置は大きくは、露光装
置本体の基礎となるベースフレーム２、被露光物である
レチクル４を搭載して移動可能なレチクルステージ５、
被露光物であるウエハ６（又はガラス基板）を搭載して
移動可能なウエハステージ７、レチクル４を照明光で照
明する照明光学系８、レチクル４のパターンをウエハ６
に所定の倍率（例えば４：１）で縮小投影する投影光学
系９、投影光学系９を保持する鏡筒定盤１０、温度調節
されたクリーンな空気を供給する空調機械室１１を備え
ている。

【００２０】照明光学系８は光源（超高圧水銀ランプな
どの放電灯）を内蔵するか、あるいは露光装置とは別に
床に置かれた不図示の光源装置（エキシマレーザ装置）
からビームラインを経て照明光を導入する。そして各種
レンズや絞りによってスリット光を生成して、レチクル
ステージ５に保持された原版であるレチクル４を上方か
らスリット照明する。また、照明光学系８は、非露光時
には露光光を遮断するための遮光部材（可変ブライン
ド、マスキングブレード、シャッタなど）を備えてお
り、露光光の照射を制御できるようになっている。

【００２１】ベースフレーム２は半導体製造工場のクリ
ーンルームの設置床の上に設置している。ベースフレー
ム２は床１に対して高い剛性で固定されており、実質的
に床１と一体もしくは床１の延長と見なすことができ
る。ベースフレーム２は、３本あるいは４本の高剛性の
支柱３を含み、各々の支柱３の上部でアクティブマウン
ト１２（３つ又は４つ）を介して鏡筒定盤１０を鉛直方
向に支えている。アクティブマウント１２は空気ばねと
ダンパとアクチュエータを内蔵し、床１からの高周波振
動が鏡筒定盤１０に伝わらないようにすると共に、鏡筒
定盤１０の傾きや揺れをアクティブに補償するものであ
る。

【００２２】投影光学系９を保持する鏡筒定盤１０はさ
らにレチクル支持フレーム１３を介してレチクルステー
ジ定盤１４も支持している。また、鏡筒定盤１０にはレ
チクル４とウエハ６のアライメント状態を検出するため
のアライメント検出器１５を取付けて、鏡筒定盤１０を
基準にしてアライメントを行う。さらに、鏡筒定盤１０
を基準にしてウエハステージ７の位置を検出するため
に、レーザ干渉計の干渉計も鏡筒定盤１０に取付けてい
る。これはＺ方向のウエハステージ７位置を計測するＺ
干渉計１６と、ＸＹ方向のウエハステージ７位置を計測
するＸＹ干渉計１７を有する。干渉計の参照ミラーはＺ
干渉計ミラー１８はステージ定盤に、ＸＹ干渉計ミラー
１９はウエハステージ７に固定している。ここで、Ｚ干
渉計ミラー１８をステージベース部材ではなくステージ
定盤に取付けた理由は、ステージ定盤が最終位置決めす
べきステージに近く、またステージベース部材は力アク
チュエータを作動させた際にわずかに変形する可能性が
あるが、ステージ定盤はその影響が小さいから正確な測
定ができるためである。

【００２３】レチクルステージ５はレチクルステージ定
盤の上に設置しており、駆動源２０（リニアモータ）及
び静圧軸受けを含む駆動機構によって、走査露光時には
図中左右方向（Ｙ方向）に加速、一定速、減速の順で移
動する。また後述するように、レチクルステージ５の駆
動源２０（リニアモータ）の固定子は、走査方向に沿っ
て、連結部材２１及び力アクチュエータ２２（リニアモ
ータ）を介してレチクルステージ用の反力受け構造体で
ある空調機械室１１に接続している。力アクチュエータ
２２が発生する可変の推力を駆動源２０と空調機械室１
１の両者の間で伝達することができる。

【００２４】次に、本実施例の大きな特徴であるウエハ
ステージ周辺について説明する。ウエハステージ７はそ
の上に基板であるウエハ６を搭載し、搭載するウエハ６
を水平面（ＸＹ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）への移動
と、各方向周りの回転（ωｘ、ωｙ、ωｚ）の計６軸方
向に位置決めすることができる。位置決めのための駆動
源としてはリニアモータを採用している。基本的にはＸ
方向に直進移動するＸステージとＸリニアモータ、Ｘ方
向と直交するＹ方向に移動するＹステージとＹリニアモ
ータによる二次元ステージを有し、この上にＺ方向、チ
ルト（ωｘ、ωｙ）方向、回転方向に移動可能なステー
ジが載っている構造となっている。各方向のガイドには
静圧軸受けを用いている。なお、ウエハステージ７のさ
らに詳細な構成については、例えば特開平1-188241号公
報、特開平3-245932号公報、特開平6-267823号公報など
を参照されたい。

