JP2008283052A - 液浸露光装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の所望位置からずれた位置にパターンが投影されることを防止できる液浸露光装置を提供すること。
【解決手段】液浸露光装置は、照明光学系２と、レジスト膜を含む基板３が設置される載置手段４と、投影レンズ５を含む投影光学系６と、基板３上に液体７を供給するための液浸ノズル８を含む液体供給手段９と、基板３上に設けられた複数のアライメントマークの位置を計測するための計測手段１２と、計測手段１２にて取得された計測値と、複数のアライメントマークの計測中に生じる計測環境の変化に起因する計測誤差を補正するための補正値とに基づいて、基板３を液浸露光する時に、フォトマスク１のパターンの像が基板３の所定の位置に投影されるように、基板が載置された載置手段４の位置を制御する制御手段１１とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造に使用される液浸露光装置および半導体装置の製造方法に関する。

投影レンズと基板との間を液体で満たしながら、基板上にパターンを投影するという液浸露光装置が開発されている。液浸露光装置は液浸ノズルを備えており、この液浸ノズルにより基板上に液体が供給される。

液浸露光装置のアライメント計測は、露光前に実施される。これは、投影レンズの先端と基板との間が空気で満たされている従来の露光装置のそれと同じである。ただし、液浸露光装置のアライメント計測は、液浸ノズルが液体に保持された状態で行われる。

上記アライメント計測の結果に基づいて、アライメント補正値が算出される。このアライメント補正値に基づいて、基板とフォトマスクとの間の位置関係が補正される。このようなアライメント補正が行われた後、基板の露光が行われる。

しかしながら、従来の液浸露光装置は、アライメント補正を行っても、基板の所望位置にパターンが投影されないことがあるという問題がある。
特開２００７−４８８５７号公報

本発明の目的は、基板の所望位置からずれた位置にパターンが投影されることを防止できる液浸露光装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る液浸露光装置は、フォトマスク上に形成されたパターンを照明するための光源を含む照明光学系と、被加工基板と該被加工基板上に形成されたレジスト膜とを含む基板が設置される載置手段と、前記レジスト膜上に前記フォトマスクのパターンの像を投影するための投影レンズを含む投影光学系と、前記投影光学系により、前記フォトマスクのパターンの像を前記レジスト膜上に投影する時に、前記基板と前記投影レンズとの間が液体で満たされるように、前記基板の一部の領域上に液体を供給するための液浸ノズルを含む液体供給手段と、前記フォトマスクと前記基板との位置合わせのために、前記基板上に設けられた複数のアライメントマークＭｉ（ｉ＝１，２，…）の位置を計測するための計測手段と、前記計測手段にて取得された計測値と、前記アライメントマークＭｉの計測中に生じる計測環境の変化に起因する計測誤差を補正するための補正値とに基づいて、前記基板を液浸露光する時に、前記フォトマスクのパターンの像が前記基板の所定の位置に投影されるように、前記基板が載置された前記載置手段の位置を制御する制御手段とを具備してなることを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、被加工基板と該被加工基板上に形成されたレジスト膜とを含む基板と、フォトマスクとの位置合わせを行う工程と、液浸ノズルにより前記基板上に液体を供給し、該液を介して前記レジスト膜の一部の領域を選択的に液浸露光する工程と、前記基板と投影レンズとの間が液体で満たされるように、液浸ノズルにより前記基板の一部の領域上に液体を供給し、前記液を介して前記レジスト膜を液浸露光する工程と、前記レジスト膜を現像することにより、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成する工程とを含み、前記基板と前記フォトマスクとの位置合わせを行う工程は、前記基板上に設けられた複数のアライメントマークＭｉ（ｉ＝１，２，…）の位置を計測する工程と、前記複数のアライメントマークＭｉの位置を計測する工程にて取得された計測値と、前記アライメントマークＭｉの計測中に生じる計測環境の変化に起因する計測誤差を補正するための補正値とに基づいて、前記基板を液浸露光する時に、前記フォトマスクのパターンの像が前記基板の所定の位置に投影されるように、前記基板が載置された載置手段の位置を制御する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、基板の所望位置からずれた位置にパターンが投影されることを防止できる液浸露光装置および半導体装置の製造方法を実現できるようになる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態の液浸露光装置を模式的に示す図である。

