(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光源と、前記パルス光源からの光によりレチクルを照明するための照明光学系と、前記レチクルを保持し移動するレチクルステージと、ウエハを保持し移動するウエハステージと、前記レチクルのパターンを前記ウエハに投影するための投影光学系と、前記レチクルステージおよび前記ウエハステージの駆動制御を行う第１の制御系とを有する走査露光装置において、
前記第１の制御系から第１の周期で得られる、前記レチクルステージおよび前記ウエハステージのいずれかのステージの位置を示す第１のステージ位置信号に基づいて、前記第１の周期より短い第２の周期で前記いずれかのステージの位置を示す第２のステージ位置信号を生成する演算手段と、
前記第２のステージ位置信号に基づいて、前記パルス光源の発光タイミングを制御する第２の制御系と
を有することを特徴とする走査露光装置。
【請求項２】
前記第１の制御系は前記いずれかのステージの位置を計測するレーザ干渉計を有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】
前記演算手段は、前記第１のステージ位置信号と、予め設定された前記いずれかのステージの速度プロファイルの情報とに基づいて、前記第２のステージ位置信号を生成することを特徴とする請求項１または２記載の走査露光装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記第１のステージ位置信号の変化量に基づいて、前記第２のステージ位置信号を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項５】
前記いずれかのステージの加減速中にも露光を行うことを特徴とする請求項１記載の走査露光装置。
【請求項６】
前記第２の制御系は、露光量検出器からの照度モニター信号に基づいて、前記パルス光源の発光タイミングに対応した前記いずれかのステージの目標位置を求め、前記目標位置の信号と前記第２のステージ位置信号とに基づいて、前記パルス光源の発光タイミングを制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項７】
前記第１のステージ位置信号は、前記第１の制御系により演算される前記いずれかのステージの目標位置の信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項８】
前記パルス光源はエキシマレーザであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項９】
露光量検出器により検出された露光量に基づいて、前記パルス光源からのパルス光の強度を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載の走査露光装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記パルス光源の放電電圧を制御することを特徴とする請求項９記載の走査露光装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか記載の走査露光装置を用いてウエハを露光する工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置に関し、特にＩＣ、ＬＳＩ、ＣＣＤ、液晶パネル、磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するために使用される露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デバイスの大規模化、微細化に応えるため、スリット状の照明領域に対してマスク及びウエハを同期して走査することによって広い面積を露光する方式、所謂スリットスキャン方式を採用した走査型露光装置が用いられてきている。
【０００３】
走査型露光装置において、均一な露光を行うためには、安定した走査速度でレチクル及びウエハを走査させる必要がある。ところが何らかの外乱要因によってレチクル及びウエハの走査速度は変動しうるため、例え走査速度が変動した場合でも均一に露光できるよう制御することは重要なことである。
【０００４】
従来のエキシマレーザ等のパルス光源を用いた走査型露光装置において、計算によって求めた次回露光すべき予定位置にレチクル及びウエハが移動してきた時に、パルス発光を行うような装置が知られている。この時、レチクル及びウエハの実際の位置は、高精度なレーザ干渉計等の位置計測器によって計測される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ干渉計による出力値は、測定対象であるレチクルやウエハを載置する駆動ステージに固定されたミラーの位置変動、あるいは気温や気圧などの環境の変化等によって誤差が生じるため、ウエハステージ制御系の演算器によりこの誤差を演算補正する時間が必要となる。それに加えて、ウエハステージ制御のために誤差補正された位置測定値を用いて、駆動ステージ位置の逐次目標値を演算する時間も必要である。