【００２５】ウエハステージ７はウエハステージ定盤３
１によって支えており、ウエハステージ定盤３１が有す
るＸＹ水平案内面（ガイド面）上を移動する。ウエハス
テージ定盤３１は３本（又は４本）の支持足３２によっ
てステージベース部材３３上に支持している。この支持
足３２は高剛性でありダンピング作用は持っていない。
ステージベース部材３３は３つのマウント３４を介して
３ヶ所でベースフレーム２によって鉛直方向に支持して
いる。ステージベース部材３３及びそのに搭載された部
材の荷重は、基本的には３つのマウント３４で大半を支
えており、マウント３４で受けた荷重は床１と実質一体
のベースフレーム２で受けているため、実質的にはウエ
ハステージ７の基本的な荷重は床１で支えているのに等
しい。マウント３４には大きな荷重を支えることができ
る空気ばねを用いている。

【００２６】一方、ステージベース部材３３の真下に
は、大きな質量の反力受け構造体３５（反力受けパレッ
ト）が位置している。反力受け構造体３５はステージベ
ース部材３３の下方に位置しているため、床１への装置
の設置占有面積の小さくすることができる。

【００２７】反力受け構造体３５の支持は、鉛直方向に
関しては床１に対して４つの鉛直弾性支持体３６で行っ
ている。また、水平方向に関してはステージベース部材
３３の支柱３の側面（もしくは床１に固定した部材の側
面）に対して、ＸＹの２方向に対応してそれぞれ設けた
水平弾性支持体３７で支持している（図１ではＹ方向の
水平弾性支持体３７のみを図示している）。これら鉛直
弾性支持体３６や水平弾性支持体３７は、ともにばね要
素とダンパ要素を有しており、たとえば防振ゴム、空気
ばね、あるいはばね要素としてスプリングや板ばね、ダ
ンパ要素としてオイル粘性や電磁流体などが好適であ
る。ばね要素とダンピング要素を有しているということ
は、見方を変えれば、所定の周波数範囲の振動伝達を遮
断する機械的フィルタ機能を有しているということであ
る。本実施例では、少なくとも床の固有振動数および装
置の固有振動数を含む高周波振動の伝達を遮断する。な
お、図１では水平弾性支持体３７は反力受け構造体３５
とベースフレーム２の支柱３との間に設けているが、床
１に固定した固定部材と反力受け構造体３５との間に設
けるようにしても良い。

【００２８】また、ステージベース部材３３と反力受け
構造体３５の間には、鉛直及び水平方向のそれぞれの方
向に推力を発生する力アクチュエータが介在している。
鉛直方向に関しては複数（４つ）の鉛直力アクチュエー
タ３８を有し、水平方向に関しては走査露光の方向（Ｙ
方向）およびこれと直交する方向（Ｘ方向）に対応して
それぞれ複数（２つ）設けている。上方から見たとき、
４つの鉛直力アクチュエータ３８は４つの鉛直弾性支持
体３６とにほぼ同位置に設けている。これら力アクチュ
エータが発生する可変の推力によって両者の間での力伝
達を制御可能となっている。ここで、ウエハステージ７
の重心高さ（図１の重心記号で示す）と水平力アクチュ
エータ３９の力作用位置の高さとはほぼ等しくなってい
る。このため、反力と同一高さに補償力を与えることが
できるので効果的に反力をキャンセルすることができ
る。

【００２９】さらに、ステージベース部材３３の上には
加速度センサ４０を取付け、鉛直ならびに水平（Ｙ方
向）の加速度を測定することができる。なお、加速度セ
ンサ４０はウエハステージ定盤３１上に取付けてもよ
い。

【００３０】本実施例では、力アクチュエータとしては
リニアモータを採用している。リニアモータを使うこと
の意義は以下の通りである。すなわち、リニアモータは
制御応答性が高く発生力を高速に制御することができ
る。加えてリニアモータは固定子と可動子が非接触であ
り、両者の間はローレンツ力によって力が働く。このた
め、ローレンツ力によって非接触を保ちながらステージ
の駆動反力をステージベース部材３３から反力受け構造
体３５へ伝達することができる一方、非接触であるため
振動伝達を遮断する機械的フィルタ機能も備えている。
つまり、リニアモータは非接触型アクチュエータとして
の機能と機械的フィルタとしての機能を兼ね備え、本シ
ステムに非常に適している。なお、力アクチュエータと
しては、ローレンツ力を利用したリニアモータの代わり
に、電磁マグネット力を利用した電磁アクチュエータ、
空気圧や油圧等の流体圧による流体アクチュエータ、あ
るいはピエゾ素子を用いた機械的アクチュエータなどを
用いることもできる。