本実施形態の液浸露光装置は、フォトマスク１を照明するための光源（露光光源）を含む照明光学系２と、基板３が設置されるＸ−Ｙステージ４（載置手段）と、基板３に上記光源で照明されたフォトマスク１のパターンの像を投影するための投影レンズ５を含む投影光学系６と、フォトマスク１のパターンの像を基板３上に投影する時に、基板３と投影レンズ５の先端部との間が液体（液浸用液体）７で満たされるように、基板３の一部の領域上に液体７を供給するための液浸ノズル８と、液浸ノズル８に液体７を供給するための液体供給装置（液体供給手段）９と、基板３上の液体７を排水するための液体排水装置（液体排水手段）１０と、Ｘ−Ｙステージ４の位置を制御するためのステージ制御装置（制御手段）１１と、アライメント計測を行うためのアライメントセンサ（計測手段）１２とを備えている。

上記光源は、例えば、ＫｒＦ光源や、ＡｒＦ光源等の紫外光光源である。液体７は、代表的には、純水である。液体供給装置９と液体排水装置１０とにより、基板３と投影レンズ５の先端部との間はクリーンな液体７で満たされる。

基板３の最上層は通常はレジスト膜である。レジスト膜の下には、加工される基体がある。この基板は、Ｓｉウェハ等の半導体基板、半導体基板上に形成された絶縁膜、半導体基板上に形成された半導体膜、または、半導体基板上に形成された導電膜である。アライメントセンサ１２は光（アライメント光）１３を用いた周知のセンサである。

基板３に対してのパターン露光は、上記光源から発生した露光光がフォトマスク１を照射し、フォトマスク１を通過した露光光が、投影レンズ５および液体７を介して、Ｘ−Ｙステージ４上に搭載された基板３上を照射することで行われる。

上記パターン露光の際には、Ｘ−Ｙステージ４上に設置された基板３が所定方向に沿って移動されながら、液体供給装置９および液体排水装置１０により、液体７の供給および排水が行われる。このように液浸露光が逐次行われ、露光領域の全体が露光されることになる。

上記パターン露光に先立って、アライメント補正が行われる。従来の液浸露光装置の場合、上述したように、アライメント補正を行っても、基板の所望位置にパターンが投影されないことがあるという問題がある。

本願発明者の鋭意研究の結果、上記問題はアライメント計測に原因があることを突き止めた。以下、この点についてさらに説明する。

図２は、基板３と液浸ノズル８を上から見た様子を模式的に示す図である。

基板３上には、アライメントマークＭ１−Ｍ８が設けられている。各アライメントマークＭ１−Ｍ８は、例えば、図２中の拡大図に示されるように、複数のラインパターンがＸ方向に配列されてなるＸマークと、複数のラインパターンがＹ方向に配列されてなるＹマークとで構成されている。

アライメントセンサ１２は、液浸ノズル８の外側に配置されるように、アライメントセンサ１２に接続されている。アライメントセンサ１２の移動は、液浸ノズル８を移動させることによって行われる。液浸ノズル８は、露光時のみならずアライメント計測時にも、液体に保持されている。

図２に示されるように、基板３と液浸ノズル８との重なりの程度は大きくなる。

アライメントセンサ１２は、アライメントマークＭ１−Ｍ８の位置を計測する。この計測は、例えば、アライメントマークＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ７，Ｍ８の順で行われる。

ここで、液浸ノズル８の面積が大きいために、図２に示されるように、アライメントマークＭ１の位置を計測する時、液浸ノズル８は、アライメントマークＭ２，Ｍ８上を通過する。

この時、液浸ノズル８の移動（スキャン速度）は速いので、まだ計測されていないアライメントマークＭ２，Ｍ８上の液体の一部が気化する。このような気化は、基板３とアライメントセンサ１２との間の空気のゆらぎや、基板３の温度変化を招く。

上記空気のゆらぎは、アライメントセンサ１２から発せられた光（アライメント光）１３の光路や、基板３で反射した光の光路を変化させる（計測環境の変化）。このような光路変化はアライメントマークＭ１の計測結果に誤差を与える。

