(57)【要約】【課題】露光シーケンスを改良することにより露光精度を確保しつつスループットを向上できる露光方法及び露光装置を提供する。【解決手段】感応基板上にパターンを形成するための、順序づけられた一連の露光動作（露光シーケンス）において、ウェハの交換時間、各チップの露光の間のステージ移動時間、及び、オフアクシスアライメントセンサを使用したウェハアライメント時間を搬送系動作許可時間とし、ゲートバルブの開閉やロボット動作等の搬送系を作動させる。すなわち、パターン露光等の、露光装置の機械振動・外乱磁場の発生が好ましくないタイミングのみにおいて、搬送動作を停止させる。このように一連の露光シークエンスと搬送シークエンスをある程度並行に動作させることができるため、露光精度を確保しつつ露光装置全体のスループットを向上できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、
露光シークエンス中の所定の処理工程中では、露光装置に付設されたマスク又は感応基板の搬送装置の動作を停止させることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記所定の処理工程が、エネルギ線の照射を伴う処理工程であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記露光装置が、減圧雰囲気中で露光を行う露光装置であり、
前記搬送装置が、マスクや感応基板を大気雰囲気から減圧雰囲気中に移送するためのロボット又はゲートバルブ等の装置であることを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項４】
前記露光装置が荷電粒子線露光装置であり、
前記所定の処理工程中では、前記搬送装置の磁場を発生させる部分の動作を停止させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の露光方法。
【請求項５】
前記露光装置において、露光シークエンスと搬送シークエンスとを、基準時間信号を参照して同期させるよう制御することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の露光方法。
【請求項６】
感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、
マスク又は感応基板を搬送する装置と、
露光シークエンスを制御するコントローラとを備え、
該コントローラが、前記露光シークエンス中の所定の処理工程中では、前記搬送装置の動作を停止するよう制御することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
前記コントローラが、露光シークエンスと搬送シークエンスとを、基準時間信号を参照して同期させるよう制御することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の露光方法及び露光装置に関する。特には、減圧雰囲気下で露光を行うなどのために必要とされる諸装置が露光精度やスループットの障害とならないように改良を加えた露光方法及び露光装置に関する。なお、本発明は減圧雰囲気下で露光を行う技術に限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置のように真空（減圧）雰囲気下で露光を行う装置においては、マスク（レチクル）や感応基板（ウェハ）を、それらが収容されているカセットとプリアライナ装置等の前処理装置との間、及び、同前処理装置と露光装置との間で受け渡ししている。カセットは常圧雰囲気下にあり、前処理装置や露光装置は真空雰囲気下にある。
【０００３】
図７は、電子ビーム露光装置における一般的なウェハ搬送装置を模式的に説明するための平面図である。
この例のウェハ搬送装置１００は、露光装置の露光チャンバ１０１に連通するロードチャンバ１０３を備え、同チャンバ１０３内には真空側搬送ロボット１０７が設置されている。ロードチャンバ１０３にはプリアライメント室１０５が設けられている。また、ロードチャンバ１０３には、ゲートバルブ１０９を介してロードロック室１１１が接続している。ロードロック室１１１の入口にはゲートバルブ１１３が設けられている。ロードロック室１１１の入口の外には、大気側搬送ロボット１１５が設置されている。
【０００４】
ウェハをカセット１１７から露光装置へ搬送する際は、まず、大気側搬送ロボット１１５を用いてウェハをカセット１１７から取り出す。そして、ロードロック室１１１の入口のゲートバルブ１１３を開き、同室へウェハを搬送する。その後、入口のゲートバルブ１１３を閉じ、ロードロック室１１１を真空排気する。
真空排気終了後、ロードロック室１１１のロードチャンバ側のゲートバルブ１０９を開き、真空側搬送ロボット１０７を用いて、ウェハをロードロック室１１１からロードチャンバ１０３に搬送する。その後、ロードチャンバ側ゲートバルブ１０９を閉じる。
【０００５】
そして、ロードチャンバ１０３において、真空側搬送ロボット１０７を用いてウェハをプリアライメント室１０５に搬送してウェハのプリアライメントを行う。プリアライメント終了後、ウェハは、真空側搬送ロボット１０７によって、露光チャンバ１０１内のステージ２４上に搬送される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のウェハ搬送操作においては、ゲートバルブ１０９、１１３の開閉動作や搬送ロボット１０７、１１５の駆動によって振動が発生したり、ロボットに内蔵されているモータ等から磁場が発生する。これらの振動や磁場の影響を受けて露光装置の露光精度が確保できないという問題がある。特に、このような影響は真空側搬送ロボット１０７の場合が重大である。このため、従来では、ゲートバルブの開閉動作や搬送ロボットの駆動は、実質的に露光シークエンス中では行わないものとされていた。このように露光シークエンスとウェハ搬送シークエンスを並行して行うことができないと、露光装置全体のスループットが低減する。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、露光シークエンス及び関連装置の動作タイミングを改良することにより露光精度を確保しつつスループットを向上できる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の露光方法は、  感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光方法であって、  露光シークエンス中の所定の処理工程中では、露光装置に付設されたマスク又は感応基板の搬送装置の動作を停止させることを特徴とする。