【００３１】本システムにおいては、鏡筒定盤１０で実
質一体化されたレチクルステージ５と投影光学系９は、
アクティブマウント１２によってベースフレーム２の支
柱３を介して実質的に床１に対して鉛直方向に支持して
いる。一方、ウエハステージ７及びステージベース部材
３３はマウント３４によってベースフレームを介して実
質的に床１に対して鉛直方向に支持している。このマウ
ント３４を第１マウント、アクティブマウント１２を第
２マウントと考えると、第１マウントと第２マウントに
よって、ウエハステージとレチクルステージとは床に対
して互いに独立に支持された構成となっており、振動や
揺れに対して相互干渉が起きないような系になってい
る。

【００３２】また、ステージベース部材３３はマウント
３４で鉛直方向に床に対して鉛直方向に支持し、反力受
け構造体３５は弾性鉛直支持体３６にとって実質的に床
に対して鉛直方向に支持しており、両者は力アクチュエ
ータ（３８、３９）を除けば独立して床に支持された構
成となっている。

【００３３】レチクルステージの反力受け構造体である
空調機械室１１は、ダンピング作用を持った弾性支持体
２３を介して床１の上に支持している。弾性支持体２３
は機械的フィルタとして捉えることもでき、少なくとも
床の固有振動数（例えば２０〜４０Ｈｚ）及び露光装置
の固有振動数（例えば１０〜３０Ｈｚ）を含む高周波振
動の伝達を遮断する。

【００３４】空調機械室１１内には送風ファン、温調装
置（加熱器や冷凍器）、ケミカルフィルタなどを内蔵し
ており、露光装置チャンバ内に温度調節された気体を循
環させる。空調機械室１１内の下方の空間には露光装置
の制御装置３０を内蔵している。制御装置３０は露光装
置の動作シーケンス制御、力アクチュエータの駆動制
御、アクティブマウントの駆動制御などを行う。

【００３５】＜動作説明＞次に、上記構成の露光装置の
動作について説明する。ステップ・アンド・スキャンの
基本的な動作シーケンスは、ウエハステージをＸ方向も
しくはＹ方向にステップ移動させて転写すべきショット
領域を位置決めするステップ動作と、レチクルステージ
とウエハステージをＹ方向に同期移動させながら走査露
光を行うスキャン動作とを繰り返すものである。スキャ
ン動作においては、スリット形状の照明光および投影光
学系に対して、レチクルステージ５とウエハステージ７
を共に同期的に所定の速度比（本実施例では４：１）で
定速で移動させることによって、レチクル４のパターン
全体をウエハ６の１つのショット領域に走査露光転写す
る。

【００３６】レチクルステージ５ならびにウエハステー
ジ７の駆動に際しては、走査開始時には加速、終了時に
は減速によってそれぞれ加速度が生じ、ステージを移動
させる駆動源であるリニアモータは、＜ステージ移動体
の質量＞×＜加速度＞だけの駆動力を発生する必要があ
る。そして、この駆動力の反力がリニアモータ固定子に
水平方向に作用し、固定子からこれを支持するステージ
定盤を介してステージベース部材３３に伝わる。反力は
本来は水平方向（Ｙ方向）にのみ生ずるが、ステージの
駆動源とステージベース部材３３の重心位置高さが異な
ることでモーメントを生じ、これによりステージベース
部材３３には水平方向のみならず鉛直方向にも反力の影
響が作用する。この反力によって露光装置の機構系の固
有振動が励起されると大きな振動となる。

【００３７】この反力の影響による振動や揺れを軽減す
るための反力受けシステムの基本的な技術思想は、ステ
ージの駆動に伴う反力を、所定範囲の振動周波数に関し
て床からアイソレーションされた反力受け構造体に逃が
すというものである。この所定範囲の振動周波数とは，
少なくとも床の固有振動数である２０〜４０Ｈｚをカバ
ーする、例えば１０Ｈｚ以上の高周波振動である。つま
り、床の加振を軽減するために反力受け構造体それ自体
は振動しても構わないという考え方をとっている。な
お、上記所定範囲の下限値は１０Ｈｚに限らず、１０〜
４０Ｈｚ程度の範囲で、床の固有振動数以下であれば良
い。

【００３８】これを実現するために本実施例では、被露
光物を搭載して移動可能なステージと、該ステージを支
持するステージベース部材と、該ステージを駆動した際
の反力を受ける前記ステージベース部材とは異なる反力
受け構造体とを有し、該反力受け構造体と床との間で所
定周波数以上の振動伝達が遮断されている。

【００３９】ここで、制御手段３０は、ステージの駆動
に応じてフィードフォワード制御（予測制御）によって
前記力アクチュエータの駆動を制御する。これには以下
の２種類がある。