つまりレチクルやウエハの正確な位置は、このような駆動ステージの位置サーボのサンプリング時間が必要であるため、１ｍｓ〜０．５ｍｓ程度の測定間隔毎に離散的にしか測定できない。したがって、上述の装置のようにレチクル及びウエハの実際の位置（測定値）と次回露光すべき予定位置との比較により発光を行う場合、発光タイミングが実際の位置の測定間隔によって自由度の制限を受けてしまい、結果として積算露光量むらの精度が改善されない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、正確に露光を行うことができる露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、パルス光源と、前記パルス光源からの光によりレチクルを照明するための照明光学系と、前記レチクルを保持し移動するレチクルステージと、ウエハを保持し移動するウエハステージと、前記レチクルのパターンを前記ウエハに投影するための投影光学系と、前記レチクルステージおよび前記ウエハステージの駆動制御を行う第１の制御系とを有する走査露光装置において、前記第１の制御系から第１の周期で得られる、前記レチクルステージおよび前記ウエハステージのいずれかのステージの位置を示す第１のステージ位置信号に基づいて、前記第１の周期より短い第２の周期で前記いずれかのステージの位置を示す第２のステージ位置信号を生成する演算手段と、前記第２のステージ位置信号に基づいて、前記パルス光源の発光タイミングを制御する第２の制御系とを有することを特徴とする走査露光装置である。
【０００８】
前記演算手段は、前記第１のステージ位置信号と、予め設定された前記いずれかのステージの速度プロファイルの情報とに基づいて、前記第２のステージ位置信号を生成することを特徴としてもよい。
【０００９】
また、前記演算手段は、前記第１のステージ位置信号の変化量に基づいて、前記第２のステージ位置信号を生成することを特徴としてもよい。
【００１０】
本発明の露光装置には、他に様々な好ましい実施形態が存在するが、それは以下に述べる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の一実施形態を示す概略図であり、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走査型露光装置を表している。
【００１２】
図１において、エキシマレーザ等のパルス光を供給するパルスレーザ光源１からの光束は、ビーム整形光学系２により所望の形状に整形され、ハエノ目レンズ等のオプティカルインテグレータ３の光入射面に指向される。ハエノ目レンズは複数の微小なレンズの集まりからなるものであり、その光射出面近傍に複数の２次光源が形成される。コンデンサレンズ４は、オプティカルインテグレータ３の２次光源からの光束でマスキングブレード６をケーラー照明している。ハーフミラー５より分割されたパルス光の一部は、第１露光量検出器１４に指向される。マスキングブレード６とレチクル９は、結像レンズ７とミラー８により共役な関係に配置されており、マスキングブレード６の開口の形状によりレチクル９における照明領域の形と寸法が規定される。１１は投影レンズであり、レチクル９に描かれた回路パターンをウエハ１２に縮小投影している。レチクル９はレチクルステージ１０に固定され、投影レンズ１１を介してウエハステージ１３上に固定されたウエハ１２に対してアライメントされる。ウエハステージ１３上には第２露光量検出器１５が配置されており、この第２露光量検出器１５により光学系を介した際の露光量をモニタする事ができる。
【００１３】
１０１は、レチクルステージ１０とウエハステージ１３を投影レンズ１１の倍率と同じ比率で正確に同期をとって駆動制御するためのステージ駆動制御系である。ステージ駆動制御系１０１は、ステージ位置を計測するレーザ干渉計（不図示）及びレーザ干渉計の出力値の誤差を補正演算する演算器（不図示）等を有しており、ステージ現在位置信号を後述のレーザ制御系１０３に対して離散的に出力している。このレーザ干渉計及び演算器により本発明の位置計測手段を構成している。またステージ駆動制御系１０１内部では、演算されたステージ現在位置をもとにレチクルステージ１０とウエハステージ１３の逐次目標位置も演算している。１０２は露光量演算器であり、第１露光量検出器１４及び第２露光量検出器１５からの信号をＡ／Ｄ変換してレーザ制御系１０３にデータを送る。レーザ制御系１０３は、所望の露光量に応じてトリガー信号、放電電圧信号をパルスレーザ光源１に対して出力し、レーザ出力、及び発光間隔を制御する。この時、所望の露光量を得るために、第１露光量検出器１４及び第２露光量検出器１５の検出結果に基づいて、トリガー信号、放電電圧信号に補正を加えれば、より正確に所望のレーザ出力を得ることができる。トリガー信号、放電電圧信号は、露光量演算器１０２からの照度モニター信号や、ステージ駆動制御系からのステージの現在位置信号、主制御系１０４からの強度基準値や履歴情報などのパラメータに基づいて発振される。１０４はステージ駆動制御系１０１、露光量演算器１０２、レーザ制御系１０３を統括制御する主制御系である。所望の露光量等の露光条件は、入力装置１０５に装置使用者が手動で、あるいは自動的に入力する。そして、第１露光量検出器１４、第２露光量検出器１５の検出結果は、表示部１０６に表示することが可能である。
