JP2003007607A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オートフォーカスセンサを多数配置すること
による露光装置のコストの上昇を防止する。また、セン
サの誤計測で生じた急激な補正量の変動によってステー
ジの追従精度が悪化するのを防止する。 【解決手段】 基板１０７上の露光領域についての位置
合せマークの検出およびオートフォーカス計測の結果に
基づいて基板の位置合せおよび高さ調整を行うととも
に、原板１０３と基板を投影光学系１０６に対して走査
移動させながら原板のパターンを基板上に投影すること
により走査露光を行う露光装置において、前記位置合せ
マークの検出のための基板の移動によってオートフォー
カス計測が可能な位置に位置するような位置にオートフ
ォーカス計測用のセンサ１１５を設ける。また、オート
フォーカス計測による計測値のうち、所定の許容範囲を
外れているものは使用せずに前記基板の高さ調整を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、設計パターンを基
板上のレジストに露光して半導体デバイス等を製造する
ために用いられる露光装置およびそれを用い得るデバイ
ス製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体素子、液晶表示素子、撮
像素子などをフォトリソグラフィ工程で製造する際に
は、レチクルまたはマスクと呼ばれる原板のパターン
を、感光剤が塗布されたウェハまたはガラスプレートと
呼ばれる基板上に転写する投影露光装置が使用される。
そして従来、このような露光装置においては、基板の各
ショット領域を、投影光学系の結像面に合せ込むための
オートフォーカス機構やオートレベリング機構が設けら
れている。

【０００３】その一例として、特開平１０−０９７９８
７号公報に記載されているものを図５に示す。この従来
例では、同図に示すように、露光領域５０３を覆うよう
に配置された複数のオートフォーカスセンサ５０２を用
い、露光スリット５０１の前の露光助走開始位置におい
て、投影光学系の光軸方向に対する基板の高さをあらか
じめ計測し、この計測結果に基づいて基板面位置を調整
するようにしており、これにより露光におけるスループ
ットの低下がないようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、投影光学系の光軸方向に対する基板の高さを
計測するためのオートフォーカスセンサを、露光領域全
体を覆うように多数配置する必要があるため、露光装置
のコストが高くなるという問題がある。また、走査露光
時に基板の高さを制御する際に、センサの誤計測で生じ
た急激な補正量の変動により、ステージの追従精度が悪
化してしまうという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、このような従来技術の課
題に鑑み、露光装置およびこれを用い得るデバイス製造
方法において、オートフォーカスセンサを多数配置する
ことによる露光装置のコストの上昇を防止することにあ
る。また、センサの誤計測で生じた急激な補正量の変動
によってステージの追従精度が悪化するのを防止するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の露光装置は、基板上の露光領域につ
いての位置合せマークの検出およびオートフォーカス計
測の結果に基づいて前記基板の位置合せおよび高さ調整
を行うとともに原板と前記基板を投影光学系に対して走
査移動させながら前記原板のパターンを前記基板上に投
影することにより走査露光を行う露光装置において、前
記位置合せマークの検出のための前記基板の移動によっ
て前記オートフォーカス計測が可能な位置に位置するよ
うな位置にオートフォーカス計測用のセンサを具備する
ことを特徴とする。

【０００７】第２の露光装置は、第１の露光装置におい
て、前記投影光学系を経た露光光の光束を整形するスリ
ットを備え、前記位置合せマークの検出は前記投影光学
系および前記スリットを経て行われ、前記センサは前記
スリットの近傍に設けられていることを特徴とする。

【０００８】第３の露光装置は、第１または第２の露光
装置において、前記オートフォーカス計測による計測値
のうち、所定の許容範囲を外れているものは使用せずに
前記基板の高さ調整を行うことを特徴とする。

【０００９】第４の露光装置は、第１〜第３のいずれか
の露光装置において、前記オートフォーカス計測による
計測値に基づいて前記露光領域の面形状を算出する面形
状算出手段を有することを特徴とする。

【００１０】そして第５の露光装置は、第４の露光装置
において、前記面形状算出手段は、前記オートフォーカ
ス計測による計測値のうち、他の計測値に応じて定めら
れる所定の許容範囲を外れているものを無視して前記面
形状の算出を行うものであることを特徴とする。

