JP2009300798A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
位置合わせ計測を行う際に原版ステージと基板ステージの各々の微視的な変動を軽減させ、高精度な位置合わせを行う露光装置を提供する。
【解決手段】
原版を保持して移動される原版ステージと、前記基板を保持して移動される基板ステージと、前記原版ステージに配置された原版マークと前記投影光学系により投影された前記基板ステージに配置された前記基板マークとの撮像を行って前記原版マークの像と前記基板マークの像との相対位置を検出する検出手段と、前記原版ステージの動作と前記基板ステージの動作と前記検出手段の動作とを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記検出手段に前記撮像を行わせている間、前記原版ステージおよび前記基板ステージの一方の位置偏差に基づいて前記原版ステージおよび前記基板ステージの他方を前記一方に追従させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、液晶用のガラス基板などの大型の基板に原版パターンを投影露光する露光装置に関するものである。

近年、液晶露光装置は大型化が進む一方で位置合わせ計測の精度の要求が厳しくなってきている。
位置合わせ計測では、原版であるマスク上に位置する位置合わせマークと、基板上に位置する位置合わせマークを、投影光学系を介して同時に計測することによってマスクと基板との相対的な位置ずれを検出している。
マーク位置を計測する際には、ＣＣＤカメラ等で画像信号を取り込んで、取り込まれた画像信号を制御装置で処理することによりマーク位置を計測している。
そのため、位置合わせ計測を行う際の原版ステージであるマスクステージと基板ステージは、振動等による微小な変動が無い状態であることが理想である。
しかし、液晶露光装置の大型化によりマスクステージと基板ステージの大型化も進み、計測時にマスクステージと基板ステージの振動等による揺れを取り除くことが難しい。
このため画像信号の取り込みを行っている時間内のマスクステージ、基板ステージの微小な変動を無視することができない。

このため、特開平１０−２２３５２１号公報（特許文献１）では、位置合わせマークの画像信号の取り込みと同時に、基板ステージの位置を測長器で計測することで基板ステージの微視的な変動を無視している。
また、特許第３５４８４２８号公報（特許文献２）では、位置合わせマークの画像信号を取り込んでいる間、基板ステージの偏差を測長器により計測し、位置合わせ計測結果に基板ステージの偏差を考慮することで基板ステージの微視的な変動を無視している。
特許文献１および特許文献２の従来例共に基板ステージのみの位置計測を行う際には基板ステージの変動を無視することができる。
しかし、マスクステージと基板ステージとの相対的な位置合わせを行う位置合わせ計測においては、マスクステージと基板ステージがそれぞれ微視的に変動するため、特許文献１および特許文献２の従来例ではマスクステージの微視的な変動を無視できない。
特開平１０−２２３５２１号公報 特許第３５４８４２８号公報

特許文献１の従来例においては、位置合わせマークの画像信号の取り込みと同時に、基板ステージとマスクステージの位置を測長器により計測することにより、マスクステージと基板ステージの個別の微視的な変動を軽減させることができる。
また、特許文献２の従来例においては、位置合わせマークの画像信号を取り込んでいる間の基板ステージとマスクステージの偏差を測長器により計測し、位置合わせ計測結果に、それぞれのステージの偏差を考慮する。これにより基板ステージ、マスクステージの変動を無視することができる。
しかし、特許文献１の従来例においては、基板ステージの微視的変動を無視できる短い時間で画像信号を取り込む必要があるため、撮像素子への必要な積算露光量を与えられる検出光を選ぶ必要がある。
また、特許文献２においては、マークの画像信号の取り込み時に基板ステージとマスクステージへ同期信号を出す必要があり、新たにマークの画像信号を取り込む撮像装置とマスクステージとの間に同期用の信号線が必要になる。
そこで、本発明は、位置合わせ計測を行う際に原版ステージと基板ステージの各々の微視的な変動を軽減させ、高精度な位置合わせを行う露光装置を提供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、投影光学系を有し、原版および前投影光学系を介し基板を露光して前記原版に形成されたパターンを基板に転写する露光装置であって、前記原版を保持して移動される原版ステージと、前記基板を保持して移動される基板ステージと、前記原版ステージに配置された原版マークと前記投影光学系により投影された前記基板ステージに配置された前記基板マークとの撮像を行って前記原版マークの像と前記基板マークの像との相対位置を検出する検出手段と、前記原版ステージの動作と前記基板ステージの動作と前記検出手段の動作とを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記検出手段に前記撮像を行わせている間、前記原版ステージおよび前記基板ステージの一方の位置偏差に基づいて前記原版ステージおよび前記基板ステージの他方を前記一方に追従させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、位置合わせ計測を行う際に原版ステージと基板ステージの各々の微視的な変動を軽減させ、高精度な位置合わせを行う。

