JP2008021748A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基板ステージが複数のステーション間を移動する露光装置において、アッベ誤差や反射鏡の形状誤差等ステージと位置計測器との組合せに依存する誤差を正しく補正して基板ステージの位置ずれを低減する。
【解決手段】露光装置は、記憶部１０３と補正部１０２，１０５とを有する制御装置を備える。記憶部１０３は、複数の基板ステージ７，８と複数の位置計測器１０１，１０６との組合せ毎に定められる計測結果の補正情報を記憶する。補正部１０２，１０５は、記憶部１０３に記憶された補正情報のうち基板ステージ７，８と位置計測器１０１，１０６との組合せに対応する補正情報に基づいて複数の位置計測器１０１，１０６の計測結果をそれぞれ補正する。
【選択図】図５

Description

本発明は、複数の基板ステージを有する露光装置に関する。

半導体素子製造のフォトリソグラフィー工程には、レチクルの微細パターンを感光剤の塗布されたウエハ上に転写する露光装置が使用されている。これまでの露光装置は、１つのウエハステージを有し、ウエハの搬入からアライメント計測、露光、搬出までの工程をシリーズに行っていた。

しかし、近年では、スループットの更なる向上のために、２つのウエハステージを有するツインステージ型露光装置が採用されている。ツインステージ型露光装置は、計測ステーションと露光ステーションの２つのステーションを有する。このようなツインステージ型露光装置は、例えば特許文献１に記載される。

ウエハステージのステーションに対する位置計測は、高精度が要求されるため、高分解能のレーザー干渉計とそのレーザー光のターゲットとなる反射鏡を用いて行われる。各ステーションには、ウエハステージの姿勢を計測可能なレーザー干渉計が搭載されている。レーザー干渉計の計測値は、反射鏡に対するレーザー光軸の真直度などに起因したアッベ誤差や反射鏡の表面形状による計測誤差を含みうる。この計測誤差は、ウエハステージの位置計測誤差となり、装置性能を悪化させることになる。

このような干渉計によるウエハステージの位置計測誤差を軽減するために、あらかじめ露光結果などから求めた補正係数やテーブルを参照することによって補正を行っている。このようなウエハステージの位置計測誤差を補正する技術は、例えば特許文献２に記載されている。しかし、特許文献２に示される露光装置は、ウエハステージ、ステーション共に１つであったので、ウエハステージの位置計測誤差を補正する係数やテーブルは一意に決まっていた。
特開２０００−３２３４０４号公報 特開２００１−５９７０４号公報

ツインステージ型露光装置では、２つのウエハステージが２つのステーション間を往復移動する。つまり、ステージとステーションの組合せは４通り存在することになる。したがって、これまでのウエハステージ及びステーションがともに１つである場合に設定されたウエハステージの位置計測誤差に対して一意な補正係数を用いてしまうと、補正残差が生じウエハステージの位置ずれを引き起こす。その結果、その位置ずれがＸ，Ｙ方向であれば重ね合わせ誤差が、Ｚ方向であればフォーカス誤差が発生してしまう。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、複数の基板ステージが複数のステーション間を移動する露光装置における基板ステージの位置ずれを低減することを第１の目的とする。

また、本発明は、基板ステージの位置ずれが低減された露光装置を用いて高集積度のデバイスを高スループットで製造することを第２の目的とする。

本発明の第１の側面は、複数のステーションと、基板を保持して前記複数のステーション間を移動可能な複数の基板ステージと、前記複数のステーションそれぞれに設置されステーションに位置する基板ステージの位置を計測する複数の位置計測器と、制御装置とを備える露光装置において、前記制御装置は、前記複数の基板ステージと前記複数の位置計測器との組合せ毎に定められる補正情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記補正情報のうち基板ステージと位置計測器との組合せに対応する補正情報に基づいて前記複数の位置計測器の計測結果をそれぞれ補正する補正部とを有することを特徴とする。

好適な実施形態では、前記複数のステーションは、２つの基板ステージの一方に保持される基板の事前計測を行う計測ステーションと基板ステージの他方に保持される基板に露光を行う露光ステーションとを含む。また、前記位置計測器は干渉計を含み、前記複数の基板ステージは、前記干渉計からの計測光を反射するための反射鏡をそれぞれ含む。さらに、前記補正情報は、前記干渉計のアッベ誤差及び前記反射鏡の反射面形状に起因する誤差のうちの少なくとも一つを補正するための情報である。

