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露光装置およびディバイス製造方法 - キヤノン株式会社
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発明の名称 露光装置およびディバイス製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−38639
公開日 平成11年(1999)2月12日
出願番号 特願平9−205273
出願日 平成9年(1997)7月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】阪本 善朗
発明者 矢吹 晃
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 被露光体を露光位置に保持する被露光体保持手段と、原版を含む投影光学系を経て前記被露光体を露光するための露光光を制御する照明系と、該照明系の遮光手段が閉じた状態で前記被露光体が前記露光位置に保持される時間の長さを検出する計測手段を有し、前記被露光体保持手段が、前記計測手段の出力に基づいて前記被露光体を移動させるように構成されていることを特徴とする露光装置。
【請求項2】 被露光体保持手段が、計測手段の出力に基づいて被露光体を投影光学系の光軸に垂直に露光位置から退避させるように構成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】 被露光体保持手段が、計測手段の出力に基づいて被露光体を投影光学系の光軸方向に露光位置から退避させるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の露光装置。
【請求項4】 被露光体を露光位置に保持する被露光体保持手段と、原版を含む投影光学系を経て前記被露光体を露光するための露光光を制御する照明系と、該照明系の遮光手段が閉じた状態で前記被露光体が前記露光位置に保持される時間の長さを検出する計測手段を有し、前記照明系が、前記計測手段の出力に基づいて前記露光光の光量を低減するように構成されていることを特徴とする露光装置。
【請求項5】 照明系が、計測手段の出力に基づいて第2の遮光手段によって露光光の光路を遮断するように構成されていることを特徴とする請求項4記載の露光装置。
【請求項6】 照明系が、計測手段の出力に基づいてマスキングブレードを駆動し、原版上の露光光の照射領域を縮小するとともに照射位置を投影光学系の光軸から遠ざけるように構成されていることを特徴とする請求項4または5記載の露光装置。
【請求項7】 照明系が、計測手段の出力に基づいてσ絞りを駆動するように構成されていることを特徴とする請求項4ないし6いずれか1項記載の露光装置。
【請求項8】 投影光学系が、計測手段の出力に基づいてNA絞りを駆動するように構成されていることを特徴とする請求項4ないし7いずれか1項記載の露光装置。
【請求項9】 照明系が、計測手段の出力に基づいて光源の投入電力を低減するように構成されていることを特徴とする請求項4ないし8いずれか1項記載の露光装置。
【請求項10】 被露光体保持手段が、計測手段の出力に基づいて被露光体を移動させるように構成されていることを特徴とする請求項4ないし9いずれか1項記載の露光装置。
【請求項11】 請求項1ないし10いずれか1項記載の露光装置によって基板を露光する工程を有するディバイス製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高精細化された半導体ディバイス等を製造するための露光装置およびディバイス製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体ディバイス等の製造においては、一般的に、レチクル等原版のパターンを縮小投影レンズによって縮小してウエハ等基板に投影する縮小投影露光装置(以下、「ステッパ」という。)が用いられる。これは、ウエハを載せたXYステージをステップ移動させる工程と露光工程を交互に繰り返すことで、レチクル等のパターン数十個分を一枚のウエハに転写、焼き付けするものである。
【0003】近年では、ステッパの生産性を向上させるために、露光光の光路に配設されるシャッタの開閉速度等を速くして、露光サイクルタイムを短縮する努力がなされている。また、露光を高速化するために、ウエハ等に塗布するレジストの高感度化も急速に進められている。
【0004】なお、シャッタの開閉速度を速くするためには、シャッタの寸法を小さくする必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来の技術によれば、シャッタの高速化を促進するためにシャッタを小型化すると、シャッタを閉じているときでもその周縁から露光光が洩れるのを回避するのが難しい。このようにシャッタの周縁から洩れる露光光(洩れ光)が微小量であっても、近年では前述のようにウエハ等のレジストが高感度化されているため、洩れ光による不必要な露光が問題となる。すなわち、予め設定された露光時間以外の時に不必要に露光されるいわゆる多重露光のおそれがある。
【0006】特に、ステッパの駆動中にアライメントマーク等の異常や装置側のトラブル等によって露光サイクルが中断し、洩れ光による露光時間が長びくと、単位時間当たりの露光量が、例えば、正規の露光量の数十万分の一程度の微小量であっても、露光装置から製品として取り出されるウエハが不良品となってしまう。
【0007】露光装置の製品であるウエハに不良品があれば、それ自体が露光装置の生産性を低下させる原因となるばかりでなく、露光装置から取り出されるウエハのなかから不良品を摘出する作業にも、膨大な時間と労力を費やすこととなり、このために半導体ディバイス等の高価格化を招く結果となる。