【００１１】また本発明のデバイス製造方法は、第１〜
第５のいずれかの露光装置を用い、基板上の露光領域に
ついて、それに付随する位置合せマークの検出を行う際
の前記基板の移動時に、その移動に際して順次位置する
必要な各計測位置においてオートフォーカス計測を行う
工程と、前記検出および計測の結果に基づいて、前記露
光装置により前記基板に対して走査露光を施す工程とを
具備することを特徴とする。

【００１２】これら本発明の構成において、オートフォ
ーカス計測用のセンサを、位置合せマーク検出時の基板
の移動によってオートフォーカス計測が可能な位置に位
置するような位置に配置してあるため、位置合せマーク
の検出時には、オートフォーカス計測用のセンサも必要
な各計測位置に順次位置し、これによりオートフォーカ
ス計測が並行して行われる。そして、露光処理のスルー
プットを低下させることなく、あらかじめ露光領域の面
形状を算出し、この算出結果に基づいて露光時には基板
の高さ調整すなわち基板のローリング方向、ピッチング
方向およびＺ方向の補正駆動が行われる。したがって、
露光領域を覆うように配置した複数のセンサによりオー
トフォーカス計測を行っていた従来に比べ、少ないセン
サによって露光装置のユニットが構成されるので、装置
のコストが低減することになる。また、オートフォーカ
ス計測による計測値のうち、所定の許容範囲を外れてい
るものは使用せずに基板の高さ調整を行うことにより、
走査露光時の急激なステージ制御が未然に防止され、ス
テージ動作の追従精度を悪化させることもない。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る露光装置の構
成を示す。同図において、１０７は液晶表示板を製造す
るためのトランジスタなどのパターンが通常のフォトリ
ソグラフィの手段で形成されるガラス基板、１０３は基
板１０７に転写する液晶パネル画素パターンが形成され
ているマスク、１０４はマスク１０３を搭載してＸＹθ
方向に移動可能で、Ｙ方向には走査移動を行う機能を有
するマスクステージである。１０６は凸面鏡や凹面鏡を
組み合わせて構成される周知のミラー投影光学系であ
り、マスクステージ１０４によって所定位置に位置決め
されたマスク１０３のパターン像を基板１０７上に等倍
投影する。１０８は基板１０７を保持してＸＹＺθ方向
に移動可能な基板ステージであり、Ｙ方向には走査移動
を行う機能を有し、走査露光に際しては、投影光学系１
０６の光軸方向に対する基板１０７の高さを、ピッチン
グ、ローリングおよびＺ方向に補正しながら走査移動を
行う。

【００１４】１１５は投影光学系１０６の光軸方向に対
する基板１０７の高さを計測するためのオートフォーカ
スセンサであり、露光前に露光領域におけるオートフォ
ーカス計測を行う。１０１は特定の波長の光で露光位置
にあるマスク１０３を照明する照明光学系であり、マス
ク１０３上の液晶パネル画素パターンを基板１０７上の
感光層に露光することによって基板１０７に転写するの
を可能とするためのものである。１０５は基板ステージ
１０８とマスクステージ１０４を搭載している本体構造
体、１１１および１１２はそれぞれ各ステージ１０４お
よび１０８を図の紙面に対して平行なＹ方向に移動させ
るためのモータ、１０９および１１０は各ステージ１０
４および１０８すなわちマスク１０３および基板１０７
の位置をモニタするための計測機例えばレーザ干渉計で
ある。

【００１５】１１３は、走査露光時にレーザ干渉計１０
９および１１０からのステージ位置情報に基づいてモー
タ１１１および１１２への駆動量を制御することによ
り、ステージ１０４および１０８をお互いに同期させて
移動させる制御回路である。この制御の方式としては例
えば、モータ１１１を一定電圧で駆動してマスクステー
ジ１０４を定速走行させ、レーザ干渉計１０９および１
１０で計測される各ステージ１０４および１０８の位置
に応じた駆動量をモータ１１２に供給して基板ステージ
１０８を移動させる方式が使える。１０２はマスク１０
３および、基板１０７に描画されている位置合せマーク
を、ＣＣＤカメラを介して撮像する観察光学系である。
１１４は観察光学系１０２の処理装置であり、撮像され
た位置合せマークより、マスク１０３と基板１０７のず
れ量を算出するものである。算出されたずれ量は制御回
路１１３に送られ、それに基づきモータ１１２への駆動
量を制御し、基板ステージ１０８を補正駆動するのに供
される。

