JP2009267271A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
チャックの中心位置と露光すべき基板の中心位置とが正確に位置合わせされ、搬送時の位置ずれによる基板の変形や反りを低減する露光装置を提供する。
【解決手段】
基板を保持可能なチャックと、前記チャックを搭載して移動可能なステージと、前記基板を前記チャック上に搬送可能な搬送ハンドと、露光前に前記搬送ハンドにより前記チャック上に搬送された透過型基板に形成された第１マークと前記チャックに形成された第２マークとのずれ量を検出する検出手段と、露光すべき基板を前記搬送ハンドにより前記チャック上に搬送するときに、前記検出手段の出力に基づいて、少なくとも搬送ハンドまたは前記ステージの移動量を算出する算出手段と、前記算出手段の出力に基づいて、少なくとも前記搬送ハンドまたは前記ステージを制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッドなどをリソグラフィー工程で製造する際に使用され、原版の微細回路パターンを基板に露光する露光装置に関する。

例えば、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッドなどをリソグラフィー工程で製造する際に、マスク又はレチクルのパターンを、投影光学系を介して、感光剤の塗布された基板上へ露光を行う。その露光の際に、感光剤の塗布された基板の搬送を行うユニットと、それを受け取る基板ホルダーユニットであるチャックの位置関係によって、搬送される基板の中心位置と、露光を行う際に基板を搭載するチャックの中心位置との関係は影響される。基板の中心位置と、チャックの中心位置は、メカ的な突き当て精度、あるいは別のスコープ基準による基板上の中心位置、基板ホルダーユニットとメカ的に相対位置精度を保証された基準マークとの位置関係等から位置が保証される。
また、特許文献１にて、チャックに対する基板の搬送位置のずれ量を検出するために、原点位置においてガラス基板のエッジ位置を検出し、該検出した結果に基づいてチャックの位置を補正した後、マスクパターンの転写を行う基板位置合わせ機構が提案されている。
特開２００１−８３７１４号公報

しかしながら、従来技術のメカ的な公差の積み上げが無視できないほど大きく、露光装置の性能に影響を及ぼす場合がある。また、折角、位置保証を行っても、チャックに異物が付着してチャックが着脱し、あるいは、クリーニング行為によって、チャックの中心位置と、基板の中心位置との関係が変化する場合がある。このため、簡易に、再現性よく位置出しが行うことが必要となるが、初めて露光される基板上の露光領域の絶対位置保証に機差が生じる場合があった。
半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッドなどをリソグラフィー工程で製造する際には、露光される基板上に、初めて露光された位置を基準にアライメントされる。このため、この機差が、次工程のリソグラフィーや、絶対位置保証が可能な露光装置で行われる露光工程に継承されるため、初めて基板上に露光を行った露光装置によって、製品の個体差が生じる場合がある。
また、プロセスを積み重ねた基板では、工程上の熱処理などにより、変形や反りが生じ易い。基板の搭載位置のずれがあると、特に、基板の変形や反りがあることによって、周辺部の基板の形状が局所的に変化し易くなる。このため、半導体露光装置のフォーカス制御で、制御しきれない領域では、フォーカス精度が劣化する。
また、露光装置毎のずれ量によっては、デフォーカスによるディストーション成分や、チャック吸着変形依存で生じるディストーション成分を劣化させる。このため、半導体プロセスの各工程を、いくつかの露光装置を使用して、最終的な半導体デバイス製品を作成する場合の重ね合わせ（Ｍｉｘ＆Ｍａｔｃｈ）でのアライメント性能を劣化させる。以上の結果、露光装置の歩留まりを下げることとなる。
そこで、本発明は、チャックの中心位置と露光すべき基板の中心位置とが正確に位置合わせされ、搬送時の位置ずれによる基板の変形や反りを低減することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の露光装置は、基板を保持可能なチャックと、前記チャックを搭載して移動可能なステージと、前記基板を前記チャック上に搬送可能な搬送ハンドと、露光前に前記搬送ハンドにより前記チャック上に搬送された透過型基板に形成された第１マークと前記チャックに形成された第２マークとのずれ量を検出する検出手段と、露光すべき基板を前記搬送ハンドにより前記チャック上に搬送するときに、前記検出手段の出力に基づいて、少なくとも搬送ハンドまたは前記ステージの移動量を算出する算出手段と、前記算出手段の出力に基づいて、少なくとも前記搬送ハンドまたは前記ステージを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、チャックに対して露光すべき基板を正確に配置することができるため、露光すべき基板がチャック上にずれて配置されることによって生じる基板の変形や反りを低減することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の一実施例にかかる投影露光装置の概略構成図である。
露光すべき基板３４または露光光が透過する性質を有するガラス基板である透過型基板１４は、チャック１５に吸着、搭載され、原版であるレチクル８の上に配置されたパターンを、投影光学系９を介して露光すべき基板３４上に露光転写する。チャック１５は、露光すべき基板３４または透過型基板１４を保持可能に構成される。チャック１５は、図３に示されるように複数の吸着ピン２５を吸着ピン交わし機構２６により有し、吸着ピン２５の間に図４に示されるように１箇所以上の位置合わせ用の第２マーク２０が配置され、ウェハステージ１６上に複数の吸着ピン２５が固定される。基板ステージであるウェハステージ１６は、チャック１５を搭載し駆動され、移動可能に構成される。投影光学系９へは、アライメント検出光学系３、ハーフミラー４，５および照明光学系２により露光光を照射する。ウェハステージ１６およびレチクルステージ７は、位置記憶装置１７、１８によって位置、同期の記憶がされ、位置、同期が保証される。

