(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原版のパターンの一部を投影光学系を介して基板に投影し、該投影光学系に対し相対的に前記原版と基板を共に走査することにより前記原版のパターンを前記基板に露光する露光装置において、
第１のエアーパッドを備え、該エアーパッド上に載置された原版を実質水平に吸着保持する原版ステージと、
前記原版ステージ上の原版の該原版ステージに対する位置ずれを所定の原版アライメント位置で検出する手段と、
該原版アライメント位置で実質垂直に昇降する昇降軸と、
該昇降軸に板ばねを介して取り付けられ前記原版ステージ上の原版を吸着保持可能な第２のエアーパッドと、
第２のエアーパッドにより吸着保持された原版を前記昇降軸を介して該原版のパターン描画平面内と該平面に垂直な軸回りとに微動させる手段と、
前記原版ステージを前記原版アライメント位置に送り込み、前記昇降軸を下降させて該原版ステージ上の原版を第２のエアーパッドにより吸着させ、第１のエアーパッドからエアーを吹き出させて該原版を微少量浮上させ、前記検出手段で前記位置ずれを検出させ、この位置ずれ検出結果に応じて前記微動手段により該原版を微動させる制御手段と
を具備することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記原版ステージ上の原版を露光領域外の所定の原版交換位置で交換する原版交換手段をさらに備え、前記原版アライメント位置が前記原版交換位置とは異なる前記原版交換手段の動作と干渉しない位置に設定されていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記原版アライメント位置が第１ショットの露光待機位置であることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造する際に用いる露光装置に関し、特に、原版を保持する原版ステージの軽量化を図り、もってスループットの向上を図った露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一括露光方式の露光装置（ステッパ）では、投影光学系がレンズによって構成されている場合、結像領域は円形状となる。しかしながら、半導体集積回路は一般的に矩形形状であるため、一括露光の場合の転写領域は、投影光学系の有する円の結像領域に内接する矩形の領域となる。従って、最も大きな転写領域でも円の直径の１／√２の辺の正方形である。これに対して、投影光学系の有する円形状の結像領域のほぼ直径の寸法を有するスリット形状の露光領域を用いて、レチクルとウエハとを同期させながら走査移動させることによって、転写領域を拡大させる走査露光方式（ステップアンドスキャン方式）が提案されている。この方式では、同一の大きさの結像領域を有する投影光学系を用いた場合、投影レンズを用いて各転写領域ごとに一括露光を行なうステップアンドリピート方式に比べてより大きな転写領域を確保することができる。すなわち、走査方向に対しては光学系による制限がなくなるので走査ステージのストローク分だけ確保することができ、走査方向に対して直角な方向には概ね√２倍の転写領域を確保することができる。
【０００３】
半導体集積回路を製造するための露光装置は、高い集積度のチップの製造に対応するために、転写領域の拡大と解像力の向上が望まれている。より小さい投影光学系を採用できることは、光学性能上からも、コスト的にも有利であり、ステップアンドスキャン方式の露光方法は、今後の露光装置の主流として注目されている。
【０００４】
このようなステップアンドスキャン方式の露光装置においては、レチクルとウエハを高精度に位置合わせする必要があり、例えば、レチクル交換等でレチクルステージ上に載置されたレチクルはレチクルアライメントスコープによりレチクルステージの基準マークに対する位置を高精度に計測される。このレチクルスコープは、精度が高ければ高いほど、計測範囲が狭くなり、本発明者らが目指している２５６Ｍ対応の露光装置におけるレチクルアライメントスコープの計測範囲は２μｍ角程度である。
【０００５】
従来のレチクルハンドでは、レチクルを２μｍ程度の誤差でレチクルステージに載置することはまず不可能である。そこで、レチクルステージ上にＸＹθ微動機構を設け、レチクルアライメントスコープを低倍率に切り換えてレチクルの位置ずれを２μｍ以内に追い込むことが考えられる。しかし、レチクルステージ上にＸＹθ微動機構を設けると、レチクルステージが重くなり、特にレチクルをスキャンさせる走査型の露光装置ではステージの移動速度が遅くなってスループットが低下したり、レチクルステージの重量によりステージ定盤が撓んで露光精度が低下する等の問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来例における問題点に鑑みてなされたもので、露光装置において、原版ステージの軽量化を図り、スループットや露光精度を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、原版のパターンの一部を投影光学系を介して基板に投影し、該投影光学系に対し相対的に前記原版と基板を共に走査することにより前記原版のパターンを前記基板に露光する露光装置において、第１のエアーパッドを備え該エアーパッド上に載置された原版を実質水平に吸着保持する原版ステージと、前記原版ステージ上の原版の該原版ステージに対する位置ずれを所定の原版アライメント位置で検出する手段と、該原版アライメント位置で実質垂直に昇降する昇降軸と、該昇降軸に板ばねを介して取り付けられ前記原版ステージ上の原版を吸着保持可能な第２のエアーパッドと、第２のエアーパッドにより吸着保持された原版を前記昇降軸を介して該原版のパターン描画平面内と該平面に垂直な軸回りとに微動させる手段と、前記原版ステージを前記原版アライメント位置に送り込み、前記昇降軸を下降させて該原版ステージ上の原版を第２のエアーパッドにより吸着させ、第１のエアーパッドからエアーを吹き出させて該原版を微少量浮上させ、前記検出手段で前記位置ずれを検出させ、この位置ずれ検出結果に応じて前記微動手段により該原版を微動させる制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記原版ステージ上の原版を露光領域外の所定の原版交換位置で交換する原版交換手段をさらに備え、前記原版アライメント位置が前記原版交換位置とは異なる前記原版交換手段の動作と干渉しない位置に設定されていることを特徴とする。この場合、前記原版アライメント位置は第１ショットの露光待機位置に設定することができる。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、原版位置合わせのための微動機構を原版ステージ上に載せない、すなわち別置きにして原版ステージを軽量化したため、スループットの向上（スキャン速度アップ）および露光精度の向上を図ることが可能になる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図１は本発明の一実施例に係る露光装置を側方から見た様子を模式的に示す図であり、図２は、その露光装置の外観を示す斜視図である。これらの図に示すように、この露光装置は、レチクルステージ１上の原版のパターンの一部を投影光学系２を介してウエハステージ３上のウエハに投影し、投影光学系２に対し相対的にレチクルとウエハをＹ方向に同期走査することによりレチクルのパターンをウエハに露光するとともに、この走査露光を、ウエハ上の複数の転写領域（ショット）に対して、繰り返し行なうためのステップ移動を介在させながら行なうステップ・アンド・スキャン型の露光装置である。
【００１１】
レチクルステージ１はリニアモータ４によってＹ方向へ駆動し、ウエハステージ３のＸステージ３ａはリニアモータ５によってＸ方向に駆動し、Ｙステージ３ｂはリニアモータ６によってＹ方向へ駆動するようになっている。レチクルおよびウエハの同期走査は、レチクルステージ１およびＹステージ３ｂをＹ方向へ一定の速度比率（例えば４：−１、なお、「−」は向きが逆であることを示す）で駆動させることにより行なう。また、Ｘ方向へのステップ移動はＸステージ３ａにより行なう。Ｘステージ３ａには不図示のＺ−チルトステージが搭載され、その上にはウエハを保持する不図示のウエハチャックが取り付けられている。
【００１２】
ウエハステージ３は、ステージ定盤７上に設けられ、ステージ定盤７は３つのダンパ８を介して３点で床等の上に支持されている。レチクルステージ１および投影光学系２は鏡筒定盤９上に設けられ、鏡筒定盤９は床等に載置されたベースフレーム１０上に３つのダンパ１１および支柱１２を介して支持されている。ダンパ８は６軸方向にアクティブに制振もしくは除振するアクティブダンパであるが、パッシブダンパを用いてもよく、あるいはダンパを介せずに支持してもよい。
【００１３】
また、この露光装置は、鏡筒定盤９とステージ定盤７との間の距離を３点において測定するレーザ干渉計、マイクロエンコーダ等の距離測定手段１３を備えている。
【００１４】
投光手段２１と受光手段２２は、ウエハステージ３上のウエハが投影光学系２のフォーカス面に位置しているか否かを検出するためのフォーカスセンサを構成している。すなわち、鏡筒定盤９に固定された投光手段２１によりウエハに対して斜め方向から光を照射し、その反射光の位置を受光手段２２によって検出することにより投影光学系２の光軸方向のウエハ表面の位置が検出される。
【００１５】
図１の装置においては、図示しないレーザ干渉計光源から発せられた光がレチクルステージ用Ｙ方向レーザ干渉計２４に導入される。そして、Ｙ方向レーザ干渉計２４に導入された光は、レーザ干渉計２４内のビームスプリッタ（不図示）によってレーザ干渉計２４内の固定鏡（不図示）に向かう光とＹ方向移動鏡２６に向かう光とに分けられる。Ｙ方向移動鏡２６に向かう光は、Ｙ方向測長光路２５を通ってレチクルステージ４に固設されたＹ方向移動鏡２６に入射する。ここで反射された光は再びＹ方向測長光路２５を通ってレーザ干渉計２４内のビームスプリッタに戻り、固定鏡で反射された光と重ね合わされる。このときの光の干渉の変化を検出することによりＹ方向の移動距離を測定する。このようにして計測された移動距離情報は、図示しない走査制御装置にフィードバックされ、レチクルステージ４の走査位置の位置決め制御がなされる。Ｙステージ３ｂも、同様に、ウエハステージ用Ｙ方向レーザ干渉計２３による測長結果に基づいて走査位置の位置決め制御がなされる。
【００１６】