【００１６】図２は基板１０７部分を示しており、本発
明の原理を簡潔に示すものである。同図において、２０
２はマスクパターンを形成するためのガラス基板１０７
上における、マスクパターンと１対１の大きさを有する
露光領域、２０５は走査露光の際にマスクパターンを基
板１０７に転写するための露光光を円弧状に整形する円
弧状のスリット、２０３は、基板１０７の位置合せを行
う際に、スリット２０５を通して撮像される位置合せマ
ークである。投影光学系１０６の光軸方向に対する基板
１０７の高さを計測するためのオートフォーカスセンサ
１１５は、スリット２０５の構造体と一体となって、ス
リット２０５の前後に構成されている。基板１０７の位
置合せ処理において、位置合せマーク２０３を観察する
ために露光領域２０２を覆うようにステージ１０８を駆
動する際に、オートフォーカスセンサ１１５を用いて基
板１０７の高さを計測することにより、露光領域２０２
全体について高さのサンプリングデータを取得し、該デ
ータより露光領域２０２の面形状を算出する。

【００１７】図３は、この露光装置の動作シーケンスを
示すフローチャートであり、図４はこのシーケンスを説
明するための補足図である。シーケンスを開始すると、
まずステップ３０１の位置合せ処理において、スリット
２０５を通し、位置合せマーク２０３ａ〜２０３ｃそれ
ぞれを撮像するためにステージ１０８を移動させ、位置
合せおよび計測を行う。また、この位置合せ処理を行う
際に、基板ステージ１０８の駆動動作と並行して、ステ
ップ３０５において基板１０７の高さ計測をオートフォ
ーカスセンサ１１５を用いて行う。図４のようにオート
フォーカスセンサ１１５をスリット２０５の前後に配置
してあるため、ステージ１０８による位置合せ処理が終
了した段階で、露光領域２０２の全体についての基板１
０７の高さの計測も終了することができる。図４中の４
０２は、ステップ３０１の位置合せ処理と並行してステ
ップ３０５の基板高さ計測処理を行う際に計測される基
板１０７の高さのサンプリングデータを、走査方向に時
間軸をとって、サンプリング位置に対応するように重ね
て示したものである。該サンプリングデータの数につい
ては任意に設定が可能である。

【００１８】次に、ステップ３０４の面形状算出処理に
おいて、先ほどのサンプリングデータ４０２に基づき、
露光領域２０２の面形状を算出する。算出の方法として
は、サンプリングデータの全てを使用し、最小２乗近似
により露光領域２０２全体の近似平面式を算出する方法
や、露光領域２０２全体をスリット２０５の縦幅の領域
で複数に分割し、それぞれに該当するサンプリングデー
タに基づき、最小２乗近似によって平面式を複数個算出
する方法がある。

【００１９】この面形状算出処理の終了後、ステップ３
０２において、プレートステージ１０８およびマスクス
テージ１０４を走査移動させ、走査露光処理を行う。こ
の走査露光処理を行う際に、基板高さ補正処理におい
て、ローリング方向、ピッチング方向およびＺ方向のオ
ートフォーカス補正を行う。

【００２０】なお、本発明は、上述実施例に限定される
ことなく適宜変形して実施することができる。たとえ
ば、上述においては投影光学系１０６としてミラー投影
光学系を用いているが、この代わりに、レンズ投影光学
系を用いてもよい。また、上述においては、投影光学系
１０６の光軸方向について基板１０７の高さを計測する
オートフォーカスセンサ１１５を合計６個配置している
が、これに限らず、任意の数のオートフォーカスセンサ
で同等の計測を行うことも可能である。

【００２１】また、露光領域２０２における面形状を複
数算出し、リアルタイムにステージ１０８のオートフォ
ーカス制御を行う際に、計測したサンプリングデータに
対する許容値をあらかじめ設定しておき、許容値を越え
た計測値を無視して、面形状を算出することによって、
急激なステージ駆動が要因となる追従精度の悪化を低減
させるようにしてもよい。無視するサンプリングデータ
を選択する方法としては、他に、全サンプリングデータ
の３Σを算出し、３Σを越えるデータを除外する方法も
ある。