【００１４】
本実施形態では、発光予定位置座標テーブルのデータ、ステージ位置計測値、ステージの加減速プロファイル（速度変化情報）等をもとに、ステージ駆動制御系１０１から出力されるステージ現在位置の計測間隔間のステージ位置を補間演算して推定値として求めている。次に本発明の最も特徴とすべきレーザ制御系１０３の構成について図２に基づいて説明する。
【００１５】
露光量演算器１０２から出力される照度モニター信号は、目標位置演算装置２０２に入力され、ウエハ上の積算露光量が均一化されるようなレーザ光源の次回発光位置を演算する。また、主制御系１０４から出力される強度目標値は、放電電圧演算装置２０３に入力され、指定放電電圧を演算する。本実施形態においては、強度目標値は常に一定である。なお、次回発光位置の演算については後ほど詳述する。
【００１６】
２０４はバッファであり、ステージ駆動制御系１０１から出力されるステージ位置計測値をロード信号が入力される度に記録する。ロード信号は、ステージ駆動制御系１０１から出力される計測値が更新される毎に同期して出力される信号であり、電気回路における論理レベル信号である。２０５はカウンタであり、入力される一定周波数の基準信号であるクロックをカウントしている。カウンタ２０５は、ステージ駆動制御系１０１からのロード信号によって０にクリアされる。クロックの周期は、ステージ駆動制御系１０１におけるステージ位置の測定間隔よりも短い周期で与えられる。２０６は速度演算器であり、ステージ駆動制御系１０１から受け取る前回のステージ位置計測値と、今回のステージ位置計測値の差分値をもとに図３（ａ）に示すような加減速プロファイルから、その時点でのステージの走査速度を計算する。２０７は乗算器であり、カウンタ２０５の出力と速度演算器２０６の出力を乗算して、ロード信号が出力されてから現在までの間にステージが進んだ距離を出力する。そして、乗算器２０７からの出力とバッファ２０４からの出力は、加算器２０８において加算され、ステージ駆動制御系１０１の測定間隔間の実際のステージ位置データとなる。バッファ２０４、カウンタ２０５、速度演算器２０６、乗算器２０７、加算器２０８により本発明の速度変化情報を用いて基板の現在位置を求める演算手段を構成している。
【００１７】
そして、比較器２０９は、目標位置演算装置２０２から出力された次回発光位置と、加算器２０９から出力されたステージ位置データを受け、両者の値が一致したときにトリガー信号を発生し、パルスレーザ光源１を発光させる。
【００１８】
上述してきたように本実施形態では、ステージ駆動制御系１０１の出力値（測定間隔毎のステージ位置計測値）と、クロック周波数、加減速プロファイルをもとに次のクロックにおけるステージ座標を推測し、外部クロック入力時に比較器へのステージ座標を更新していく。この関係を式（１）に示す。
【００１９】
【外１】
0003912816.tif 000002
ここで、
Ｘｎ    ：  Ｘｉが計測されてからｎ番目のクロックがカウントされた時のステージ位置座標
Ｘｉ    ：  ステージ位置計測手段によるｉ番目のステージ位置計測値
Ｖ（ｔ）：  ウエハステージの駆動速度、
ａ      ：  Ｘi が出力された時刻
ｂ      ：  ｎ回目のクロックが発せられる時刻
である。
【００２０】
式（１）の演算を行うことで、図３（ｂ）に示すようにステージ位置座標を補間して求めることができ、測定間隔間においても自由に発光タイミングを設定できる。
【００２１】
また、ここで示した補間ではステージの加減速プロファイルの補正を行っていないが、駆動中のステージ座標の計測値から加減速プロファイルの補正を行うことにより、更に高精度な制御が可能となる。
【００２２】
ところで、簡易的に加減速プロファイルを意識せず、刻々と更新されるステージ座標の計測値間を線形近似して、以下に示す式（２）のような速度変化情報を用い、次の外部クロック入力時の座標を推測してもよい。
【００２３】
【外２】
0003912816.tif 000003
ここで、
Ｗ    ：  クロックの周期
である。
【００２４】
また、本実施形態ではステージの座標を補間する機能をレーザ制御系１０３に持たせているが、ステージ駆動制御系１０１に持たせてもよい。
【００２５】
式（１）により、ウエハステージ１３が加速・定速・減速・停止するまでの間の補間計算を行った例の概念図を図４に示す。
【００２６】
図４において白丸で示されているステージ駆動制御系１０１の測定位置は、実際の間隔よりもまばらに表現している。太い点線は実際のウエハステージの動きであり、細い実線は式（１）によって求められたステージ位置を表している。区間Ａ、区間Ｃは、それぞれステージの加速、減速を行っている時間であり、多項式による曲線補間を行っている。区間Ｂはステージが一定速度で駆動されている区間であり、直線補間が行われている。ステージが一定速度で駆動されている区間Ｂにおいて多項式近似による補間を行うと、駆動プロファイル生成時の量子化誤差が存在する場合や、振動等による影響でステージ駆動制御系１０１の計測値に誤差が生じた場合に、補間しようとする区間においてこれらの誤差が拡大されるので好ましくない。