上記温度変化は、基板３の体積を変化させる（計測環境の変化）。このような体積変化は、アライメントマークＭ１の計測結果に誤差を与える。このような温度変化による体積変化は、基板３の表面が液体７で覆われている時間でも変わる。

このようにアライメントマークの配置によっては、あるアライメントマークを計測する際に、それよりも後に計測されるアライメントマーク上を液浸ノズルが通過することによって、計測環境が変化することがある。このような計測環境の変化は、アライメント計測の計測結果に誤差を与える。

上記誤差は、アライメント計測の計測値に基づいて算出されるアライメント補正値に反映される。すなわち、誤ったアライメント補正値が算出される。

そして、本発明者は、上記の如き誤差を含む計測結果に基づいてアライメント補正が行った場合、基板の所望位置にパターンが投影されないことがあることを確認した。

そこで、本実施形態では、アライメントマークの計測中に生じる計測環境の変化を考慮して、アライメント計測の計測値に補正値を与える。以下、基板３の温度変化に伴う基板３の体積の変化を考慮した方法について、基板３が、ウェハとレジスト膜(最上層)を含む基板である場合を例にあげて説明する。上記レジスト膜の下には被加工膜がある。被加工膜は、例えば、絶縁膜、導電膜または半導体膜である。この場合、ウェハと被加工膜は被加工基板を構成している。

図３は、本実施形態の半導体装置の製造方法（ステップＳ１−Ｓ７）を示すフローチャートである。ステップＳ１−Ｓ４は、実施形態の露光方法を示している。

［Ｓ１］
ウェハの場合、上記体積の変化の一つとしては、ウェハ倍率がある。ウェハ倍率はＸ方向およびＹ方向のそれぞれにある。ウェハ倍率は、例えば、アライメントマークＭｉ（ｉ＝１，２，…，８）の計測の前に、液浸ノズル８がそのアライメントマークＭｉ上を通過する回数（スキャン回数）によって変わる。

そこで、スキャン回数とウェハ倍率誤差との関係（補正値）を実測または計算により予め取得しておく。上記スキャン回数とウェハ倍率誤差との関係（補正値）は、ステージ制御装置１１に入力される。ウェハ倍率誤差は、表面が水で浸されていないウェハ倍率を基準としたものである。図４に、スキャン回数とウェハ倍率誤差との関係の一例を示す。これは、Ｘ方向のウェハ倍率誤差である。

［Ｓ２］
図１に示した液浸露光装置を用いて、従来と同様に、アライメントマークＭ１−Ｍ８の位置が計測される。この計測結果はステージ制御装置１１に入力される。

ここでは、アライメントマークＭ１−Ｍ８の順で計測が行われるとする。図５に、液浸ノズル８およびアライメントセンサ１２の初期位置を示す。また、図６−図１３に、アライメントマークＭ１−Ｍ８の計測時の液浸ノズル８およびアライメントセンサ１２の位置を示す。図５−図１３は一例であり、液浸ノズル８およびアライメントセンサ１２の位置は、これらに限定されるものではない。

［Ｓ３］
スキャン回数とウェハ倍率誤差との関係に基づいて、アライメントマークＭ１−Ｍ８の計測値に対する補正値がステージ制御装置１１にて求められ、アライメントマークＭ１−Ｍ８の計測値が補正される。これは以下のようにして決められる。

アライメントマークＭ１を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ２，Ｍ８上を通過する（図６）。

アライメントマークＭ２を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ３，Ｍ４上を通過する（図７）。

アライメントマークＭ３を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ４上を通過する（図８）。

アライメントマークＭ４を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ５上を通過する（図９）。

アライメントマークＭ５を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ６−Ｍ８上を通過しない（図１０）。

アライメントマークＭ６を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ７，Ｍ８上を通過しない（図１１）。

アライメントマークＭ７を計測する時、液浸ノズル８は、まだ計測されていないアライメントマークＭ８上を通過しない（図１２）。

したがって、アライメントマークＭｉ（ｉ＝１，２，…，８）の計測の前に、液浸ノズル８がそのアライメントマークＭｉ上を通過する回数（スキャン回数）は、アライメントマークＭ２，Ｍ３に関しては１回、アライメントマークＭ４に関しては２回、アライメントマークＭ５に関しては１回、アライメントマークＭ６，Ｍ７に関しては０回、そして、アライメントマークＭ８に関しては１回となる。

