JP2005116965A - 露光装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３眼以上のオフアクシスアライメントスコープによる領域の面形状を計測可能とし、耐高精細化、生産性向上、装置のコスト低減を実現する。
【解決手段】感光基板を搭載して移動する基板ステージ７と、３眼以上のアライメントスコープ６とをそなえる。そして、アライメントスコープ６を用いて、基板ステージ７上の感光基板５の露光領域に対するアライメント計測と、該露光領域の面形状計測とを実行する。基板ステージ７上の感光基板５を走査移動させながら、投影光学系４によりマスク３上のパターンを該感光基板の露光領域上へ転写するに際して、アライメント計測の結果に基づいて走査露光時の面方向位置が制御されると共に、面形状計測の結果に基づいて走査露光時における投影光学系４の光軸方向の位置が制御される。
【選択図】 図１

Description

本発明はマスク上のパターン像を感光基板に露光する露光装置及びその制御方法に関するものである。

図４はアライメント計測における従来例を示す図である。図４においてMA1L、MA1R、MA2L、MA2R、MA3L、MA3Rはマスク４０１上のアライメントマークであり、PA1L、PA1R、PA2L、PA2R、PA3L、PA3Rは感光基板４０２上の露光領域４０６に対するアライメントマークである。本従来例に示したアライメント計測システムでは、マスクステージ４０３および基板ステージ４０４をスキャン方向に移動しながら、投影光学系４０５の上部に配置された２眼のアライメントスコープ４０７を使用して、マスク４０１上のアライメントマークと感光基板４０２上のアライメントマークとを同時に観察し、その計測結果から補正量を算出し露光処理を行なう。

例えば、図４の例では、露光領域に対するアライメントマークとして６個所のマークを配置しており、最初にアライメントスコープでMA1L、MA1RとPA1L、PA1Rが観察できる位置にマスクステージ４０３及び基板ステージ４０４を移動し、両ステージを停止させてからアライメントスコープ４０７でアライメントマークを計測する。次にMA2L、MA2RとPA2L、PA2Rが観察できる位置に両ステージ（４０３、４０４）を移動して、同様に計測する。最後にMA3L、MA3RとPA3L、PA3Rが観察できる位置に両ステージ（４０３、４０４）を移動して、同様に計測する。

露光領域４０６に対する全てのアライメントマークの計測が完了後、計測結果から感光基板４０２の位置のシフト成分、回転成分、倍率成分等の補正量を算出する。そして、算出した補正量に従ってマスクステージ４０３と基板ステージ４０４を同期制御しながらスキャン露光を行なう。

なお、図４では、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のアライメント方式を示したが、投影光学系を介さずにアライメント光を感光基板あるいはマスクに照射してアライメント計測を行なうオフアクシスアライメント方式も一般的に用いられている手法である。但し、この場合、感光基板４０２のアライメントマークとマスク４０１のアライメントマークを別々のアライメントスコープで別々に計測することになる。ＴＴＬ方式にせよ、オフアクシスアライメント方式にせよ、計測されるのはアライメントマークの位置のみであり、フォーカス位置計測については、図５により以下に説明する方法が用いられる（特許文献１、２参照）。

図５はスキャン露光動作中のフォーカス位置計測における従来例を示す図である。図５のフォーカス位置計測システムでは、露光動作前にアライメントスコープ４０７のＣＣＤカメラ４２１を用いて基板ステージ基準マーク４２２を観察しながら基板ステージ４０４をＺ方向に駆動させてその輝度を計測する。計測された輝度の変化に基づいてフォーカス位置が検出され、そのときのＺ方向位置を基準のフォーカス位置とする。

また、スキャン露光動作中においては、投光系４２３より照射された３チャンネル以上の照明光を受光系４２４で受け取り、その受光位置から該感光基板の表面位置を検出する。そして、上記フォーカス位置計測の結果と、感光基板４０２の表面位置の検出結果とに基づいて、Ｚ方向成分および傾き量等の補正量を算出し、該補正量に従って基板ステージのＺ方向位置を駆動させながらスキャン露光を行なう。

本従来例によれば、露光動作の直前に該感光基板の露光領域のＺ方向成分および傾き量等の補正量を算出しているため、精度良く補正を行なうことができるといった特徴がある。
特願平０５−１２９１８２号公報 特願平０５−２８１４５８号公報