【００４０】第１に、ステージの加速又は減速に対応し
て力アクチュエータをフィードフォワード制御して、加
減速時の反力によるステージベース部材３３の振動や揺
れを軽減する。具体的には、反力によって各アクチュエ
ータに作用する力に相当する力を予測して、各力アクチ
ュエータで同等の力を発生することで、反力をキャンセ
ルする。力アクチュエータ発生した力はステージベース
部材３３と共に反力受け構造体３５にも作用するが、反
力受け構造体３５は弾性支持体３６、３７（機械的フィ
ルタ手段に相当）で床１又はベースフレーム２に支持さ
れているため、床１への高周波振動伝達がフィルタリン
グされる。

【００４１】第２に、ステージの移動に伴う荷重移動に
対応して力アクチュエータをフィードフォワード制御す
る。これはステージの移動に伴ってステージの重心位置
が水平方向で変化するために、ステージベース部材３３
が傾く力がステージからステージベース部材３３に作用
する。これを軽減するためにステージの移動に伴って偏
荷重を予測して、複数の鉛直力アクチュエータ３８の発
生力を個別に変化させる。ステージベース部材３３なら
びにその上の移動部材の荷重は基本的には３つのマウン
ト３４で支えているが、移動に伴う荷重の変化分だけを
力アクチュエータによってアクティブに補償している。

【００４２】また、制御手段３０はフィードフォワード
制御だけでなく、フィードバック制御も行っている。こ
れはステージベース部材３３上に取付けた加速度センサ
４０の検出加速度（鉛直方向、水平方向）を、鉛直力ア
クチュエータ３８ならびに水平力アクチュエータ３９の
制御にフィードバックすることで、予期しない外乱振動
の影響を軽減しウエハステージ７の揺れをより小さくす
るものである。

【００４３】ところで、マウント３４はステージベース
部材３３を実質的に床１又はベースフレーム２に弾性支
持するものであるが、マウント３４は一種の機械的フィ
ルタ手段となっており、床１からの振動がステージベー
ス部材３３に伝わらないようになっている。これにより
本実施例の装置は、（１）ステージの駆動反力による振
動を床に伝えない、（２）床の振動をステージに伝えな
い、の両方を満たす優れたものとなっている。

【００４４】上述のようなウエハステージの反力軽減機
構にさらに加えて、本実施形態では、ウエハステージの
加減速に伴う振動や揺れをより軽減すると共に、スルー
プットの向上を可能にする、新規なステップ・アンド・
スキャンの動作シーケンスを採用している。以下にこれ
について詳細に説明する。

【００４５】図４は従来一般的なステップ・アンド・ス
キャンの動作シーケンスを説明するものである。ウエハ
上の最初のショット領域<1>を、スリット状の露光光に
対して走査方向であるＹ方向に沿って図中の上方に向け
てに走査露光する。この時レチクルは矢印と逆の方向に
４倍の速度で定速移動している。ショット領域<1>の露
光が済んだら、ウエハはＸ方向に１ショット分ステップ
移動して、ショット領域<2>を反対方向（図中の下方に
向けて）に走査露光し、このようにショット領域<6>ま
でＸ方向に沿った一列分繰り返す。ついで次の列のショ
ット領域<7>にステップ移動して、ショット同様にして
ショット領域<12>までを同様に露光する。これを最後の
ショット領域<36>まで１ウエハ分の３６ショットに繰り
返して行なう。このように、ウエハステージは１ショッ
ト毎に、停止−加速−定速走行−減速−停止という動作
を行なっている。このため、各ショット毎に加減速時に
大きな反力を発生すると共に、ウエハ１枚あたりのトー
タルのスループットの向上にも限りがある。

【００４６】これに対して本実施形態で採用する新規な
ステップ・アンド・スキャンの動作シーケンスを図２に
示す。基本的な考え方は、ウエハステージの走査露光方
向に沿った一列分のショット領域を、途中いくつかのシ
ョット領域を飛ばしながら間欠的に露光して、その途中
でウエハステージを停止させないというものである。す
なわち、レチクルを保持するレチクルステージと、ウエ
ハを保持するウエハステージと、レチクルのパターンを
ウエハに投影する投影光学系を備え、該投影光学系に対
して該レチクルステージと該ウエハステージを共に走査
しながら露光を行い、レチクルのパターンをウエハの複
数のショット領域に順に転写する露光装置であって、走
査方向に沿って並んだウエハ上の複数のショット領域に
対して、該ウエハステージを静止させることなく走査移
動させながら、間欠的に露光を行うものであって、ここ
でいう間欠的な露光とは、１ショット領域もしくはそれ
以上のショット領域を露光せずに飛び越しながら、前記
走査方向に並んだ複数のショット領域を順に走査露光す
るものである。そして飛び越しの期間中にレチクルステ
ージを走査時とは逆の方向に戻す動作を行なう。