アライメントマークＭ１−Ｍ８の計測値をそれぞれ（Ｐｘ１，Ｐｙ１）−（Ｐｘ８，Ｐｙ８）、スキャン回数１，２の補正値をそれぞれ（Δｘ，Δｙ），（２Δｘ，２Δｙ）とすると（一時線形近似）、補正後のアライメントマークＭ１−Ｍ８の計測値（Ｐｘ１’，Ｐｙ１’）−（Ｐｘ８’，Ｐｙ８’）は以下の通りである。

（Ｐｘ１’，Ｐｙ１’）＝（Ｐｘ１，Ｐｙ１）
（Ｐｘ２’，Ｐｙ２’）＝（Ｐｘ２＋Δｘ，Ｐｙ２＋Δｙ）
（Ｐｘ３’，Ｐｙ３’）＝（Ｐｘ３＋Δｘ，Ｐｙ３＋Δｙ）
（Ｐｘ４’，Ｐｙ４’）＝（Ｐｘ４＋２Δｘ，Ｐｙ４＋２Δｙ）
（Ｐｘ５’，Ｐｙ５’）＝（Ｐｘ５，Ｐｙ５）
（Ｐｘ６’，Ｐｙ６’）＝（Ｐｘ６，Ｐｙ６）
（Ｐｘ７’，Ｐｙ７’）＝（Ｐｘ７，Ｐｙ７）
（Ｐｘ８’，Ｐｙ８’）＝（Ｐｘ８＋Δｘ，Ｐｙ８＋Δｙ）
［Ｓ４］
補正後のアライメントマークＭ１−Ｍ８の計測値（アライメント補正値）を用いて、フォトマスク１と基板３との位置合わせ（アライメント）が行われ、基板３が露光される。

かくして本実施形態によれば、アライメントマークの計測中に生じる計測環境の変化を考慮して、アライメント計測の計測値に補正値を与えることにより（上記の例では、あるアライメントマークを計測する際に、それよりも後に計測されるアライメントマーク上を液浸ノズルが通過することによって生じる環境変化を考慮して、アライメント計測の計測値に補正値を与えることにより）、アライメント補正値の精度が高くなり、基板の所望位置からずれた位置にパターンが投影されることを防止できる。

なお、ウェハ倍率は、スキャン回数以外にも、基板３の表面が水で浸されている時間によっても変化する。

したがって、スキャン回数とウェハ倍率誤差との関係を予め取得する代わりに、図１４に示すように、液浸ノズル８がウェハの表面が水で浸されている時間（浸水時間）とウェハ倍率誤差との関係を実測または計算により予め取得しておいても構わない。ウェハ倍率誤差は、表面が水で浸されていないウェハ倍率を基準としたものである。

この場合、後に測定されるアライメントマークほど水に浸されている時間が長くなることから、上記浸水時間とウェハ倍率誤差との関係を用いることにより、補正値を求めることができる。

さらに、ウェハ倍率は、アライメント計測時の液浸ノズル８の流量、液浸ノズル８の水圧または基板３の温度によっても変化するので、上記パラメータとウェハ倍率誤差との関係を予め取得しても構わない。

一般、液浸ノズル８の流量に関しては流量が多いほど補正値は大きくなり、液浸ノズル８の水圧に関しては水圧が高いほど補正値は大きくなり、基板３の温度が高いほど補正値は大きくなる。

さらにまた、以上述べた複数のパラメータ（スキャン回数、浸水時間、流量、水圧、温度）の少なくとも二つ以上を考慮して補正値を求めても構わない。

なお、本実施形態では、ウェハ倍率に関する補正について述べたが、ウェハ回転、ウェハ直交、ウェハシフトなどの他の線形成分（補正値が線形近似にて求められる成分）に関する補正についても同様に実施できる。また、非線形性に関する補正についても同様に実施できる。

ステップＳ５の後は、レジスト膜を現像するステップ（Ｓ６）、現像したレジスト膜(レジストパターン)をマスクにして被加工膜をエッチングにより加工するステップ（Ｓ６）を経て、半導体装置が得られる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