【００２７】
ところで、エキシマレーザ等のパルスレーザ光源には、発光毎の強度ばらつきが存在するため、いかに正確な露光位置で露光を行ったとしても、パルス光の強度ばらつきにより露光むらが生ずるといった問題がある。そこで、以下にパルスレーザ光源の発光強度ばらつきによる露光むらの補正方法についての説明をする。
【００２８】
図５は、レチクル９に照射されるパルス光（露光光）の強度プロファイルを表した図である。マスキングブレード６をレチクル９との共役位置からわずかにはずすことにより、露光光は台形状の強度プロファイルとなる。ここで、最高強度をｉ０、半影になった部分（斜辺）の幅をｒ、最高強度の部分（上底）までの幅をｗとする。また、任意のＸ座標においてＹ軸に関して積分した値を強度値と定義するならば、図６の説明での直感的な理解を助けるため、ｗ＜Ｘ＜ｒ＋ｗの区間は、図５の網掛け部分のようにプロファイルを変形しても等価として扱える。
【００２９】
図６は、走査露光を行った場合のウエハ１２上の積算露光量を見積もるための概念図である。図６における任意のＸ座標においてＹ軸に関して積分した値を積算露光量と定義する。Ｉｎ−３〜Ｉｎ＋２は、パルスレーザ光源１の各発光時に露光された露光量であり、図５における強度プロファイルそのものに対応する。
【００３０】
ここで、ｎ番目の発光位置をδずらし、座標Ｘｎで露光を行った場合、積算露光量は図７のようになる。すなわち、積算露光量はｉ０δ／ｒだけ、図７に示したようなプロファイルで減少する。図９は、図８に示すように（ｎ−１）番目の露光光における発光強度がΔＩｎ−１だけ大きかった場合に、
【００３１】
【外３】
0003912816.tif 000004
となるように、発光位置をδだけＸ軸の正方向にずらして発光させた場合のウエハ上の積算露光量を表す図である。予期した値よりも大きな強度で発光がなされた時（図９における区間ａ）、次回の発光位置を後ろにずらす（発光タイミングを遅らせる）ことにより、Ｉｎが積算される位置までは積算露光量は減少し（区間ｂ）、区間ｃにおいて目標積算露光量となる。その後、Ｉｎ−１のプロファイルの右方の裾野部分（半影部分）にさしかかると、積算露光量はさらに減少し（区間ｄ）、Ｉｎを後ろにずらした分の最高強度の部分にさしかかると、再び目標積算露光量に向かって回復する（区間ｅ）。なお、予期した値よりも小さな強度で発光がなされた場合は、式（３）にしたがって、次回の発光位置を前にずらせば（発光タイミングを早めれば）よい。この式（３）に相当する演算を目標位置演算装置２０２は行っており、次回発光位置を決定する。
【００３２】
ここで示した例は、便宜上、１ショットに必要とされる目標積算露光量が２パルス前後で達成できるような説明になっているが、実際には２０〜５０パルス程度の露光光の積算が必要であると考えられるので、ｉ０は目標積算露光量に対して相対的に小さくなり、したがって、積算露光量むらは図９に示した形状よりも更に平坦になる。
【００３３】
次に図２に示した実施形態とは異なり、放電電圧演算装置２０４において次回の目標露光量に基づいて指定放電電圧を演算する方法について説明する。
【００３４】
次回発光用の指定放電電圧は、式（４）に示すように前回の発光履歴の、もしくは式（５）に示すように以前の複数の発光履歴のパルス光強度、指定放電電圧の関係から決定される。
【００３５】
【外４】
0003912816.tif 000005
ここで、Ｖｉはｉ番目に供給されるパルス光の指定放電電圧、Ｖ０は基準指定放電電圧、Ｅｉ−１は露光量検出器により計測されたｉ−１番目の露光量、Ｔｉ−１はｉ−１番目の目標露光量、Ｐｉはｉ番目までの目標積算露光量である。
【００３６】
本実施形態では、発光強度ばらつきによる露光むらの補正方法として、次回発光位置を変動させる（発光タイミングを制御する）方法を行っているが、式（４）または式（５）で演算されるような指定放電電圧を制御する方法を行ってもよい。また、一方の方法のみで露光むらを十分に補正できない場合等は、両方の方法を併用することも可能である。
【００３７】
また、本実施形態では光源をパルスレーザ光源として説明したが、パルス光を供給する光源であればレーザでなくとも本発明は実現できる。
【００３８】
ステージ駆動制御系１０１では、演算されたステージ現在位置をもとにレチクルステージ１０とウエハステージ１３の逐次目標位置も演算しているが、このステージ位置の逐次目標位置を補間演算した値と、次回発光位置が一致した時に発光をさせるよう構成しても同様の効果が期待できる。
【００３９】
このように、離散的にレチクルステージやウエハステージの所定位置座標、すなわちレチクルやウエハの所定位置座標を測定する走査型露光装置においても、測定値間を補間する手段を有することによって、正確な位置で均一に露光を行うことができる。
【００４０】
（実施形態２）
次に、本発明の走査型露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。
【００４１】