【００４７】図２において、最初のショット領域<1>で
は、走査方向であるＹ方向に沿って走査露光した後、ウ
エハをそのまま移動させ続けて、隣のショット領域を露
光せずに飛び越して移動して、ショット領域<2>を走査
露光する。飛び越しの間は少なくともウエハに対して露
光光を照射を中断するが、これは照明光学系に設けた遮
光部材（可変ブラインド、マスキングブレード、シャッ
タなど）を制御して、非露光領域（非露光時）ではこれ
を閉じることによって露光光を遮断することで行なう。
ショット領域<2>の走査が済んだら、次のショット領域
を飛び越してショット領域<3>を走査露光する。以上の
ように、走査方向であるＹ方向に沿った一列分の複数の
ショット領域について、１ショットおきにショット領域
<1><2><3>の順に露光する。この間、ウエハステージは
停止することなく一定速度で移動しており、反力を生じ
る加減速は、最初のショット<1>の前の加速と、最後の
ショット<3>の露光が終了してからの減速だけである。
一方、レチクルステージは、露光せずに飛び越えるショ
ット領域をウエハステージが移動中に（図２の点線部
分）、走査時とは逆方向に移動して戻し動作を行なう。

【００４８】一列分の<1><2><3>のショット領域の露光
が終了すると、投影光学系に対してウエハをＸ方向に一
列だけ移動して列をずらし、今度は図中の上方から下方
に向かって、同じ要領にてショット領域<4><5><6>の順
に露光する。列を変更するときには、ウエハステージは
速度と加速度を変化させるが、それ以外の場合は常に静
止することなく一定速度で移動し続けることができる。
このようにしてショット領域<18>まで露光してウエハ１
枚分の全ショットの半分が完了する。ついで、図２では
露光されなかった残りのショット領域について、今度は
図３のような順序でショット領域<19>から<36>までを同
様の手順にて、露光済みのショット領域を飛び越しなが
ら露光を行う。つまり、飛び越したショット領域につい
ては、後に同様にして露光済みのショット領域を飛び越
しながら露光する。そして、ウエハ上の全てのショット
領域の露光が済んだらウエハを交換して同様に繰り返
す。

【００４９】図５は本実施形態（図２、図３）で一列分
（３ショットを露光した場合のレチクルステージ、ウエ
ハステージの駆動の速度変化の様子を示す。また図６は
これと比較するための従来例（図４）の両ステージの速
度変化を示す。図中、横軸は時刻、縦軸は速度である。

【００５０】これらを比較すると、両者とも、レチクル
ステージは各ショット毎に加減速を繰り返しているが、
ウエハステージに関しては図５では各ショットで一定速
度で移動しているのに対して、従来例の図６では各ショ
ット毎に加減速を繰り返している。つまり本実施形態の
場合には、一列のショットの露光中、ウエハステージの
速度が変化せず、加速度が０の状態が非常に長いことが
分かる。ウエハステージが発生する加振力は加速度の大
きさに比例するので、ウエハステージによる装置の振動
を軽減することができる。

【００５１】反面、レチクルステージの加速度（グラフ
の傾き）は従来よりも大きなものが要求される。しか
し、ＸＹの２軸駆動で且つ質量も大きいウエハステージ
に比較すると、レチクルステージは１軸駆動で質量も小
さいため、除振概構の構成が比較的容易であり、また大
きな加速度を得る機構もウエハステージと比較すれば容
易である。よって、ウエハステージの加減速回数が減っ
たことのメリットの方が大きいといえる。特に、ウエハ
ステージの加速度が振動や推力の影響であまり大きくで
きない場合には、本実施形態の方が高いスループットを
得ることができる。結局、本実施例のステップ・アンド
・スキャンの動作シーケンスを採用することで、上述し
た反力受け構造体によるウエハステージの反力軽減機構
と併せた両者の相乗作用により、振動問題に関して非常
に優れた走査型露光装置を達成している。

【００５２】なお、上記のようにショット領域を１つ飛
ばしながら露光を行うのに限らず、ｎ（自然数）ショッ
ト、例えば２つまたは３つのショット領域を飛ばしなが
ら露光を行っても良い。この場合、レチクルステージの
戻し動作に時間的な余裕が生まれるので、レチクルステ
ージの負荷を軽減することができる。例えば、レチクル
ステージの最大加速度・最大速度、ウエハステージの最
大加速度・最大速度、及び露光ショットのサイズとショ
ット数をパラメータとして計算にて求めることが可能で
ある。露光前に予め分かっているこれらのパラメータか
ら、精度重視の場合とスループット重視の場合のそれぞ
れについてスループットを計算し、最適な露光順番を自
動で決定することができる。