近年、液晶パネルや半導体デバイスの市場では、生産コストの低減および高精細化が求められており、露光装置においては生産性の向上および装置自体の低コスト化および露光光の焦点位置を感光基板の面位置と常に一致させてスキャン露光させるといったことが要求されている。上記従来例におけるフォーカス位置計測システムでは、投光系４２３及び受光系４２４によって常に露光直前の感光基板４０２の面位置が計測されるので、露光光の焦点位置を感光基板の面位置とを常に一致させ得ることが期待できる。しかしながら、上記従来例におけるアライメント計測システムやフォーカス位置計測システムでは以下のような課題があった。

・感光基板と露光結像面の焦点位置との差異が大きい場合、露光動作中に該露光結像面の焦点位置まで該感光基板を追い込みきれない場合があり、液晶パネルおよび半導体デバイスの高精細化を達成できない場合があった。
・露光領域の面形状測定用に３チャンネル以上の投光系および受光系を露光装置に搭載しなければならないため、装置のコスト上昇につながっていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、３眼以上のオフアクシスアライメントスコープによる領域の面形状を計測可能とし、耐高精細化、生産性向上、装置のコスト低減を実現することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
感光基板を搭載して移動する基板ステージと、
３眼以上のアライメントスコープと、
前記アライメントスコープを用いて、前記基板ステージ上の感光基板の露光領域についてアライメント計測をする計測手段と、
前記アライメント計測時に、前記アライメントスコープの各々より得られたフォーカス位置に基づいて該露光領域の各部の面位置を算出する算出手段と、
前記基板ステージ上の感光基板を走査移動させながら、投影光学系によりマスク上のパターンを該感光基板の前記露光領域上へ転写する走査露光手段と、
前記走査露光手段の稼動中に、前記アライメント計測の結果に基づいて前記感光基板の面方向位置を制御すると共に、前記算出手段で得られた面位置に基づいて該感光基板の投影光学系の光軸方向の位置を制御する制御手段とを備える。

また、上記の目的を達成するための本発明による露光装置の制御方法は、
３眼以上のアライメントスコープを用いて、基板ステージ上の感光基板の露光領域に対するアライメント計測を実行する計測工程と、
前記アライメント計測時に、前記アライメントスコープの各々より得られたフォーカス位置に基づいて該露光領域の各部の面位置を算出する算出工程と、
前記基板ステージ上の感光基板を走査移動させながら、投影光学系によりマスク上のパターンを該感光基板の前記露光領域上へ転写する走査露光工程と、
前記走査露光工程の実行中に、前記アライメント計測の結果に基づいて前記感光基板の面方向位置を制御すると共に、前記算出工程で得られた面位置に基づいて該感光基板の投影光学系の光軸方向の位置を制御する制御工程とを備える。

本発明によれば、３眼以上のオフアクシスアライメントスコープによりアライメント計測を行なうと共に露光領域の面形状を検出するので、液晶パネルや半導体デバイスの製造において、耐高精細化、生産性向上、装置のコスト低減等を実現できる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。図１において１ａは照明用ランプ、１ｂ及び１ｄは照明光を反射させるためのミラー、１ｃは照明光を集光させるためのレンズ、２はアライメントスコープ、３は原版となるマスク、３ａはマスク３をスキャン方向に移動させるためのマスクステージ、４は投影光学系、５は転写露光される感光基板である。６はオフアクシスアライメントスコープであり、３眼以上で構成される。本実施形態では４眼とする。オフアクシスアライメントスコープ６において、６ａは照明部、６ｂは光学部、６ｃは撮像部である。７は該感光基板をステップ・アンド・スキャンさせるための基板ステージ、８は基板ステージ定盤、９はアライメントスコープ及びオフアクシスアライメントスコープで撮像された画像を処理するための画像処理装置、１０はマスクステージ及び基板ステージの制御を行なうための制御装置である。

上記構成においてランプ１ａから照射された露光光は、ミラー１ｂ、１ｄ及び集光レンズ１ｃを介してマスク３の面上に集光され、該集光された露光光は投影光学系４を介して感光基板５の上面に集光される。マスク３はマスクステージ３ａ上に吸着保持されており、感光基板５は定盤８上をＸ，Ｙ方向に移動可能な基板ステージ７上に吸着保持されている。マスクステージ３ａと基板ステージ７をスキャン方向に同期スキャン制御することにより、マスク３に描画されている回路パターンが感光基板５に転写される。この同期スキャン制御による転写露光処理を、基板ステージ７をステップ移動させながら繰り返し行なうことにより、感光基板５の前面に回路パターンが転写される。