図１０は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１１（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１２（マスク制作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル９）を制作する。一方、ステップ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（ウエハ１２）を製造する。ステップ１４（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とを用いて、リソグラフィー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１５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１４によって作成されたウエハを用いて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１６（検査）ではステップ１５で作成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、これが出荷（ステップ１７）される。
【００４２】
図１１は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ２１（酸化）ではウエハ（ウエハ１２）の表面を酸化させる。ステップ２２（ＣＶＤ）ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ２３（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２４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ２５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ２６（露光）では上記走査型露光装置によってマスク（レチクル１０９）の回路パターンの像でウエハを露光する。ステップ２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ２８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ２９（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。これらステップを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パターンが形成される。
【００４３】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することが可能になる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、均一に露光を行うことができる露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す走査型露光装置の概略図である。
【図２】レーザ制御系１０３内部の構成を示す図である。
【図３】ステージの加減速プロファイルを示す図である。
【図４】ウエハステージが加速・定速・減速・停止するまでの間のステージ位置の補間計算を行った例の概念図である。
【図５】レチクルに照射される露光光の強度プロファイルを表す図である。
【図６】走査露光を行った場合のウエハ上の積算露光量を見積もるための概念図である。
【図７】発光強度ばらつきがない場合に、ｎ番目の露光光の発光位置をδだけずらした場合の積算露光量を表す図である。
【図８】光源強度ばらつきが起こった場合に、発光位置をδだけＸ軸の正方向にずらして積算露光量の補正を行うことを説明するための図である。
【図９】光源強度ばらつきが起こった場合に、発光位置をδだけＸ軸の正方向にずらして積算露光量の補正を行った後の積算露光量を表す図である。
【図１０】半導体デバイスの製造フローを示す図である。
【図１１】図１０のウエハプロセスを示す図である。
【符号の説明】
１  パルスレーザ光源
２  ビーム整形光学系
３  オプティカルインテグレータ
６  マスキングブレード
７  結像レンズ
９  レチクル
１０  レチクルステージ
１１  投影レンズ
１２  ウエハ
１３  ウエハステージ
１０１  ステージ駆動制御系
１０２  露光量演算器
１０３  レーザ制御系
１０４  主制御系
２０２  目標位置演算装置
２０３  放電電圧演算装置
２０９  比較器
【図１】
0003912816.tif 000006
【図２】
0003912816.tif 000007
【図３】
0003912816.tif 000008
【図４】
0003912816.tif 000009
【図５】
0003912816.tif 000010
【図６】
0003912816.tif 000011
【図７】
0003912816.tif 000012
【図８】
0003912816.tif 000013
【図９】
0003912816.tif 000014
【図１０】
0003912816.tif 000015
【図１１】
0003912816.tif 000016