本発明の第２の側面は、デバイス製造方法が、前記の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の基板ステージが複数のステーション間を移動する露光装置において、基板ステージの位置ずれを低減することができる。

また、本発明は、基板ステージの位置ずれが低減された露光装置を用いて高集積度のデバイスを高スループットで製造することができる。

図１は本発明の好ましい実施形態に係るツインステージ型露光装置の概略正面図である。

レクチル１は、Ｙ方向に移動可能なレチクルステージ３に保持され、照明部２により照明される。レチクル１上に形成されたパターンは、鏡筒支持体５により支持される投影レンズ（投影光学系）４によってウエハ(基板)９上に投影される。６は鏡筒支持体５を支持して振動を抑え、かつ床からの振動を絶縁する本体用（鏡筒支持体用）アクティブマウントである。

ステージ定盤１２は、第１ウエハステージ（第１基板ステージ）７と第２ウエハステージ（第２基板ステージ）８とを支持する。まず、第１ウエハステージ７について説明する。第１ウエハステージ７は、ＸＹ方向に移動可能な粗動ステージ７１０、粗動ステージ１０に対して不図示のアクチュエータによって、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ωＸ、ωＹ、ωＺの６軸方向に移動可能な微動ステージ１１とからなる。同様に、第２ウエハステージ８は、粗動ステージ１０’と微動ステージ１１’からなる。微動ステージ１１，１１’はウエハ９，９’を搭載可能である。

粗動ステージ１０，１０’は、ステージ定盤１２に対してエア浮上を行い，ＸＹ平面内を自由に移動可能である。

鏡筒支持体５とレチクルステージ３とのＹ方向の相対位置及びωＸ、ωＺ方向の姿勢を計測するために、レーザー干渉計１３が設けられる。同様にＸ、Ｚ、ωＹ方向を計測するために不図示のレーザー干渉計が設けられる。

ステージ定盤１２と粗動ステージ１０とのＹ方向の相対位置を計測するために、レーザー干渉計１４が設けられる。同様にＸ方向を計測するために不図示のレーザー干渉計が設けられる。また、ステージ定盤１２と粗動ステージ１０’とのＹ方向の相対位置を計測するために、レーザー干渉計１５が設けられる。同様にＸ方向を計測するために不図示のレーザー干渉計が設けられる。

鏡筒支持体５と微動ステージ１１とのＹ方向の相対位置及びωＸ方向の姿勢を計測するために、レーザー干渉計１６が設けられる。同様にＸ、Ｚ、ωＹ、ωＺ方向を計測するために不図示のレーザー干渉計が設けられる。また、鏡筒支持体５と微動ステージ１１’とのＹ方向の相対位置及びωＸ方向の姿勢を計測するために、レーザー干渉計１７が設けられる。同様にＸ、Ｚ、ωＹ、ωＺ方向を計測するために不図示のレーザー干渉計が設けられる。

これらのレーザー干渉計１３〜１７は、第１，２ウエハステージ７，８の位置を計測する位置計測器として使用される。

ツインステージ型露光装置は、露光ステーションと計測ステーションを備える。露光ステーションは、図１の左半分に相当し、レチクルパターンをウエハ９に対して露光を行う。一方、計測ステーションは図１の右半分に相当し、アライメント用の計測やフォーカス・レベリング計測等の事前計測を行う。図１においては、第１ウエハステージ７が露光ステーションに、第２ウエハステージ８が計測ステーションに位置している。しかし、第１，２ウエハステージ７，８は、粗動ステージ１０，１０’の移動によって互いに位置するステーションを入れ替わることが可能である。

計測ステーションには、露光すべきウエハ９’のアライメント用の計測を行うためのアライメントスコープ２２が設けられている。このスコープ２２により、ウエハ９’上にマーキングされているアライメントマークを計測する。

また、計測ステーションには、ウエハ９’のフォーカス・レベリング計測を行うための斜入射光式フォーカス・レベリングセンサが設けられている。このセンサは主に光源（不図示）、投影対物レンズ２１、ウエハ９’表面からの反射光を入射する受光対物レンズ２３、受光部（不図示）から構成される。これらの斜入射光式フォーカス・レベリングセンサにより、ウエハ９’の表面形状を計測する。

露光ステーションでは、レチクル２を搭載したレチクルステージ３とウエハ９を搭載した第１ウエハステージ７（粗動ステージ１０と微動ステージ１１）とが同期を取りながら、露光を行う。