透過型基板１４は、図４に示されるようにエッチングまたはパターンニングされたアライメントマークである位置合わせ用の第1マーク１９を有し、かつ、露光光が透過する性質を有する。ガラス基板である透過型基板１４を用いる理由は、透過型基板１４の裏面の第1マーク１９と、チャック１５上の第２マーク２０を同時に直接的にスコープ３０により観察するためである。搬送ハンド２１、２２は、露光すべき基板３４または透過型基板１４をチャック１５の上に搬送可能な手段である。透過型基板１４の第1マーク１９とチャック１５の第２マーク２０との重ね合わせのずれ量をスコープ３０にて観察する際に、透過型基板１４の厚みによるフォーカス差の影響を受けないようにする必要がある。このため、第1マーク１９を透過型基板１４の裏面に形成し、搬送ハンド２１により透過型基板１４を搬送する。搬送された透過型基板１４は、図示されない駆動機構により駆動されるウェハステージ１６上に配置され、透過型基板１４を受け取るチャック１５上に搭載される。第２マーク２０と、透過型基板１４上の位置合わせ用の第1マーク１９のマークを重ね合わせ、透過型基板１４の中心と、チャック１５の中心の重ね合わせのずれ量をずれ量検出手段により検出する。

露光前に搬送ハンド２１、２２によりチャック１５上に搬送された透過型基板１４に形成された第１マークとチャック１４に形成された第２マーク２０とのずれ量を検出する検出手段は、スコープ３０から成る。スコープ３０は、搬送ハンド２１，２２が透過型基板１４をチャック１５へ搬送し、透過型基板１４をチャック１５が吸着した時に、第1マーク１９と第２マーク２０とのずれ量を検出する手段である。スコープ３０は、第1マーク１９と第２マーク２０とのずれ量を観察する手段で、光源１０、照明光学系１１、ハーフミラー６、投影光学系９とは別の光軸を有する光学系１２および撮像素子１４とから成る。スコープ３０を通して撮像された、例えば、ＣＣＤやＨＲＤ画像を処理し、波形の画像処理を行い、第1マーク１９と第２マーク２０とのずれ量、すなわち、透過型基板１４の中心と、チャック１５の中心のずれ量を検出する。このずれ量がメカ的な突き当て精度や、公差によって積み上げられた、チャック１５と搬送ハンド２１，２２の装置固有の誤差成分である。この誤差成分を、透過型基板１４を送り込む際の、オフセットとして装置が反映した搬送を行うため、透過型基板１４の中心とチャック１５の中心を合わせた上で搬送する。
算出手段である駆動量算出回路３１は、露光すべき基板３４を搬送ハンド２１、２２によりチャック１５上に搬送するときに、検出手段であるスコープ３０の出力に基づいて、少なくとも搬送ハンド２１、２２またはウェハステージ１６の移動量を算出する。また、駆動量算出回路３１は、駆動量算出回路３１の出力に基づいて、少なくとも搬送ハンド２１，２２またはウェハステージ１６を制御する制御手段を有する。