この構成において、不図示の搬送手段により、装置前部の２つの支柱１２間の搬送経路を経てウエハステージ３上にウエハが搬入され、所定の位置合せが終了すると、露光装置は、走査露光およびステップ移動を繰り返しながら、ウエハ上の複数の露光領域に対してレチクルのパターンを露光転写する。走査露光に際しては、レチクルステージ１およびＹステージ３ｂをＹ方向（走査方向）へ、所定の速度比で移動させて、スリット状の露光光でレチクル上のパターンを走査するとともに、その投影像でウエハを走査することにより、ウエハ上の所定の露光領域に対してレチクル上のパターンを露光する。走査露光中、ウエハ表面の高さは前記フォーカスセンサで計測され、その計測値に基づきウエハステージ３の高さとチルトがリアルタイムで制御され、フォーカス補正が行なわれる。１つの露光領域に対する走査露光が終了したら、Ｘステージ３ａをＸ方向へ駆動してウエハをステップ移動させることにより、他の露光領域を走査露光の開始位置に対して位置決めし、走査露光を行なう。なお、このＸ方向へのステップ移動と、Ｙ方向への走査露光のための移動との組合せにより、ウエハ上の複数の露光領域に対して、順次効率良く露光が行なえるように、各露光領域の配置、Ｙの正または負のいずれかへの走査方向、各露光領域への露光順等が設定されている。
【００１７】
レチクル交換時、レチクルステージ１は露光領域外側のレチクル交換位置に移動して不図示のレチクルチェンジャからレチクルを受け取る。受け取ったレチクルは真空吸着パッドによりレチクルステージ１上に保持される。次にレチクルステージ１がレチクルアライメント位置に移動してレチクルアライメントが行なわれる。レチクルアライメント時は、不図示のレチクルハンドラがレチクルステージ１上に下降してレチクルを掴み、不図示のレチクルアライメントステージを駆動してレチクルをレチクルステージ１上の基準マークに対して位置合わせを行なう。レチクルハンドラの下端には真空吸着パッドが板ばねを介して取り付けられており、位置合わせ時はレチクルを真空吸着パッドで保持し、かつレチクルステージ１の真空吸着パッドからはエアーを吹き出してレチクルをレチクルステージ１から浮上させた状態でレチクルアライメントステージを駆動する。
【００１８】
図３は、図１の装置におけるレチクルアライメント機構の構成を示す。この装置はレチクルアライメント機構をレチクルステージ上に載せないで、別置きにすることにより、レチクルステージの軽量化を行なってそのスキャン速度アップを図り、スループットの向上を図ったものである。同図において、１はレチクルステージであり、実線はレチクルアライメント位置に来た状態を示し、２点鎖線はレチクル交換位置（図内左側）または露光領域（図内右側）に来たときの状態を示す。２は投影光学系（投影レンズ）、３はウエハステージ、３１は照明光学系、３２はレチクルチェンジャ、３３は基板位置検出顕微鏡（レチクルアライメントスコープ）、３４はレチクル、３５はレチクルステージ１に設けられている基準マーク、３６はレチクルハンドラ、３７はレチクルアライメントステージ、３８はレチクルアライメントステージ支持部材、３９はレチクルステージガイド、４０はウエハ、４１はウエハステージガイドである。
【００１９】
図４は、レチクル交換およびレチクルアライメント時の各部の動作を示す。すなわち、レチクル交換時、レチクルステージ１はレチクル交換位置（図４（ａ）に示す位置）に位置決めされる。同時に、新たなレチクル３４が不図示の搬送手段により不図示のレチクルライブラリ等から搬送されてレチクルチェンジャ３２に引き渡され、レチクルチェンジャ３２によってレチクル交換位置に来たレチクルステージ１上に載置される。レチクルステージ１には、図５に示すように、レチクルチャック５６が設けられており、載置されたレチクル３４をレチクルチャック５６で真空吸着し、レチクルステージ１上に保持する。図５において、５４はレチクルステージ天板である。
【００２０】
レチクルアライメント時、レチクルステージ１はレチクルアライメント位置（図４（ｂ）に示す位置）に移動する。図５は、このレチクルアライメント位置におけるレチクルアライメント動作の詳細を示す。レチクルステージ１がレチクルアライメント位置に来る（図５（ａ））と、レチクルハンドラ３６が下降してレチクルハンドラ３６の昇降軸５１の下端に板ばね５２を介して取り付けられたレチクル吸着パッド５３によりレチクル３４を真空吸着する（図５（ｂ））。次に、レチクルステージ１上のレチクルチャック５６の真空を空気吹き出しに切り換えてそのエアーフローによりレチクル３４をレチクルチャック５６より微少量（例えばレチクルアライメントスコープ３３の焦点深度を１０μｍとすると、レチクル３４がその焦点深度を外れない２〜数μｍ程度）浮上させる（図５（ｃ））。
【００２１】
この状態で、レチクルアライメントスコープ３３により基準マーク３５とレチクル３４上に形成されている不図示の位置合わせマークとの位置ずれを検出し、この位置ずれを補正するようにレチクルアライメントステージ３７を駆動する。さらに、レチクルチャック５６の空気吹き出しをオフに、真空をオンに切り換えてレチクル３４をレチクルチャック５６に真空吸着する。次いで、レチクルハンドラ３６のレチクル吸着パッド５３の真空をオフして位置合わせしたレチクル３４をレチクルステージ１に引き渡し、レチクルハンドラ３６を上昇する（図４（ｃ））。
【００２２】