一連の露光シークエンスと搬送シークエンスとをある程度並行に作動させることができるため、露光精度を確保しつつ露光装置全体のスループットを向上できる。なお、露光シークエンスとは、感応基板上にパターンを形成するための、順序づけられた一連の処理工程（又は動作工程）とする。
露光に用いるエネルギ線の種類に限定はなく、光、紫外線、Ｘ線、電子線、イオンビームなどを用いることができる。また、露光の方式も限定されず、縮小投影露光及び等倍近接転写、描画式などに適用できる。
【０００９】
本発明においては、  前記所定の処理工程が、エネルギ線の照射を伴う処理工程であることとすれば、良好な条件下でのみ効率的に露光を行わせることができる。
【００１０】
本発明においては、  前記露光装置が、減圧雰囲気中で露光を行う露光装置であり、  前記搬送装置が、マスクや感応基板を大気雰囲気から減圧雰囲気中に移送するためのロボット又はゲートバルブ等の装置であることとできる。すなわち、マスクや感応基板を常圧雰囲気下のカセットから、減圧雰囲気下の露光装置に搬送する際、及び、減圧雰囲気下の前処理装置から減圧雰囲気下の露光チャンバに搬送する際に本発明の露光方法を適用すれば効率的である。
【００１１】
本発明においては、  前記露光装置が荷電粒子線露光装置であり、  前記所定の処理工程中では、前記搬送装置の磁場を発生させる部分の動作を停止させることとできる。磁場を発生させる部分には、搬送ロボットのモータ等が含まれる。
これにより、磁場の発生による電子ビーム軌道の乱れ等の悪影響を効率的に防ぐことができる。
【００１２】
本発明においては、  前記露光装置において、露光シークエンスと搬送シークエンスとを、基準時間信号を参照して作動することにより、前記２つの動作を同期させるよう制御することが好ましい。露光シークエンスの途中で搬送系に許可信号を送って搬送シークエンスを作動させる方式では、搬送系を動作させるたびに信号を送るための時間のロスが発生するが、本発明の方法によれば、このような時間のロスが発生せず、効率的なシークエンスが得られる。
【００１３】
本発明の露光装置は、  感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターンを形成する露光装置であって、  マスク又は感応基板を搬送する装置と、  露光シークエンスを制御するコントローラとを備え、  該コントローラが、前記露光シークエンス中の所定の処理工程中では、前記搬送装置の動作を停止するよう制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の態様の露光装置は、  前記コントローラが、露光シークエンスと搬送シークエンスとを、基準時間信号を参照して同期させるよう制御することとできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の説明は、分割転写方式の電子線投影露光を例にとって行う。
図２は、分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
【００１６】
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。
【００１７】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにする。ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図２の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００１８】
レチクル１０は、実際には（図３を参照しつつ後述）光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有する。レチクル１０上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。
【００１９】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に載置されている。このレチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明することができる。レチクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００２０】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに偏向器１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、偏向器１６によってウェハ２３上の所定の位置に結像される。投影レンズ１５、１９及び偏向器１６（像位置調整偏向器）の詳しい作用については、図５を参照して後述する。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
【００２１】
レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。コントラスト開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００２２】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係や電子線（ビーム）の性状を知ることができる。
【００２３】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００２４】
なお、ウェハステージや、投影レンズや偏向器等の光学系は、ウェハチャンバ（図示されず）内に収容されている。そして、ウェハチャンバには、上述の図７に示すウェハ搬送装置１００が接続しており、同装置によりウェハ２３が外部のカセットからウェハステージ２４上に搬送される。
【００２５】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００２６】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に合わせるよう制御できる。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。
【００２７】
次に、分割転写方式の電子線投影露光に用いられるレチクルの詳細例について、図３を参照しつつ説明する。
図３は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
【００２８】
図３（Ａ）には、レチクル１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が、一つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図３（Ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３はパターンの形成されてない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレンに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。
【００２９】
一つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、レチクル上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、レチクルの機械強度を保つための、例えば厚さ０．７ｍｍ程度の梁である。マイナーストラット４５の幅は、例えば０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば０．０５ｍｍ程度である。
【００３０】
図３（Ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで一つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
【００３１】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。
メジャーストラット４７はマイナーストラット４５と一体である。
【００３２】
現在有力と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライプ（以下単にストライプと呼ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。
【００３３】
図４は、分割転写方式の露光を行うウェハを模式的に示す平面図である。
ウェハ２３上には、複数のチップ（ダイ）５０が形成されている。各チップ５０は、図４では、Ｙ方向に延びる４本のメカニカルストライプ５９に分割されている。そして、各メカニカルストライプ５９は、Ｘ方向に延びる多数のエレクトリカルストライプ５４に分割されている。さらに、エレクトリカルストライプ５４は、多数のサブフィールド５２に分割される。このようなチップ５０内におけるストライプ５９、５４、サブフィールド５２への分割は、図３におけるマスク１０上の原版パターンの分割に対応している。しかし、露光の際、スカートやマイナーストラット等の非パターン領域はウェハ上では消去され、各サブフィールドのパターンの像がウェハ上で繋ぎ合わされる。
【００３４】
図５は、レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
図の上部にレチクル１０上の１つのメカニカルストライプ４９が示されている。メカニカルストライプ４９には上述のように多数のエレクトリカルストライプ４４とサブフィールド４２（スカートについては図示省略）及びマイナーストラット４５が形成されている。図の下部には、レチクル１０と対向するウェハ２３が示されている。
【００３５】
この図では、レチクル上のストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４の左隅のサブフィールド４２−１が上方からの照明ビームＩＢにより照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズ１５、１９と像位置調整偏向器１６（図２参照）の作用によりウェハ２３上の所定の領域５２−１に縮小投影されている。
パターンビームＰＢは、レチクル１０とウェハ２３の間で、２段の投影レンズの作用により、光軸と平行な方向から光軸と交差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。
【００３６】
エレクトリカルストライプ４４内の各サブフィールド４２は、上述のように電子線の偏向によって順次露光される。そして、マスクステージとウェハステージを縮小比に従った速度でＹ方向に連続ステージ走査させる。一つのエレクトリカルストライプ４４の露光が終了すると、次のエレクトリカルストライプ４４（ストライプ４９内のＹ方向の列）を露光する。こうして、メカニカルストライプ４４内の全てのサブフィールド４２を露光する。このように一つのメカニカルストライプ４４は一回のステージ走査で露光される。