図２は微動ステージ９，９’と、レーザー干渉計１６，１７，３６，３７，５６，５７の配置をＺ方向から見た際の概略図である。

まず微動ステージ１１について説明する。ウエハ９は、不図示のチャックによって、天板３１上に支持されている。天板３１上に計測プレート３４が搭載されている。計測プレート３４には、照度計、基準マークが搭載されており、キャリブレーションに用いられる。

微動ステージ１１の天板３１の４辺には、レーザー干渉計の計測光を反射するための反射鏡３２，３３，３５，３８が搭載されている。微動ステージ１１は本図では露光ステーションに位置しており、レーザー干渉計３６，３７の計測光が反射鏡３５に、レーザー干渉計１６の計測光が反射鏡３８に投射されている。

前述したように、微動ステージ１１と微動ステージ１１’は、露光ステーションと計測ステーション間を互いに入れ替わることが可能である。微動ステージ１１が計測ステーションに位置した場合は、レーザー干渉計５６，５７が反射鏡３５に、レーザー干渉計１７の計測光が反射鏡３３に投影される。すなわち、微動ステージ１１はステーションを入れ替わる毎に干渉計からの計測光を反射するために使用される反射鏡が切り替えられる。

次に微動ステージ１１’について説明する。ウエハ９’は、不図示のチャックによって、天板５１上に支持されている。天板５１上に計測プレート５４が搭載される。計測プレート５４には、照度計、基準マークが搭載されており、キャリブレーションに用いる。

微動ステージ１１’の天板５１の４辺には、レーザー干渉計の計測光を反射するための反射鏡５２，５３，５５，５８が搭載されている。微動ステージ１１’は本図では計測ステーションに位置しており、レーザー干渉計５６，５７の計測光が反射鏡５５に、レーザー干渉計１７の計測光が反射鏡５８に投射されている。露光ステーションに移動した場合には、レーザー干渉計３６，３７が反射鏡５５に、レーザー干渉計１６の計測光が反射鏡５３に投影される。微動ステージ１１’もステーションを入れ替わる毎に干渉計からの計測光を反射するために使用される反射鏡が切り替えられる。

８２は露光作業を行うウエハを搬入するための搬入装置であり、８４は露光作業を終えたウエハを搬出するための搬出装置である。搬入装置８２は、搬入位置８１にて計測ステーションにいるウエハステージにウエハの受け渡しを行う。搬出装置８４は、搬出位置８３にて計測ステーションにいるウエハステージからウエハを回収する。

図３は、ツインステージ型露光装置の露光工程の概略フローチャートである。便宜上、初期には、第１ウエハステージ７が露光ステーションに、第２ウエハステージ８が計測ステーションに、それぞれ位置していると仮定して説明を行う。もちろん、第１、第２ウエハステージ７，８の初期位置は逆でも良い。また、両ウエハステージ７，８にウエハが搭載されていない状態とする。

まず、第２ウエハステージ８は、ステップ７２のウエハの搬入から始まる。次に、ステップ７３で、アライメント用の計測やフォーカス・レベリング計測など露光に必要な情報を得るための事前計測を行う。一方、第１ウエハステージ７は、第２ウエハステージ８に対してステップ７１、７２、７３が行われている間、初回のみウエハを搭載していないので、待ち状態となっている。第１ウエハステージ７にウエハが搭載されていれば、並行して露光を行うことになる。第２ウエハステージ８が事前計測を終えると、第２ウエハステージ８は露光ステーションへ（ステップ７４）、第１ウエハステージ７は計測ステーションへ（ステップ６２）それぞれ移動させる入替駆動が行われる。その後、第２ウエハステージ８は、ステップ７３の事前計測の結果を踏まえて、ステップ７５の露光を行う。その間、第１ウエハステージ７は、ステップ６３の露光済みウエハの搬出（初回は行わない）、ステップ６４のウエハの搬入、ステップ６５の事前計測を順次実施する。ステップ６５とステップ７５が共に終了したら、第１ウエハステージ７は露光ステーションへ（ステップ６６）、第２ウエハステージ８は計測ステーションへ（ステップ７６）それぞれ移動させる入替駆動が行われる。次に、第１ウエハステージ７はステップ６１の露光へ、第２ウエハステージ８はステップ７１のウエハ搬出へと続く。これ以降は、入替駆動を行いながら、一方のウエハステージでは事前計測を、他方のウエハステージでは露光を並行して行っていく。