【００５３】また、ウエハステージを常に一定速度で移
動させ続けずに、露光を行わないショット領域を通過す
るときにはウエハステージ速度を変化させても良い。例
えば、レチクルステージが十分な加減速性能を有してる
場合、あるいは２つ以上の複数のショット領域を飛び超
しながら露光を行なう場合には、飛び越し中のウエハス
テージの速度を露光走査時よりも大きくすることで、ウ
エハ１枚あたりのトータルのスループットを向上させる
ことができる。また、露光走査時よりもウエハステージ
速度を落とせば、その間に行なうレチクルステージの戻
し動作に時間に余裕を持たせることができ、レチクルス
テージの負荷の軽減が図れる。

【００５４】ところで、本実施形態では、あるショット
領域を露光せずに飛び越している間（図２の点線矢印の
部分）に、矢印部分のショットにある位置合せマークを
計測し、そのアライメント計測値を用いて次のショット
の露光の直前にウエハステージを微小に駆動して位置合
せしている。このため、スループットの低下なしに隣接
したショットの位置ずれ量を露光するショットに反映す
ることが可能で、高い精度の位置合せが実現できる。さ
らに、この飛び越しショットの計測値を記憶しておけ
ば、その飛び越したショット領域を後に露光する際にそ
のまま利用することができる。したがって、飛び越しシ
ョットはダイバイダイ方式のショット毎の位置合せが好
適である。

【００５５】また、予めグローバルアライメントで求め
ておいた各ショットの位置情報に、このショット毎の位
置情報を加味することによって、さらなる精度向上が可
能である。この場合には、図７に示す動作シーケンスの
順番を採用すれば、アライメントマークの計測をしてか
ら露光するまでの時間を短縮することができる。そのた
め温度変動や気圧変動の影響を低減でき精度上有利であ
る。

【００５６】また、ショット領域を飛び越している間
に、アライメント計測だけでなく、ウエハのフォーカス
位置を計測して記憶しておくことが好ましい、飛び越し
たショット領域を後に露光する際に、この記憶しておい
たフォーカス位置を用いれば、ペストフォーカス位置ヘ
ウエハステージを駆動する時間も短縮するこができる。

【００５７】ところで、以上の説明はウエハの１つのレ
イヤーについてレチクルを１枚使用して、これを並べて
転写するものを想定したが、１つのレイヤーについてレ
チクルを２種類以上用意してこれら複数のレチクルパタ
ーンを同一ショット領域に多重に露光する多重露光方法
（レチクルが２枚の場合は二重露光）がある。

【００５８】これは図１０に示すような手順で行なうも
ので、例えば、一方のレチクルＡはラインアンドスペー
スの周期パターンを露光するもの、他方のレチクルＢは
通常の回路パターンのような孤立パターンを転写するも
のである。これら周期パターン露光ステップと通常露光
ステップを順次行なって二重に露光して、その後に現像
を行なう。なお、周期パターン露光ステップと通常露光
ステップの順序は逆にしてもよい。これにより、両者の
パターンの合計露光量がレジストの閾値を超えた部分だ
けが解像し、使用する露光装置の解像度以上の高解像度
のパターン転写を可能とするものである。

【００５９】この二重露光の場合、周期パターン露光ス
テップでレチクルＡの周期パターン露光が済んで、次に
通常露光ステップでレチクルＢのパターンを重積して露
光するまでの時間間隔が、各ショットでほぼ一定時間で
且つなるべく短くなるようにすることが好ましい。これ
は、露光光が当たることによって生じるレジストの化学
変化が時間とともに進行して行くためであり、この時間
間隔が各ショットでほぼ一定で無いと各ショットで解像
の度合が変動する可能性がある。

【００６０】そこで、これを実現するためには、レチク
ルＡを用いて図７に示す手順で順に露光し、さらにショ
ット<6>の露光が完了した後にレチクル交換を行い、再
度、同じ列を同じ順番の露光ショットについてレチクル
Ｂの多重露光を行う方法が良い。一列の多重露光が済ん
だら、次の列に以降して以下同様に繰り返す。こうする
ことで、周期パターン露光と通常露光の間隔を比較的短
い時間で、且つ各ショットでほぼ一定時間にすることが
できる。

【００６１】ところで、多重露光において、レチクルＡ
を用いてラインランドスペースの周期パターンを転写す
るためには、必ずしもレチクルステージをスキャンする
必要はない。すなわちスキャン方向を長手とするライン
アンドスペースのパターンならば、レチクルＡのパター
ン部分を露光スリット上に静止させ、ウエハステージだ
けをスキャンさせることによって、ラインアンドスペー
スパターンを露光転写することができる。

【００６２】この場合、レチクルＡの周期パターンの露
光には、図８に示すように縦方向に連続して露光する方
がスループット上有利である。またレチクルＢの孤立パ
ターンの露光にも、図９に示すように、ウエハステージ
の挙動はなるべくレチクルＡのパターンの露光に近くし
ておいた方が、重ね合せ精度の上で有利となる。多重露
光の場合、各露光間で非常に高い合わせ精度が必要とな
る。図９に示した露光順序を用いれば、隣接アライメン
ト方式とダイバイダイ方式との併用が可能となり、高い
位置合わせ精度が達成できる。さらにラインアンドスペ
ースの周期パターンのためには、必ずしもレチクルＡを
準備する必要はなく、例えば上記パターンの形成された
小さな部材をレチクルステージ上に設置しておいても良
い。