図２は、透過型基板１４がウェハステージ上１６のチャック１５に搭載するための工程を示す。
ステップ１においてウェハ収納キャリア２４またはインライン搬入口に収納されていた透過型基板１４を、ステップ２、３において基板搬送用ハンド２１によって、θ回転合わせ、ノッチ検出用ユニット２３へ搬送する。ここでは一定位置に搬送ハンド２２が、透過型基板１４をウェハステージ１６へ精度良く送り込めるように、基板ノッチ検出や、基板外形または基板中心検出によるＸ，Ｙ，θの位置決めを行う。
位置決めされた透過型基板１４を、搬送ハンド２１、２２を用いてウェハステージ１６上のチャック１５へ搭載する。（ステップ４，５）
搬送ハンド２２はハンドユニットの取り付け時に、ウェハステージ１６の下にあるウェハステージ定盤２７とメカ的な突き当てなどによって位置関係が決定される。（ステップ５）
また、ウェハステージ１６自身も、リセット時等に、原点出しをウェハステージ定盤２７の例えばフォトスイッチなどを切ることによって保証されている。よって、ウェハステージ１６と、搬送ハンド２２は、ウェハステージ定盤２７を介して位置関係がメカ的に保証されることとなる。しかし、メカ的な公差の積み上げによる誤差は少なからず発生する。また、チャック１５に異物が付着した場合には，例えば、クリーニング工具によって付着物を除去することや、チャック１５をウェハステージ１６から外して、チャック１５のクリーニングや交換作業が行う。

そのため、図３に示されるように吸着ピン２５と、チャック１５上の吸着ピン交わし機構２６には、ある程度ゆとりのあるクリアランスが必要である。吸着ピン２５と、チャック１５上の吸着ピン交わし機構２６にゆとりが大きいと、ウェハステージ１６と、搬送ハンド２２の位置関係がメカ的に保証されていたとしても、チャック１５とウェハステージ１６の位置関係が保証されていない。このため、透過型基板１４の搭載位置が厳密には保証されない。結果として、図２のステップ５で示したようなa≠ｂ≠ｃ≠ｄを有する配置で、透過型基板１４がチャック１５上に配置される。
これを解消するために、図４で示される透過型基板１４に、位置合わせ用の第1マーク１９をパターニングまたはエッチングした透過型基板１４を工具として用意する。また、チャック１５上には、透過型基板１４上の位置合わせ用の第1マーク１９との重ね合わせにより、位置ずれ量の検出が可能な位置合わせ用の第２マーク２０を配置する。これを図２のステップ１〜５を行って、位置ずれが発生する状態のままで透過型基板１４の搬送を行う。

図５は、透過型基板１４の中心と、チャック１５の中心を調整するフローチャートである。
透過型基板１４をチャック１５に搭載した後に、露光用の照明光学系２および露光光とは別のスコープ３０の光源１０を使用して、投影光学系９およびスコープ３０の撮像素子１３を用いてずれ量を検出する（図５のステップ１０１，１０２，１０３，１０４）。
この際、透過型基板１４が、ある程度の厚みを持っている場合には、透過型基板１４上の位置合わせ用の第1マーク１９と、チャック１５上の位置合わせ用の第２マーク２０の焦点距離が合わなくなるため、透過型基板１４を裏返して搬送する。または、透過型基板１４を限界まで薄くして、投影光学系９や撮像素子１３で検出する際の焦点位置を共通化させる必要がある。この検出されたずれ量は、装置内のオフセットとして管理し、以降の搬送時には、そのずれ量を考慮してチャック１５上に搭載することを可能とする（図５のステップ１０５，１０６，１０７）。なお、ウェハステージ１６が複数搭載された露光装置においては、各々のウェハステージ１６にてオフセットを個別に有する。

また、オフセット算出後に、チャック１５の取り外しや、クリーニング行為が行われた場合には再度オフセットの算出が必要である。この場合には、再度、透過型基板１４を使用してずれ量を追い込みなおすことも可能であるが、別の実施例として、以下の手段でも可能である。初めて透過型基板１４とチャック１５の位置のずれ量の検出を行う時に、ウェハステージ１６上に配置された図６に示される基準マーク２８と、チャック１５上に配置された相対位置確認用マーク２９を同時期に計測する。これにより、基準マーク２８と、チャック１５の相対位置関係を把握する。仮にチャッククリーニングや、チャック交換が行われたとしても、基準マークの配置関係は動くことが無い。このため、この基準マークを基準として、チャッククリーニングや、チャック交換後の基準マーク２８とチャック上マーク２９の相対位置ずれ量を算出し、この変化量を装置オフセットに加減算することで、基板搭載位置を再保証することが可能である。