例えば、オフアクシスアライメントスコープ６は、投影光学系４に対しスキャン方向手前側に配置される。基板ステージ７はスキャン露光する前に感光基板５上に形成されているアライメントマークをオフアクシスアライメントスコープ６の位置へ移動する。オフアクシスアライメントスコープ６は該感光基板上のアライメントマークを上方から照明するランプ１ａから照射される露光光とは異なる波長の照明光（非露光光）を照射する照明部６ａと該アライメントマークからの反射光を拡大・集光する光学手段６ｂと該集光された反射光を撮像する撮像部６ｃとを具備する。撮像された画像は画像処理装置９で計測処理されてアライメントマークの位置が取得される。そして、この計測結果から各補正量（Ｘ，Ｙのシフト成分、回転成分、Ｘ，Ｙの倍率成分、ＸとＹの直角度成分）が計算される。制御装置１０は、該補正量に従って投影光学系４の倍率及び基板ステージ７の位置・回転及びマスクステージ３ａと基板ステージ７の同期偏差量を補正しながら、スキャン露光処理を行なう。

上記の構成の露光装置による露光処理動作について、以下、説明する。

（ステップ１）
図１に示した構成において、露光装置に感光基板５が搬送される前に、基板ステージ７上のステージ基準マーク２１を用いて露光光のフォーカス位置を計測する。すなわち、照明用ランプ１ａから照射された露光光は、ミラー１ｂ、レンズ１ｃ、ミラー１ｄおよび投影光学系４を通過し、ステージ基準マーク２１を照射する。そして、ステージ基準マーク２１で反射した露光光は、ふたたび投影光学系４を通過してアライメントスコープ２に設けられたＣＣＤに到達する。このＣＣＤからの信号に基づいてフォーカス位置が検出される。基板ステージ７を駆動させ、ステージ基準マーク２１のＺ方向位置を変化させながら上記の動作を繰り返し、感光基板５上のフォーカス位置を算出する。

（ステップ２）
露光装置に感光基板５が搬送された後、オフアクシスアライメント計測位置へ感光基板５をステップ移動させ、オフアクシスアライメントスコープ６を用いて露光領域のアライメント計測を行なう。このとき、４眼のオフアクシスアライメントスコープ６の各々において各アライメントマークのフォーカス位置、すなわちＺ方向位置を検出することにより面形状計測を行なう。そして、この面形状計測値とステップ１で求めた露光光の焦点位置との位置ズレ量を検出する。この計測結果を用いて、当該露光領域の各部における、投影光学系光軸方向の面位置を算出する。なお、アライメントマークのフォーカス値の測定から面位置の算出までの一連の処理を面形状計測と称する。また、３眼のオフアクシスアライメントスコープを用いて３ヶ所のアライメントフォーカス位置を計測し、これを用いて面形状計測を行なった場合は、露光領域全体の面の傾きが得られることになる。本明細書では、このような露光領域全体の面の傾きの計測を含めて面形状計測と称する。また、４眼以上のアライメントスコープを用いた場合は、それら検出結果を用いて近似的に平面を決定してもよいし（例えば、全ての計測位置と平面との距離が最小となる平面を求める）、曲面を表す所定の方程式を用意しておき、検出結果からその方程式の係数を決定して面形状を決定するようにしてもよい。

（ステップ３）
感光基板５をアライメント計測領域から露光領域へステップ移動し露光処理を開始する。すなわち、照明用ランプ１ａから発光された露光光により、マスク３に描かれている液晶パネルあるいは半導体デバイス用の回路パターンをレンズ投影光学系４を介して感光基板５の当該露光領域に結像させながら、スキャン露光動作を行なう。このスキャン露光動作の際に、ステップ２で求めた露光光の焦点位置と面形状計測値の位置ズレ量（当該露光領域の各部における、投影光学系光軸方向の面位置）が補正されるように感光基板５をＺ方向へ駆動させる。