レチクルアライメントを終了すると、レチクルアライメントスコープ３３によりレチクル３４上の位置合わせマークとレチクルステージ１の基準マーク３５との位置ずれ量を計測し、その計測値とウエハのアライメント残留誤差とに基づいてウエハステージ３上のウエハのＸＹθを設定して走査露光を行なう。
【００２３】
なお、レチクルアライメントはレチクル交換時以外にも適宜行なうことができる。
【００２４】
また、上記の位置ずれ検出に際しては、レチクルハンドラ３６を下降する前に、先ず、レチクル３４の表面をレチクルアライメントスコープ３３で観察し、レチクル３４の位置合わせマークがレチクルアライメントスコープ３３の計測範囲内にあった場合は、上記位置決め処理をすることなく上記の位置ずれ量計測および走査露光を行なうようにすることもできる。この場合、レチクル３４の位置合わせマークがレチクルアライメントスコープ３３の計測範囲内にはないが該レチクルアライメントスコープ３３の視野内にあった場合は、レチクルアライメントスコープ３３の倍率を切り換えることなく、前記レチクル３４の位置ずれ検出を行ない、レチクル３４の位置合わせマークがレチクルアライメントスコープ３３の視野内にない場合は、レチクルアライメントスコープ３３の倍率を低倍率に切り換えて、視野を拡大した状態で、前記位置合わせマークの位置ずれ検出を行なうようにする。この倍率切り換えはレチクルハンドラ３６の下降と並行して行なう。また、倍率を切り換えた場合はレチクルハンドラ３６の上昇と並行して倍率をもとに戻す。
【００２５】
［微小デバイスの製造の実施例］
図６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）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。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、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ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、これを出荷（ステップ７）する。
【００２６】
図７は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。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（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（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焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００２７】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、原版のアライメント機構を原版ステージ上には載せないで、別置きにしたため、原版ステージを軽量化し、原版ステージの走査速度を上げてスループットを向上させることができる。また、原版ステージの重量によるステージ定盤等の撓みを少なくすることができ、露光精度を向上させることができる。
【００２９】
また、アライメント機構の原版吸着部を弾性支持したため、原版吸着部の下降量の誤差許容量をより大きく取ることができ、アライメント機構内に微動Ｚ機構を設ける必要がなく、原版を高速に位置決めすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る露光装置を側方から見た様子を模式的に示す図である。
【図２】図１の露光装置の外観を示す斜視図である。
【図３】図１の装置におけるレチクルアライメント機構の説明図である。
【図４】図１の装置におけるレチクル交換およびアライメント処理の説明図である。
【図５】図４に示すレチクルアライメント処理のより詳細な説明図である。
【図６】微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図７】図６におけるウエハプロセスの詳細な流れを示す図である。
【符号の説明】
１：レチクルステージ、１ａ：貫通穴、２：投影光学系、３：ウエハステージ、３ａ：Ｘステージ、３ｂ：Ｙステージ、４，５，６：リニアモータ、７：ステージ定盤、８：ダンパ、９：鏡筒定盤、１０：ベースフレーム、１１：ダンパ、１２：支柱、１３：距離測定手段、２１：投光手段、２２：受光手段、２３，２４：レーザ干渉計、２５：レーザ測長光路、２６，２７：移動鏡、３１：照明光学系、３２：レチクルチェンジャ、３３：レチクルアライメントスコープ、３４：レチクル、３５：基準マーク、３６：レチクルハンドラ、３７：レチクルアライメントステージ、３８：レチクルアライメントステージ支持部材、３９：レチクルステージガイド、４０：ウエハ、４１：ウエハステージガイド、５１：昇降軸（Ｚ軸）、５２：板ばね、５３：レチクル吸着パッド、５４：レチクルステージ天板、５６：レチクルチャック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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