本実施例の露光装置によって透過型基板１４の搬送から露光開始位置決めを行う場合には、図７に示されるように透過型基板１４上に初めて露光を行うシーケンスである１ｓｔシーケンス（ステップ１１１、１１２、１１３、１１９）がある。
さらに、２回目以降の２ｎｄシーケンスの２種類のシーケンス（ステップ１１４、１１５、１１６、１１７，１１８，１１９）がある。チャック１５と透過型基板１４の中心の位置合わせを行わないと、１ｓｔシーケンスの場合には、透過型基板１４のθ回転合わせ、ノッチ検出用ユニット２３によって、ある程度の位置出しが行われるが、チャック１５のずれ量が不定である。このため、透過型基板１４の中心と、チャック１５の中心の位置関係も不定となる。この場合、図８に示されるように透過型基板１４においてショットの露光位置１４ｂが、理想の露光位置１４ａからｅだけシフトし、ずれ量を発生する。このずれ量は半導体デバイスを作成する上で、後の工程で他の露光装置を使用する場合に、影響を及ぼす場合がある。

以上説明したように、本実施例によれば、チャック１５の中心と透過型基板１４の中心を合わせることにより、基板の形状の変形を低減させ、フォーカス制御精度を向上する。
また、チャック吸着、またはデフォーカス等によるディストーション低減によるＭｉｘ＆Ｍａｔｃｈの重ね合わせ精度を向上する。また、デバイスによって確定的に生じる、局所的な基板の変形や基板の反りによるデフォーカスやディストーションの影響が、もっとも発生しにくいように、チャック１５の中心と、基板の中心位置をずらす場合も有る。さらに、チャック矯正力を高めることで装置固有のディストーションを低減し、Ｍｉｘ
＆ Ｍａｔｃｈの精度を向上し、初めて露光される前記基板上の露光領域の位置に関する装置間差を低減する。また、チャック中心位置と、基板中心位置を故意に一定量ずらすことで、デバイスに応じた透過しない基板の固有の反りや変形依存のデフォーカス、またはディストーションを低減する。液浸露光装置において、基板とチャック間の中心位置を合わせることで、水漏れの影響を最小限にする。
以上の本発明の実施例は、半導体デバイス製造用の回路パターン転写を目的としたステップアンドリピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）、あるいは、ステップアンドスキャン方式を用いた走査型露光装置（スキャナー）である。
しかし、本発明は、これに限られず、たとえば多層膜反射鏡を用いた投影光学系を使用するＥＵＶ露光装置や、Ｘ線露光装置に代表されるプロキシミティー露光装置やそれらを用いたデバイス製造方法にも適用可能である。

（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

本発明の実施例の露光装置の概略構成図である。 図１の本実施例の露光装置における基板搬送動作の説明図である。 図１の本実施例の露光装置におけるウェハステージ定盤の吸着ピン交わし機構、吸着ピンの概略構成図である。 図１の実施例の露光装置における基板搬送時の透過型基板上の位置合わせ用の第1マークと、チャック上の位置合わせ用の第２マークを位置合わせした状態図である。 図１の実施例の露光装置で基板の中心と、チャックの中心を調整するフローチャートである。 図１の実施例の露光装置で基準マークとチャック中心位置の相対位置関係を把握しておくためのマークの状態図である。 図１の実施例の露光装置で基板に焼き付けるまでのフローチャートである。 図１の実施例の露光装置でチャック中心と基板中心がずれた時の基板上露光位置のイメージ図である。

符号の説明

２ 照明光学系 ３ アライメント検出光学系
４、５、６ ハーフミラー ７ レチクルステージ
８ レチクル
９ 投影光学系
１０ 光源
１１ 照明光学系
１２ 投影光学系とは別の光軸を有する光学系
１３ 撮像素子
１４ 基板
１５ チャック
１６ ウェハステージ
１７ ウェハステージ位置記憶装置 １８ レチクルステージ位置記憶装置
１９ 第1マーク
２０ 第２マーク
２１、２２ 搬送ハンド
２３ θ回転合わせ、ノッチ検出用ユニット
２４ 基板収納キャリア
２５ 吸着ピン
２６ 吸着ピン交わし機構
２７ 基板ステージ定盤
２８ 基準マーク
２９ 基準マークとの相対位置確認用マーク

Claims (3)

1. 基板を保持可能なチャックと、
   前記チャックを搭載して移動可能なステージと、
   前記基板を前記チャック上に搬送可能な搬送ハンドと、
   露光前に前記搬送ハンドにより前記チャック上に搬送された透過型基板に形成された第１マークと前記チャックに形成された第２マークとのずれ量を検出する検出手段と、
   露光すべき基板を前記搬送ハンドにより前記チャック上に搬送するときに、前記検出手段の出力に基づいて、少なくとも搬送ハンドまたは前記ステージの移動量を算出する算出手段と、
   前記算出手段の出力に基づいて、少なくとも前記搬送ハンドまたは前記ステージ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. 前記チャックは複数のピンを備え、前記第２マークが前記ピンの間に配置され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１または２記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
   
   
   

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