【0008】本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、露光を中断したときの洩れ光に起因する多重露光を回避して、半導体ディバイス等の生産性を大幅に向上できる露光装置およびディバイス製造方法を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために本発明の露光装置は、被露光体を露光位置に保持する被露光体保持手段と、原版を含む投影光学系を経て前記被露光体を露光するための露光光を制御する照明系と、該照明系の遮光手段が閉じた状態で前記被露光体が前記露光位置に保持される時間の長さを検出する計測手段を有し、前記被露光体保持手段が、前記計測手段の出力に基づいて前記被露光体を移動させるように構成されていることを特徴とする。
【0010】被露光体保持手段が、計測手段の出力に基づいて被露光体を投影光学系の光軸に垂直に露光位置から退避させるように構成されているとよい。
【0011】被露光体保持手段が、計測手段の出力に基づいて被露光体を投影光学系の光軸方向に露光位置から退避させるように構成されていてもよい。
【0012】また、被露光体を露光位置に保持する被露光体保持手段と、原版を含む投影光学系を経て前記被露光体を露光するための露光光を制御する照明系と、該照明系の遮光手段が閉じた状態で前記被露光体が前記露光位置に保持される時間の長さを検出する計測手段を有し、前記照明系が、前記計測手段の出力に基づいて前記露光光の光量を低減するように構成されていることを特徴とする露光装置でもよい。
【0013】照明系が、計測手段の出力に基づいて第2の遮光手段によって露光光の光路を遮断するように構成されているとよい。
【0014】照明系が、計測手段の出力に基づいてマスキングブレードを駆動し、原版上の露光光の照射領域を縮小するとともに照射位置を投影光学系の光軸から遠ざけるように構成されているとよい。
【0015】照明系が、計測手段の出力に基づいてσ絞りを駆動するように構成されているとよい。
【0016】投影光学系が、計測手段の出力に基づいてNA絞りを駆動するように構成されているとよい。
【0017】照明系が、計測手段の出力に基づいて光源の投入電力を低減するように構成されているとよい。
【0018】
【作用】ウエハ等の被露光体をステップ移動させる間は照明系の遮光手段が閉じているが、遮光手段の周囲から微小量の露光光が洩れている。トラブルが発生して露光が中断し、遮光手段が閉じた状態が長く続くと、洩れ光によって被露光体が不必要に露光され、多重露光が問題となる。そこで、遮光手段が閉じた状態で被露光体が露光位置にある時間を計測し、予め設定された時間を越えたときに被露光体保持手段を駆動して、自動的に被露光体を露光位置から退避させるように構成する。
【0019】このようにして洩れ光による多重露光を防ぎ、露光装置の生産性を向上させる。
【0020】計測手段の出力に基づいて被露光体保持手段を駆動する替わりに、照明系の第2の遮光手段やマスキングブレードあるいはσ絞り等を駆動して露光光の光量を低減してもよい。
【0021】また、計測手段の出力に基づいて被露光体保持手段を駆動して被露光体を露光位置から退避させ、これと併用して、照明系の第2の遮光手段やマスキングブレードあるいはσ絞り等を駆動して露光光の光量を低減すれば、より一層確実に多重露光を回避できる。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0023】図1は一実施の形態による露光装置Eを示すもので、これは、光源である水銀ランプ11の供給電力を制御する点灯装置11a、水銀ランプ11から発生した露光光を集光する楕円鏡12、露光光の透過、遮光を行なう第1の遮光手段であるシャッタ13および第2の遮光手段であるシャッタ14、これらを含む照明系10の開口数と後述する投影光学系20の開口数の比σ値を変化させるためのσ絞り15、露光量の積算値の計測などを行なう積算露光計16、ハーフミラー17、被露光体(基板)であるウエハWの各ショットに転写するパターンを有する原版であるレチクルR上の任意の場所で照明範囲(照明領域と照射位置)を区切るためのマスキングブレード18、ミラー19、レチクルRを載せるレチクルステージ21、レチクルR上のパターンをウエハWに縮小投影する縮小投影レンズ22、レチクルR1 や縮小投影レンズ22からなる投影光学系20の開口数を変化させるNA絞り23、ウエハWを搭載し、光軸方向の移動を行なうθZチルトステージ24や、ウエハWをXY方向に移動させるXYステージ25からなる被露光体保持手段であるウエハステージ、およびXYステージ位置を計測するレーザ干渉計26等によって構成される。
【0024】装置の制御系30は、照明系10と投影光学系20の各ユニットをそれぞれ制御する副制御系31a,31bと、システム全体を制御する主制御系32と、ディスプレイ装置やプリンタ装置などの出力装置、キーボード装置などの入力装置およびディスク装置などの記憶装置を備えたコンソール33を有する。
【0025】ウエハステージは、θZチルトステージ24やXYステージ25を駆動してウエハWの各ショットを投影光学系20の合焦位置すなわち露光位置に位置決めする。ウエハステージを制御する副制御系31bは、ウエハWが露光位置に位置している時間を計測するための計測手段を有し、該計測手段の出力は主制御系32に導入される。