【００６３】＜デバイス製造方法＞次に上記説明した露
光装置を利用したデバイス製造方法の例を説明する。図
１１は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、
液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン
等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）で
はデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（レチ
クル製作）では設計したパターンを形成したレチクルを
製作する。一方、ステップ３（基板製造）ではシリコン
やガラス等の材料を用いて基板を製造する。ステップ４
（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したレチ
クルと基板を用いて、リソグラフィ技術によって基板上
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基板
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
７）される。

【００６４】図１２は上記基板プロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）では基板の表面を酸化さ
せる。ステップ１２（ＣＶＤ）では基板表面に絶縁膜を
形成する。ステップ１３（電極形成）では基板上に電極
を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込
み）では基板にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジ
スト処理）では基板にレジストを塗布する。ステップ１
６（露光）では上記説明した露光装置によってレチクル
の回路パターンを基板の複数のショット領域に並べて焼
付露光する。ステップ１７（現像）では露光した基板を
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、基板上に多重に回路パターンが形成される。本
実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった
高精度デバイスを高い生産性すなわち低コストで製造す
ることができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明の露光装置によれば、ウエハステ
ージの加減速の回数が減るため、振動や揺れの影響を軽
減することで従来以上の高精度を達成することができる
と共に、高いスループットも得られる。またウエハステ
ージの加減速に伴う反力が床に及ぼす影響を小さくする
ことで、同一床に設置されている他の装置に与える影響
を小さくすることができる。また本発明の露光装置を用
いれば優れた生産性のデバイス生産方法を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の露光装置の実施形態の全体図