以上説明したように、第１実施形態によれば、液晶パネル用あるいは半導体デバイス用のスキャン型露光装置において、３眼以上のオフアクシスアライメントスコープを用いて、オフアクシスアライメント計測時に感光基板の面形状も計測するようにした。このため、スキャン露光動作中の感光基板の面形状計測を省略することが可能となるのでスキャン露光動作が簡潔となる。更に、スキャン露光動作の簡潔化により、露光光の焦点位置と該感光基板の位置との位置ズレ量の補正をスキャン露光動作中に行なうことが容易となり、より解像度の高い液晶パネルを該感光基板に露光することが可能となる。また、露光動作前に該感光基板の露光面形状計測を行なうため、露光動作中に露光結像面の焦点位置まで感光基板を追い込むことがより容易となり、液晶パネルおよび半導体の高精細化を達成できる。さらに、従来は搭載が必要であった、投光系及び受光系からなる３チャンネル以上のＺセンサの搭載を省略できるため、露光装置自体のコストダウンも可能となる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、オフアクシスアライメントの計測位置に露光領域を移動し、アライメント計測の終了後に感光基板を露光開始位置までステップ移動する必要がある。これは生産速度の低減の要因となる。そこで、第２実施形態では図２に示すように、第１実施形態で述べた構成を有するオフアクシスアライメントスコープ６をマスクステージ３ａのスキャン露光方向（基板ステージ７の、投影光学系４よりも上流側）に配置することを特徴としている。

［ステップ１］
第１実施形態と同様に、露光装置に感光基板５が搬送される前に照明用ランプ１ａから発光される露光光とアライメントスコープ２を用いてステージ基準マーク２１を観察することにより、該露光光の焦点位置を計測する。そして、感光基板５が搬送された後、オフアクシスアライメントスコープ６を用いて露光領域上面の面形状計測を行ない、該露光光の焦点位置との位置ズレ量を検出する。

［ステップ２］
第２実施形態では、図２の２０１で示される位置にオフアクシスアライメントスコープ６が配置されているので、感光基板５をステップ移動すること無く、そのまま露光走査を開始できる。すなわち、オフアクシスアライメントスコープ６によるアライメント計測位置から露光走査を開始し、加速期間（ステージ速度を走査速度まで上げる）、所定の整定期間（ステージ移動を走査速度で安定させる）を経て露光処理が行われる（スリット幅＋露光領域の長さ）。露光処理を終えると、ステージは減速し、停止する。

そして、上記露光処理の間、第１実施形態と同様にステップ１で検出した露光光の焦点位置と感光基板５の位置ズレ量を補正しながらスキャン露光を行なう。

第２実施形態によれば、３眼以上のオフアクシスアライメントスコープ６を投影光学系に対しスキャン方向手前のスキャン露光するために必要な加速距離及び整定距離から算出した露光準備位置に設置し、オフアクシスアライメントスコープ６を用いて感光基板の露光面形状を計測する。このため、オフアクシスアライメント計測後ステップ動作を省略してスキャン露光動作を行なうことができるため、ステップ動作の回数を減らすことができ、生産時間の短縮が可能となる。すなわち、ステップ移動による生産速度の低減を回避することが可能となる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、第１実施形態で説明した構成を有する、３眼以上のオフアクシスアライメントスコープ６を、投影光学系４に対して対称的な位置に２組配置する。

図３は第３実施形態によるスキャン露光における、基板ステージ７のスキャン方向における速度と位置との関係を模式的に表わした図である。上述の第２実施形態と同様に露光準備位置（図３の左側の露光準備位置）でオフアクシスアライメントスコープ６を用いて露光光の焦点位置との位置ズレ量を検出する。そして、その検出量より算出された補正量に従って直ちに同期スキャン露光を行なう。感光基板５上の露光領域が投影光学系４の露光スリットを通過した後、次の露光領域が投影光学系４を対称に反対側の露光準備位置（図３の右側の露光位置）となるようにスキャン方向に空走しながらステップ移動を行なう。図３では露光領域３０１のスキャン露光を終了した後、次の露光領域３０２が図３の右側の露光準備位置へ移動した様子を示している。

その後、露光領域３０１とは反対の方向へ露光操作することにより、露光領域３０２が露光される。

以上のように第３実施形態によれば、３眼以上のオフアクシスアライメントスコープを投影光学系を中心としてスキャン方向にほぼ対称な位置に２組設置し、これらオフアクシスアライメントスコープを用いて感光基板の露光面形状を計測する。

このため、感光基板５上の露光領域を露光完了後、空走及び減速しながら次の露光準備位置へ基板ステージをステップ移動することができる。すなわち、露光終了後、基板ステージ７を停止すること無く（空走期間と減速期間を経て）次の露光領域の露光準備位置へ移動させることができる。また、空走期間によって生じる区間は次の露光処理時における整定期間のための区間を提供することになる。この結果、露光後のステージ減速・停止と次の露光準備位置へのステップ移動とを一連の動作で行なうことができるため、基板ステージ移動時間を短縮することが可能となり、生産速度の更なる向上が可能となる。また、また、スキャン方向が交互に反対になるように露光動作を行なうことができるので、走査方向が片側方向のみであった場合にくらべ、基板ステージ７やマスクステージ３ａを戻す処理も不要となり、第２実施形態よりも更に効率的に露光処理を行なうことができる。