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、本発明の実施例１の露光装置の概略構成図である。
本実施例１は、投影光学系であるミラー投影光学系５２，５３，５４を有し、原版であるマスクＭおよびミラー投影光学系５２，５３，５４を介し基板Ｐを露光してマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに転写する装置である。
さらに、原版ステージであるマスクステージＭＳＴ、基板ステージＰＳＴ、観察光学系６０、照明系ＩＬを有する。
原版ステージであるマスクステージＭＳＴは、原版であるマスクＭを保持して移動される手段である。
基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持して移動される手段である。
検出手段である観察光学系６０は、結像光学系と撮像素子を有し、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの相対的位置を検出する手段である。
観察光学系６０は、マスクステージＭＳＴに配置された図６に示される原版マーク８１とミラー投影光学系５２，５３，５４により投影された基板ステージＰＳＴに配置された基板マーク８０との撮像を行う。
この撮像により、原版マーク８１の像と基板マーク８０の像との相対位置を検出する。
すなわち、観察光学系６０は、マスクＭに形成されたマークとしての原版マーク８１と基板Ｐに形成されたマークとしての基板マーク８０との撮像を行って原版マーク８１の像と基板マーク８０の像との相対位置を検出する。
ここで、マスクステージＭＳＴに配置された原版マーク８１には、マスクステージＭＳＴの基準マークをも含む。
また、基板ステージＰＳＴに配置された基板マーク８０には、基板ステージＰＳＴの基準マークをも含む。

制御手段である制御回路３４は、原版ステージであるマスクステージＭＳＴの動作と基板ステージＰＳＴの動作と検出手段である観察光学系６０の動作とを制御する手段である。
より具体的には、マスクステージＭＳＴは、制御回路３４により制御されるアクチュエータから成るマスクステージ駆動手段ＭＳＴＤにより駆動される。
基板ステージＰＳＴは、制御回路３４により制御されるアクチュエータから成る基板ステージ駆動手段ＰＳＴＤにより駆動される。
さらに、マスクステージＭＳＴ、基板ステージＰＳＴを観察位置に移動させるときに、Ｘ方向の位置を計測するレーザ干渉計Ｍｘ１、Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｘ３、ミラー３２ａ、３３ａを有する。
さらに、マスクステージＭＳＴ、基板ステージＰＳＴを観察位置に移動させるときに、Ｙ方向とθ方向の位置を計測するレーザ干渉計Ｍｙ１、Ｍｙ２、Ｐｙ１、Ｐｙ２とミラー３２ｂ、３３ｂを有する。
制御手段である制御回路３４は、検出手段である観察光学系６０に撮像を行わせている間、マスクステージＭＳＴおよび基板ステージＰＳＴの一方の位置偏差に基づいてマスクステージＭＳＴおよび基板ステージＰＳＴの他方を一方に追従させるように動作させる。
ここで、位置偏差は、マスクステージＭＳＴおよび基板ステージＰＳＴに対する目標位置と、レーザ干渉計Ｍｘ１・・・、レーザ干渉計Ｍｙ１・・・によるマスクステージＭＳＴおよび基板ステージＰＳＴの計測位置とのずれ量をいう。
マスクステージＭＳＴおよび基板ステージＰＳＴの追従する他方の位置偏差の移動平均を同期精度の指標とし、移動平均をとる時間は、たとえば、観察光学系６０を構成する撮像素子の蓄積時間（例えば、１６ｍｓｅｃ）とする。
制御回路３４は、検出手段である観察光学系６０に撮像を行わせている間、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの一方と他方との間の相対位置偏差を逐次算出し、算出された相対位置偏差に基づいて観察光学系６０に撮像を再度行わせる場合も有る。

次に、本実施例１による位置合わせ計測方法について説明する。
図２は、図１の露光装置における露光シーケンスの一例を示すフローチャートで、図３は図２のステップ２０２の計測シーケンスの詳細なフローチャートである。
まず、基板搬送ロボット（不図示）により、基板Ｐが基板ステージＰＳＴに搭載される。（ステップ２０１）
次に、制御回路３４は、図４に示される1番目の計測マーク位置Ｍｌ１、Ｍｒ１が観察光学系６０の視野範囲内に位置するように、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴを駆動させる。（ステップ２０２）
計測マーク位置Ｍｌ１、Ｍｒ１へのステップ移動（ステップ３０１）が終了するとステージ停止判定処理が行なわれる。
ステージ停止判定処理では予め設定された時間の間、予め設定されたトレランス内にステージの振動が収まると終了となる。（ステップ３０２）
ステージ停止判定が終了するとマスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの同期制御を開始する（ステップ３０３）と共に同期精度監視を開始する。（ステップ３０４）
なお、露光は、Ｓ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１の順序で行う。