ところで、レーザー干渉計は、それ自体の光学部品やメカ部品の加工精度、取り付け誤差等の要因により、光軸のシフト成分や傾き成分を持つので、アッベ誤差が発生する。

また、反射鏡も同様の要因により、サブミクロンオーダーでの平面のうねりを持つため、反射鏡平面度誤差が発生する。

アッベ誤差及び反射鏡平面度誤差に関する情報は、ウエハへの露光結果やセンサによって、事前に求めておき、係数やテーブルとして制御装置の記憶部に記憶しておく。

図４は、シングルステージ型露光装置におけるアッベ誤差及び反射鏡平面度誤差の補正方法を説明するためのブロック図である。ウエハステージ９０の位置（図中のposition）をレーザー干渉計９１で計測した結果がP(t)（tは時間）であるが、これには、前述したアッベ誤差及び反射鏡平面度誤差が含まれている。そこで補正部９２で位置計測誤差の補正を行う。この際、あらかじめ記憶してある補正情報記憶部９３の補正係数や補正テーブルを用いて補正を実施する。説明の便宜上、補正部９２による補正をまとめて、fcorrect()とすると、補正後のウエハステージ位置P(t) ’は、次式で表せる。

P(t) ’ = fcorrect(P(t)) ・・・ 式（１）
さらに、目標位置であるreferenceと補正された位置P(t) ’との差分から位置偏差が算出され、算出された位置偏差を解消するようにウエハステージ９０が駆動される。

一方、本発明が適用されたツインステージ型露光装置は、第１ウエハステージ７と第２ウエハステージ８が、露光ステーションと計測ステーションとを互いに入れ替わりながら露光工程を行っていく。そうした場合、図２を使って説明したようにレーザー干渉計と反射鏡の組合せが変化することになる。

ここで、露光ステーション側のレーザー干渉計１６，３６，３７を第１干渉計システム１０１、計測ステーション側のレーザー干渉計１７，５６，５７を第２干渉計システム１０６とする。そうすると、ウエハステージと干渉計システムとの間に以下の４つの組合せが発生する。
（イ）第１ウエハステージ７ と 第１干渉計システム１０１
（ロ）第２ウエハステージ８ と 第２干渉計システム１０６
（ハ）第１ウエハステージ７ と 第２干渉計システム１０６
（ニ）第２ウエハステージ８ と 第１干渉計システム１０１
レーザー干渉計と反射鏡の組合せにより、レーザー干渉計のビームスポットが反射鏡に当たる位置が変わるために、アッベ誤差と反射鏡平面度誤差も（イ）〜（ニ）の４つの組合せ間で異なってくる。

図５に、ツインステージ型露光装置におけるアッベ誤差及び反射鏡平面度誤差の補正方法を説明するためのブロック図を示す。制御装置は、ウエハステージ入替駆動制御部１０４、ウエハステージと干渉計との組合せ毎に定められる補正情報を記憶する記憶部１０３と、補正情報に基づいて干渉計の計測結果を補正する補正部１０２，１０５とを有する。

第１ウエハステージ７と第２ウエハステージ８とは、入替駆動制御部１０４によって、第１干渉計システム１０１と第２干渉計システム１０６の間を入替駆動する。第１ウエハステージ７の位置（図中のposition１）を第1干渉計システム１０１で計測した結果がP１(t)である。入替駆動制御部１０４は、補正情報の記憶部１０３に対して、２つのステージがどちらの干渉計システムに位置しているか、すなわち前述した（イ）〜（ニ）の組合せのいずれであるかを伝える。記憶部１０３は、この情報をもとに第１の補正部１０２に、ふさわしい補正情報を送る。第１の補正部１０２による補正をまとめて、fcorrect1()とすると、補正後のウエハステージ位置P１(t) ’は、次式で表せる。

P１(t) ’ = fcorrect1 (P１(t)) ・・・ 式（２）
さらに、目標位置であるreference１と補正された位置P１(t) ’との差分から位置偏差が算出され、算出された位置偏差を解消するように第１ステージ７が駆動される。

同様に、第２の補正部１０５は、補正情報の記憶部１０３から送られてきた補正fcorrect2()を用いて、第２干渉計システム１０６で計測されたP２(t)に対して次式の補正を行う。

P２(t) ’ = fcorrect2 (P２(t)) ・・・ 式（３）
さらに、目標位置であるreference２と補正された位置P２(t) ’との差分から位置偏差が算出され、算出された位置偏差を解消するように第２ステージ８が駆動される。