次に、上述した露光装置を利用して、マイクロデバイス等のデバイスの一例としての半導体デバイスを製造するプロセスを説明する。図６は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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を形成する。

第１実施形態に係るオフアクシスアライメント計測システムを用いた事前面形状計測による、露光中の面形状計測の省略を説明する図である。 第２実施形態に係るオフアクシスアライメントスコープをスキャン露光順方向位置に配したスキャン露光動作を説明する図である。 第３実施形態に係るオフアクシスアライメントスコープをスキャン露光順方向および逆方向に配したスキャン露光動作を説明する図である。 従来のアライメント計測方法を説明する図である。 従来のフォーカス位置計測を説明する図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

Claims (9)

1. 感光基板を搭載して移動する基板ステージと、
   ３眼以上のアライメントスコープと、
   前記アライメントスコープを用いて、前記基板ステージ上の感光基板の露光領域についてアライメント計測をする計測手段と、
   前記アライメント計測時に、前記アライメントスコープの各々より得られたフォーカス位置に基づいて該露光領域の各部の面位置を算出する算出手段と、
   前記基板ステージ上の感光基板を走査移動させながら、投影光学系によりマスク上のパターンを該感光基板の前記露光領域上へ転写する走査露光手段と、
   前記走査露光手段の稼動中に、前記アライメント計測の結果に基づいて前記感光基板の面方向位置を制御すると共に、前記算出手段で得られた面位置に基づいて該感光基板の投影光学系の光軸方向の位置を制御する制御手段とを備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記基板ステージに設けられたステージ基準マークを用いて前記投影光学系の焦点位置を検出する検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記検出手段で検出された焦点位置と、前記算出手段で取得された面位置とのずれ量に基づいて、前記感光基板の前記光軸方向の位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記アライメントスコープを、前記走査移動の走査方向上の、前記走査露光手段による走査露光位置より所定距離手前に設け、該所定距離は、少なくとも前記移動ステージが前記走査露光手段による走査移動速度に到達するのに必要な距離であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記アライメントスコープを、前記走査移動の走査方向上に、前記投影光学系を挟んで２ヶ所に設け、夫々のアライメントスコープから前記走査露光手段による走査露光位置までの距離は、少なくとも前記移動ステージが前記走査露光手段による走査移動速度に到達するのに必要な距離であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. ３眼以上のアライメントスコープを用いて、基板ステージ上の感光基板の露光領域に対するアライメント計測を実行する計測工程と、
   前記アライメント計測時に、前記アライメントスコープの各々より得られたフォーカス位置に基づいて該露光領域の各部の面位置を算出する算出工程と、
   前記基板ステージ上の感光基板を走査移動させながら、投影光学系によりマスク上のパターンを該感光基板の前記露光領域上へ転写する走査露光工程と、
   前記走査露光工程の実行中に、前記アライメント計測の結果に基づいて前記感光基板の面方向位置を制御すると共に、前記算出工程で得られた面位置に基づいて該感光基板の投影光学系の光軸方向の位置を制御する制御工程とを備えることを特徴とする露光装置の制御方法。
6. 前記基板ステージに設けられたステージ基準マークを用いて前記投影光学系の焦点位置を検出する検出工程を更に備え、
   前記制御工程は、前記検出工程で検出された焦点位置と、前記計算工程で取得された面位置とのずれ量に基づいて、前記感光基板の前記光軸方向の位置を制御することを特徴とする請求項５に記載の露光装置の制御方法。
7. 前記アライメントスコープを、前記走査移動の走査方向上の、前記走査露光工程による走査露光位置より所定距離手前に設け、該所定距離は、少なくとも前記移動ステージが前記走査露光工程による走査移動速度に到達するのに必要な距離であり、
   前記計測工程及び計算工程の終了後、前記基板ステージを前記走査方向へ移動させることにより、前記露光走査工程を実行することを特徴とする請求項５に記載の露光装置の制御方法。
8. 前記アライメントスコープを、前記走査移動の走査方向上に、前記投影光学系を挟んで２ヶ所に設け、夫々のアライメントスコープから前記走査露光工程による走査露光位置までの距離は、少なくとも前記移動ステージが前記走査露光工程による走査移動速度に到達するのに必要な距離であり、
   走査露光工程による走査移動方向が露光領域毎に切り替わることを特徴とする請求項５に記載の露光装置の制御方法。
9. 請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。

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