【0026】主制御系32は、シャッタ13が閉じているときの計測手段の出力から、ウエハWが露光位置に位置している時間が所定の長さを越えたときに、θZチルトステージ24やXYステージ25、水銀ランプ11の投入電力、第2の遮光手段であるシャッタ14、マスキングブレード18、σ絞り15、NA絞り23等を制御することで、ウエハWを露光位置から退避させたり、ウエハWに到達する露光光の光量を低減する等の多重露光防止の動作を行なうシステムを備えている。
【0027】次に、露光装置Eにおいて、第1のシャッタ13を閉じているときの洩れ光による多重露光を防止するためのシステムを図2のフローチャートに基づいて説明する。
【0028】露光装置Eが稼働しているすべての時間中、XYステージ25の現在位置をレーザ干渉計26によって計測し(ステップS1)、XYステージ25の位置データを副制御系31bから主制御系32へ転送する。主制御系32はXYステージ25の位置データに基づき、ウエハWが露光範囲内に位置しているか否かを判定する(ステップS2)。次に、主制御系32はウエハWが露光範囲内に位置していると判定した場合、XYステージ25の移動が停止しているか否かを判定する(ステップS3)。さらに、XYステージ25の移動が停止していると判定した場合は(ステップS4)、その時間を計測し、予めオペレータがコンソール33の入力装置から入力した設定時間とXYステージ移動停止時間を比較する(ステップS5)。
【0029】アライメントマークの異常等のトラブルによって露光サイクルが中断し、XYステージ25の移動停止時間が設定時間より長くなったときは、以下の多重露光防止動作を行なう。まず、XYステージ25を移動させ、ウエハWを露光位置の範囲外へ水平方向(投影光学系の光軸に垂直)に退避させる(ステップS6)。次に、第2のシャッタ14を閉じる(ステップS7)。第2のシャッタ14は、多重露光防止を目的としたシャッタであり、第1のシャッタのような高速開閉性能は必要としないが、高い遮光能力を持つことが必要である。さらに、マスキングブレード18を駆動させ、レチクル20上の照明範囲を最小にし、かつ、照明位置をレンズ光軸から最も遠くする(ステップS8)。続いて、σを最小にするためσ絞り15を最小に絞る(ステップS9)。次に、投影光学系20の開口数を最小にするためNA絞り23を最小に絞る(ステップS10)。さらに、θZチルトステージ24を用いて、非焦点位置までウエハWを光軸方向に移動(退避)させる(ステップS11)。次に、点灯装置11aを用いて、水銀ランプ11への投入電力を減少させる(ステップS12)。
【0030】続いて、コンソール33の出力装置であるディスプレイには、上述の多重露光防止動作が完了したことを示すメッセージを表示させる(ステップS13)。オペレータが、ウエハWが露光位置に一定時間放置されたことに対応する操作をコンソール33の入力装置を用いて行なった場合は(ステップS14)、上記の多重露光防止動作および位置保持を解除し、装置を通常動作可能な状態に復帰させる(ステップS15)。
【0031】図2のフローチャートにおいては、洩れ光による多重露光に対する防止方法を考えているので、第1のシャッタ13は遮光動作状態であることを想定している。しかし、装置に何らかの異常が発生した場合は、第1のシャッタ13が開放されたままになることも考えられる。これによって、多重露光が発生する可能性もある。この対策も考慮する場合は、図2のフローチャート中の多重露光防止動作の直前に次の処理を行なえばよい。
【0032】まず、積算露光計16の出力値により、第1のシャッタ13の開閉状態を判定する。その結果、第1のシャッタ13が開放されていると判定された場合は、即座に第1のシャッタ13を閉じた後に洩れ光による多重露光防止動作に移ればよい。
【0033】また、図2のフローチャートにおいては、ウエハWが露光位置に位置している時間の長さにより多重露光防止動作を実行したが、多重露光防止動作を実行する時期は、これに限定せず、1ロッド終了時や、1ウエハの露光終了時から次ウエハへの露光開始時までの間などでも行なうように設定しておいてもよい。
【0034】次に上記説明した露光装置を利用したディバイス製造方法の実施例を説明する。図3は半導体ディバイス(ICやLSI等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやCCD等)の製造フローを示す。ステップ1(回路設計)では半導体ディ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原版であるマスクを製作する。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。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ィ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ィバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0035】図4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が形成される。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ィバイスを製造することができる。
【0036】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【0037】露光を中断したときの洩れ光等に起因する多重露光を回避して、露光装置の生産性を大幅に向上できる。これによって、半導体ディバイス等の低価格化に大きく貢献できる。




 

 


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