実施形態の液浸露光装置を模式的に示す図。 基板と液浸ノズルを上から見た様子を模式的に示す図。 実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 スキャン回数とウェハ倍率誤差との関係の一例を示す図。 液浸ノズルおよびアライメントセンサの初期位置を示す図。 アライメントマークＭ１の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ２の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ３の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ４の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ５の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ６の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ７の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 アライメントマークＭ８の計測時の液浸ノズルおよびアライメントセンサの位置を示す図。 液浸ノズルがウェハの表面が水で浸されている時間とウェハ倍率誤差との関係を示す図。

符号の説明

１…フォトマスク、２…照明光学系、３…基板、４…Ｘ−Ｙステージ（載置手段）、５…投影レンズ、６…投影光学系、７…液体、８…液浸ノズル、９…液体供給装置（液体供給手段）、１０…液体排水装置（液体排水手段）、１１…ステージ制御装置（制御手段）、１２…アライメントセンサ（計測手段）、１３…光、Ｍ１−Ｍ８…アライメントマーク。

Claims (5)

1. フォトマスク上に形成されたパターンを照明するための光源を含む照明光学系と、
   被加工基板と該被加工基板上に形成されたレジスト膜とを含む基板が設置される載置手段と、
   前記レジスト膜上に前記フォトマスクのパターンの像を投影するための投影レンズを含む投影光学系と、
   前記投影光学系により、前記フォトマスクのパターンの像を前記レジスト膜上に投影する時に、前記基板と前記投影レンズとの間が液体で満たされるように、前記基板の一部の領域上に液体を供給するための液浸ノズルを含む液体供給手段と、
   前記フォトマスクと前記基板との位置合わせのために、前記基板上に設けられた複数のアライメントマークＭｉ（ｉ＝１，２，…）の位置を計測するための計測手段と、
   前記計測手段にて取得された計測値と、前記アライメントマークＭｉの計測中に生じる計測環境の変化に起因する計測誤差を補正するための補正値とに基づいて、前記基板を液浸露光する時に、前記フォトマスクのパターンの像が前記基板の所定の位置に投影されるように、前記基板が載置された前記載置手段の位置を制御する制御手段と
   を具備してなることを特徴とする液浸露光装置。
2. 被加工基板と該被加工基板上に形成されたレジスト膜とを含む基板と、フォトマスクとの位置合わせを行う工程と、
   液浸ノズルにより前記基板上に液体を供給し、該液を介して前記レジスト膜の一部の領域を選択的に液浸露光する工程と、
   前記基板と投影レンズとの間が液体で満たされるように、液浸ノズルにより前記基板の一部の領域上に液体を供給し、前記液を介して前記レジスト膜を液浸露光する工程と、
   前記レジスト膜を現像することにより、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成する工程とを含み、
   前記基板と前記フォトマスクとの位置合わせを行う工程は、
   前記基板上に設けられた複数のアライメントマークＭｉ（ｉ＝１，２，…）の位置を計測する工程と、
   前記複数のアライメントマークＭｉの位置を計測する工程にて取得された計測値と、前記アライメントマークＭｉの計測中に生じる計測環境の変化に起因する計測誤差を補正するための補正値とに基づいて、前記基板を液浸露光する時に、前記フォトマスクのパターンの像が前記基板の所定の位置に投影されるように、前記基板が載置された載置手段の位置を制御する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 前記アライメントマークＭｉの計測中に生じる計測環境の変化は、アライメントマークＭｉを計測する際に、それよりも後に計測されるアライメントマークＭｊ（ｊ＞ｉ）上を前記液浸ノズルが通過することによって生じる環境変化であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記補正値は、前記アライメントマークＭｉの計測の前に、前記液浸ノズルがそのアライメントマークＭｉ上を通過する回数と、前記アライメントマークＭｉが前記液体に浸水されている時間、前記液浸ノズルから吐出される前記液体の流量、前記液浸ノズルから吐出される前記液体の水圧および前記基板の温度の少なくとも一つ以上に基づいて求めることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記補正値は、前記アライメントマークＭｉの所定位置からのずれ量の一次線近似にて算出することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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