【００２２】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した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）ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ
２（マスク製作）では設計した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
リコンやガラス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
れが出荷（ステップ７）される。

【００２３】図７は上記ウエハプロセス（ステップ４）
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）ではウエハにレジス
トを塗布する。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の複数
のショット領域に並べて焼付露光する。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。

【００２４】本実施例の生産方法を用いれば、より簡便
な構成の露光装置により、より精確にデバイスを製造す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、位
置合せマークの検出時の基板移動によってオートフォー
カス計測が可能な位置に位置するような位置にオートフ
ォーカス計測用のセンサを設けたため、オートフォーカ
ス計測を位置合せマークの検出と並行して行うことによ
り、スループットを低下させることなく、かつ従来のよ
うに多くのオートフォーカスセンサを必要とすることな
く、露光処理を行うことができる。したがって、露光装
置のコストを抑えることができる。

【００２６】さらに、オートフォーカス計測による計測
値のうち、所定の許容範囲を外れているものは使用しな
いようにしたため、センサの誤計測で生じた急激な補正
量の変動を防止することができる。したがって基板ステ
ージの追従精度の悪化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る露光装置の構成を示
す図である。

【図２】 図１の装置における基板部分を示す図であ
る。

【図３】 図１の露光装置の動作シーケンスを示すフロ
ーチャートである。

【図４】 図３のシーケンスを説明するための補足図で
ある。

【図５】 従来例に係る露光装置の要部を示す図であ
る。

【図６】 本発明の露光装置を利用できるデバイス製造
方法を示すフローチャートである。

【図７】 図６中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】

１０１：照明光学系、１０２：観察光学系、１０３：マ
スク、１０４：マスクステージ、１０５：本体構造体、
１０６：ミラー投影光学系、１０７：基板、１０８：基
板ステージ、１０９：レーザ干渉計、１１０：レーザ干
渉計、１１１：モータ、１１２：モータ、１１３：制御
回路、１１４：観察光学系処理装置、１１５：オートフ
ォーカスセンサ、２０２：露光領域、２０３，２０３ａ
〜２０３ｃ：位置合せマーク、２０５：スリット、４０
２：基板高さサンプリングデータ、５０１：スリット、
５０２：オートフォーカスセンサ、５０３：露光領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｍ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の露光領域についての位置合せマ
   ークの検出およびオートフォーカス計測の結果に基づい
   て前記基板の位置合せおよび高さ調整を行うとともに原
   板と前記基板を投影光学系に対して走査移動させながら
   前記原板のパターンを前記基板上に投影することにより
   走査露光を行う露光装置において、前記位置合せマーク
   の検出のための前記基板の移動によって前記オートフォ
   ーカス計測が可能な位置に位置するような位置にオート
   フォーカス計測用のセンサを具備することを特徴とする
   露光装置。
2. 【請求項２】 前記投影光学系を経た露光光の光束を整
   形するスリットを備え、前記位置合せマークの検出は前
   記投影光学系および前記スリットを経て行われ、前記セ
   ンサは前記スリットの近傍に設けられていることを特徴
   とする請求項１に記載の露光装置。
3. 【請求項３】 前記オートフォーカス計測による計測値
   のうち、所定の許容範囲を外れているものは使用せずに
   前記基板の高さ調整を行うことを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の露光装置。
4. 【請求項４】 前記オートフォーカス計測による計測値
   に基づいて前記露光領域の面形状を算出する面形状算出
   手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の露光装置。
5. 【請求項５】 前記面形状算出手段は、前記オートフォ
   ーカス計測による計測値のうち、他の計測値に応じて定
   められる所定の許容範囲を外れているものを無視して前
   記面形状の算出を行うものであることを特徴とする請求
   項４に記載の露光装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかの露光装置を用
   い、基板上の露光領域について、それに付随する位置合
   せマークの検出を行う際の前記基板の移動時に、その移
   動に際して順次位置する必要な各計測位置においてオー
   トフォーカス計測を行う工程と、前記検出および計測の
   結果に基づいて、前記露光装置により前記基板に対して
   走査露光を施す工程とを具備することを特徴とするデバ
   イス製造方法。