【図２】実施形態のステップ・アンド・スキャンの動作
シーケンスの説明図

【図３】実施形態のステップ・アンド・スキャンの動作
シーケンスの説明図

【図４】従来例のステップ・アンド・スキャンの動作シ
ーケンスの説明図

【図５】実施形態のステージの速度変化を示す図

【図６】従来例のステージの速度変化を示す図

【図７】他の実施形態のステップ・アンド・スキャンの
動作シーケンスの説明図

【図８】他の実施形態のステップ・アンド・スキャンの
動作シーケンスの説明図

【図９】他の実施形態のステップ・アンド・スキャンの
動作シーケンスの説明図

【図１０】多重露光（二重露光）の手順の説明図

【図１１】半導体デバイスの製造フローを示す図

【図１２】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図

【符号の説明】

１製造工場の設置床２ベースフレーム３支柱４レチクル５レチクルステージ６ウエハ７ウエハステージ８照明光学系９投影光学系１０鏡筒定盤１１空調機械室１２アクティブマウント１３レチクルステージ支持フレーム１４レチクルステージ定盤１５アライメント検出器１６Ｚ干渉計１７ＸＹ干渉計１８Ｚ干渉計ミラー１９ＸＹ干渉計ミラー２０レチクルステージ駆動源（リニアモータ）２１連結部材２２力アクチュエータ（リニアモータ）２３弾性支持体３０制御装置３１ウエハステージ定盤３２支持足３３ステージベース部材３４マウント３５反力受け構造体３６鉛直弾性支持体３７水平弾性支持体３８鉛直力アクチュエータ３９水平力アクチュエータ４０加速度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レチクルを保持するレチクルステージ
と、ウエハを保持するウエハステージと、レチクルのパ
ターンをウエハに投影する投影光学系を備え、該投影光
学系に対して該レチクルステージと該ウエハステージを
共に走査しながら露光を行い、レチクルのパターンをウ
エハの複数のショット領域に順に転写する露光装置であ
って、走査方向に沿って並んだウエハ上の複数のショッ
ト領域に対して、該ウエハステージを静止させることな
く走査移動させながら、間欠的に露光を行うことを特徴
とする露光装置。
【請求項２】１ショット領域もしくはそれ以上のショ
ット領域を露光せずに飛び越しながら、複数のショット
領域を順に走査露光することを特徴とする請求項１記載
の露光装置。
【請求項３】前記飛び越しの期間中に、レチクルステ
ージを走査時とは逆の方向に戻す動作を行なうことを特
徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】飛び越したショット領域については、後
に同様にして露光済みのショット領域を飛び越しながら
露光することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項５】走査露光中も飛び越し期間中も、ウエハ
ステージの速度を一定に保つことを特徴とする請求項２
記載の露光装置。
【請求項６】走査露光時に対して飛び越し期間中にウ
エハステージの速度を変化させることを特徴とする請求
項２記載の露光装置。
【請求項７】飛び越し期間中にアライメント計測もし
くはフォーカス計測を行うことを特徴とする請求項２記
載の露光装置。
【請求項８】計測した結果を、次のショットの露光時
もしくは隣接ショットの露光時に反映させることを特徴
とする請求項７記載の露光装置。
【請求項９】計測した結果を記憶する手段を有し、飛
び越したショット領域を後に露光する際に計測結果を反
映することを特徴とする請求項７記載の露光装置。
【請求項１０】ダイバイダイ方式でショット毎に位置
合せを行なうことを特徴とする請求項７記載の露光装
置。
【請求項１１】予めグローバルアライメントで求めて
おいた各ショットの位置情報に、前記ショット毎の位置
情報を加味することを特徴とする請求項１０記載の露光
装置。
【請求項１２】複数枚のウエハを用いて各ショット領
域に多重露光を行うことを特徴とする請求項１乃至１１
のいずれか記載の露光装置。
【請求項１３】ラインアンドスペースの周期パターン
を転写するための第１レチクルと、孤立パターンを転写
する第２レチクルを用いて多重露光を行うことを特徴と
する請求項１２記載の露光装置。
【請求項１４】第１レチクルの露光の後、第２レチク
ルを露光するまでの間隔を、各ショット領域でほぼ一定
時間にしたことを特徴とする請求項１３記載の露光装
置。
【請求項１５】第１レチクルでラインアンドスペース
のパターンを露光する際に、レチクルステージを停止さ
せた状態で、ウエハステージを移動させながら露光する
ことを特徴とする請求項１３記載の露光装置。
【請求項１６】第１パターンと第２パターンを多重露
光する走査型露光装置において、第１パターンの露光時
にはレチクルステージを停止させた状態でウエハステー
ジを移動させながら走査露光を行ない、第２パターンの
露光時にはレチクルステージ及びウエハステージを共に
移動させながら走査露光を行なうことを特徴とする露光
装置。
【請求項１７】前記第１パターンはラインアンドスペ
ースの周期パターンであり、前記第２パターンは孤立パ
ターンであることを特徴とする請求項１６記載の露光装
置。
【請求項１８】レチクルを照明する照明系を備え、該
照明系は非露光領域もしくは非露光時には照明を中断す
る制御可能な遮光部材を有することを特徴とする請求項
１乃至１７のいずれか記載の露光装置。
【請求項１９】エキシマレーザー装置を光源として備
えたことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか記載
の露光装置。
【請求項２０】前記ウエハステージもしくはレチクル
ステージを駆動した際の反力の影響を軽減する機構を備
えたことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか記載
の露光装置。
【請求項２１】前記ウエハステージを支持するステー
ジベース部材と、該ステージを駆動した際の反力を受け
るための該ステージベース部材とは異なる反力受け構造
体とを有することを特徴とする請求項２０記載の露光装
置。
【請求項２２】該反力受け構造体と床との間で所定周
波数以上の振動伝達が遮断されていることを特徴とする
請求項２１記載の露光装置。
【請求項２３】前記反力受け構造体を床もしくはベー
スフレームに対して弾性支持する弾性支持体を有し、該
弾性支持体によって振動伝達が遮断されることを特徴と
する請求項２２記載の装置。
【請求項２４】前記ステージベース部材と前記反力受
け構造体の間で力を発生する力アクチュエータを有する
ことを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２５】前記弾性支持体もしくは前記力アクチ
ュエータは鉛直方向と水平方向の少なくとも一方の方向
に対応して設けられていることを特徴とする請求項２３
又は２４記載の装置。
【請求項２６】前記力アクチュエータはリニアモータ
であることを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２７】前記ステージの重心高さと前記力アク
チュエータの力作用位置の高さとがほぼ等しいことを特
徴とする請求項２４乃至２６のいずれか記載の装置。
【請求項２８】前記ステージベース部材を実質的に床
又はベースフレームに弾性支持するマウントをさらに有
することを特徴とする請求項２１乃至２７のいずれか記
載の装置。
【請求項２９】前記反力受け構造体は前記ステージベ
ース部材の下方に位置することを特徴とする請求項２１
乃至２７のいずれか記載の露光装置。
【請求項３０】前記所定周波数は床の固有振動数以下
であることを特徴とする請求項２２乃至２９のいずれか
記載の装置。
【請求項３１】前記所定周波数は１０Ｈｚよりも大き
いことを特徴とする請求項２２乃至３０のいずれか記載
の装置。
【請求項３２】請求項１乃至３１のいずれか記載の露
光装置を用意する工程と、該露光装置を用いて基板に露
光を行う工程を含む製造工程によってデバイスを製造す
ることを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項３３】露光前に基板にレジストを塗布する工
程と、露光後に現像を行う工程をさらに有することを特
徴とする請求項３２記載のデバイス製造方法。