以上のように、ウエハステージと干渉計システムの組合せに応じて、補正情報を切り替えることによって、ウエハステージの位置ずれを抑えることが可能となる。

本実施形態では、微動ステージに対する補正について説明したが、粗動ステージについても適用可能である。具体的には、図１のレーザー干渉計１４，１５と粗動ステージ１０，１０’の組合せによって、補正情報を切り替えるやり方である。

本実施形態では、位置計測誤差の補正項目として、アッベ誤差と反射鏡平面度誤差を挙げたが、ウエハステージ、干渉計システム、ステーションに依存する他の補正項目についても適用可能である。例えば、図１のステージ定盤１２の平面度誤差により粗動ステージ７１０及び１０’のＺ位置に誤差を生じ、微動ステージ１１及び１１’とのメカギャップが発生する。そこで、ステージ定盤１２の平面度誤差をステージとステーションの組合せにより補正することが有効となる。

本実施形態では、ウエハステージが２つ、干渉計システム（ステーション）が２つ存在する場合を例に挙げて説明したが、ウエハステージおよび干渉計システム（ステーション）がそれぞれ３つ以上存在する場合も、同様に本発明を適用可能である。また、レチクルステージとレチクルステージ側の干渉計システムがそれぞれ複数ある場合も同様である。

また、投影レンズとウエハとの間に液浸状態を形成する液浸型露光装置であっても、ステージとステーションがそれぞれ複数存在する場合には本発明を適用可能である。

さらに、ウエハステージの位置計測に干渉計以外の位置計測器を使用することができる。

［デバイス製造方法の実施例］
次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図７は、ステップ４の上記ウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。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Ｓ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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が形成される。本実施例の製造方法を用いれば、高集積度の半導体デバイスを高精度で製造することができる。

本発明の一実施形態に係るツインステージ型露光装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る微動ステージと干渉計の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るツインステージ型露光装置の露光工程の概略を示すフローチャートである。 従来のシングルステージ型露光装置における位置計測誤差補正方法を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るツインステージ型露光装置における位置計測誤差補正方法を示すブロック図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図６に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ レクチル
２ 照明部
３ レクチルステージ
４ 投影レンズ
５ 鏡筒支持体
６ アクティブマウント
７ 第１ウエハステージ（第１基板ステージ）
８ 第２ウエハステージ（第２基板ステージ）
９，９’ ウエハ
１０，１０’ 粗動ステージ
１１，１１’ 微動ステージ
１２ ステージ定盤
１３〜１７ レーザー干渉計
２１ 投影対物レンズ
２２ アライメントスコープ
２３ 受光対物レンズ
３１，５１ 天板
３４，５４ 計測プレート
３２，３３，３５，３８ 反射鏡
３６，３７ レーザー干渉計
５２，５３，５５，５８ 反射鏡
５６，５７ レーザー干渉計
８１ 搬入位置
８２ 搬入装置
８３ 搬出位置
８４ 搬出装置

Claims (7)

1. 複数のステーションと、基板を保持して前記複数のステーション間を移動可能な複数の基板ステージと、前記複数のステーションそれぞれに設置されステーションに位置する基板ステージの位置を計測する複数の位置計測器と、制御装置とを備える露光装置において、
   前記制御装置は、前記複数の基板ステージと前記複数の位置計測器との組合せ毎に定められる補正情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記補正情報のうち基板ステージと位置計測器との組合せに対応する補正情報に基づいて前記複数の位置計測器の計測結果をそれぞれ補正する補正部とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記複数のステーションは、２つの基板ステージの一方に保持される基板の事前計測を行う計測ステーションと基板ステージの他方に保持される基板に露光を行う露光ステーションを含むことを特徴とする請求項１に記載される露光装置。
3. 前記位置計測器は干渉計を含み、
   前記複数の基板ステージは、前記干渉計からの計測光を反射するための反射鏡をそれぞれ含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載される露光装置。
4. 前記補正情報は、前記干渉計のアッベ誤差及び前記反射鏡の反射面形状に起因する誤差のうちの少なくとも一つを補正するための情報であることを特徴とする請求項３に記載される露光装置。
5. 前記複数の基板ステージは、それぞれ移動可能な方向の両側面に前記反射鏡を備え、前記干渉計からの計測光を反射するために使用される反射鏡が前記干渉計毎に切り替えられることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載される露光装置。
6. 前記複数の基板ステージは、第１平面に沿って前記複数のステーション間を移動可能であり、
   前記位置計測器は、少なくとも前記第1平面に沿った方向における前記基板ステージの位置を計測することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載される露光装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載される露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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