【００３７】
図６は、ウェハ上でのメカニカルストライプの走査軌道を模式的に説明する図である。
一つのメカニカルストライプ５９の露光が終了すると、露光視野がいったんストライプ５９を出て、そこで折り返して、次のメカニカルストライプ５９を反対方向のＹ方向に走査するようにウェハステージ２４が駆動される。こうして、メカニカルストライプ５９を交互に逆方向に走査するようにウェハステージ２４を駆動させて、一つのチップ内の全てのメカニカルストライプを露光する。
【００３８】
次に、図２に示した露光装置の露光シークエンスを説明する。露光及び搬送は、露光装置のコントローラ３１で制御される。
図１は、本発明の実施の形態における露光方法を説明するための図である。
まず、図の上側に示す露光シークエンスを説明する。この露光シークエンスは、露光装置のコントローラ３１で制御される。
露光シークエンス中のウェハ交換工程において、ウェハ搬送装置１００（図７参照）によってウェハ２３が露光チャンバのウェハステージ２４上に載置される。その後、同ウェハ２３のベースラインチェックが行われる。ベースラインチェックにおいてオフアクシスアライメントセンサと電子線鏡筒の位置関係が計測され、その後、オフアクシスアライメントセンサを使用してウェハのアライメントが行われる。
【００３９】
ウェハのアライメントが終了後、ウェハ２３上の端のチップ５０−１（図４参照）から露光を行う。各チップ内での露光は上述のとおり行われる。チップ５０−１の露光が終了すると、次にチップ５０−２を露光するために、ウェハステージを移動させる。チップ５０−２が露光位置に移動した後、同チップ５０−２を露光する。チップ５０−２の露光終了後、ウェハステージを移動して次のチップ５０−３を露光位置に移動させて同チップ５０−３の露光を行う。この動作を最後のチップ５０−ｎが終了するまで繰り返す。
【００４０】
上述の露光シークエンスにおいては、各チップの露光の間にウェハステージ２４を移動させている。このステージ移動時間は、露光シークエンス中のエネルギ線の照射を伴う処理工程ではないため、ゲートバルブの開閉やロボット動作等の搬送系を作動させても問題はない。そこで、このステージ移動時間を搬送系動作許可時間とする。なお、ウェハ上のチップとチップの間の間隔はほとんどの場合で等しく、ステージ移動時間も等しいが、ある列のチップから次の列のチップへ移動させる場合は、ステージ移動時間が異なり、チップ露光とチップ露光との間の時間はチップの位置で異なる。
【００４１】
また、オフアクシスアライメントセンサを使用したウェハアライメント時は、搬送系が動いても露光に使用する電子ビームへの影響は少ないため、このウェハアライメント時間を搬送系許可時間とすることもできる。
【００４２】
この場合は、図１に示すように、一つのウェハ２３の全てのチップ５０を露光する間に、ウェハ交換時間、ウェハアライメント時間、各チップ毎のステージ移動時間の合計の時間を、搬送系動作許可時間とすることができる。
【００４３】
なお、図１に示す露光シークエンスと搬送シークエンスは、コントローラ３１のマスタークロックの基準時間信号を参照して同期している。そして、予め搬送動作可能なタイミングを計算して一連のシークエンスを決定する。一般的には、露光シーケンスの途中で、搬送系に動作許可信号を送って搬送シーケンスを動作させているが、このような方式では搬送系を動作させるたびに信号を送る時間のロスが発生し、ストライプ露光におけるステージ移動時間のような短い時間の場合に問題となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、露光シーケンスとウェハ搬送シーケンスを一部並行して行うことができるため、露光精度を確保しつつ露光装置のスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における露光方法を説明するための図である。
【図２】分割転写方式の電子線投影露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図３】電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（Ａ）は全体の平面図であり、（Ｂ）は一部の斜視図であり、（Ｃ）は一つの小メンブレン領域の平面図である。
【図４】分割転写方式の露光を行うウェハを模式的に示す平面図である。
【図５】レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
【図６】ウェハ上でのメカニカルストライプの走査軌道を模式的に説明する図である。
【図７】電子ビーム露光装置における一般的なウェハ搬送装置を模式的に説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０  レチクル                      ２３  ウェハ
３１  コントローラ                  ４１  小メンブレン領域
４２  サブフィールド                ４３  スカート
４４  エレクトリカルストライプ      ４５  マイナーストラット
４７  メジャーストラット            ４９  メカニカルストライプ
５０  チップ（ダイ）                ５２  サブフィールド
５４  エレクトリカルストライプ      ５９  メカニカルストライプ
【図１】
2004158616.tif 000003
【図２】
2004158616.tif 000004
【図３】
2004158616.tif 000005
【図４】
2004158616.tif 000006
【図５】
2004158616.tif 000007
【図６】
2004158616.tif 000008
【図７】
2004158616.tif 000009