図５は同期制御の概略説明図である。
同期制御を開始するとマスクステージＭＳＴが基板ステージＰＳＴのＸ方向、Ｙ方向あるいはθの揺れに同期して駆動する。
同期中は基板ステージＰＳＴの実際の位置をＸ方向はレーザ干渉計Ｐｘ１、Ｙ方向はレーザ干渉計Ｐｙ１、θはレーザ干渉計Ｐｙ１、Ｐｙ２により計測し制御回路３４からの指令値と実際の位置との差(ｄｘ，ｄｙ，ｄθ)を式(１)により求める。

ここで、(Ｐｘｒｅｆ，Ｐｙｒｅｆ，Ｐθｒｅｆ)は基板ステージＰＳＴの位置の指令値、(Ｐｘｐｏｓ，Ｐｙｐｏｓ，Ｐθｐｏｓ)はレーザ干渉計により計測した実際の基板ステージＰＳＴの位置である。
次に式(２)によりマスクステージＭＳＴの駆動量(Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍθ)を求める。

ここで、(Ｍｘｒｅｆ，Ｍｙｒｅｆ，Ｍθｒｅｆ)はマスクステージＭＳＴの位置の指令値、(Ｍｘｐｏｓ，Ｍｙｐｏｓ，Ｍθｐｏｓ)は、レーザ干渉計により計測した実際のマスクステージＭＳＴの位置である。
基板ステージＰＳＴの指令値と実際の位置との差(ｄｘ，ｄｙ，ｄθ)をマスクステージＭＳＴの各軸に反映させる際には、投影光学系の特性を考慮する必要がある。
例えば、投影光学系がミラー投影光学系５２，５３，５４である場合には左右反転、レンズである場合には上下左右反転となる。
本実施例の式(２)は、投影光学系にミラー投影光学系５２，５３，５４を用いた場合の符合となる。

図６を参照して、このときの位置合わせマークである基板マーク８０、原版マーク８１が観察光学系６０でどのように観察されるかを説明する。
まず、図６(a)に示される位置に基板マーク８０、原版マーク８１が観察され、その後、計測中に基板ステージＰＳＴが、(ｄｘ，ｄｙ，ｄθ)だけ変動した。
この場合に、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴが同期していないと、図６(b)に示されるようにマスクＭの原版マーク８１に対する基板Ｐの基板マーク８０の相対位置がずれてしまう。
しかし、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴを同期させていると、基板ステージＰＳＴの位置をレーザ干渉計Ｐｘ１、Ｐｙ１、Ｐｙ２で計測し、指令値との差を求め式(２)によりマスクステージＭＳＴを駆動させる。
このため、図６(c)に示されるように基板マーク８０、原版マーク８１が観察されマスクＭ上の原版マーク８１に対する基板Ｐ上の基板マーク８０の位置が変化せずに一定である。

次に、観察光学系６０内に位置した計測マーク位置Ｍｌ１とＭｒ１とを同時に計測し、計測マーク位置Ｍｌ１、Ｍｒ１でのマスクＭと基板Ｐとの相対的なズレ量が分かる。
計測が終了したら同期制度監視を終了させ、計測中のＸ方向、Ｙ方向、Ｔ軸の同期精度の結果を取得する。
取得した同期精度の結果と予め設定されたトレランスと比較（ステップ３０７）し、トレランスを超えた場合には計測のリトライ処理を行う。
この監視機能により計測時のステージ精度による誤計測を未然に防ぐことができる。
以下、計測マーク位置（Ｍｌ１、Ｍｒ１）と同様に、制御回路３４は、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴを駆動する。
すなわち、図４に示される計測マーク位置（Ｍｌ２、Ｍｒ２）…（Ｍｌ１２、Ｍｒ１２）の順に、各ショットに３つずつ形成される基板マーク８０、原版マーク８１が観察光学系６０の視野内に入るように、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴを駆動する。
これにより、それぞれの計測マーク位置でのマスクＭと基板Ｐとの相対的なＸ方向のずれ量とＹ方向のずれ量を求める。
全てのショットの計測が終了したかどうかを判定（ステップ３０９）し、計測が終了した場合には、制御回路３４は、計測した各々の計測マーク位置でのずれ量から露光時の補正量を算出し図４に示した順で露光処理を行う。
ステップ２０３の露光処理が終了した場合には、基板搬送ロボット（不図示）により基板Ｐが本実施例の露光装置より搬出される（ステップ２０４）。
本実施例１によれば、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの相対的な位合わせ計測を行うときに、マスクステージＭＳＴを基板ステージＰＳＴに同期させて、基板ステージＰＳＴの指令値に対する位置偏差をマスクステージＭＳＴ側の指令値に足しこむ。
これにより、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの相対位置を一定に保ち、計測中のマスクステージＭＳ、基板ステージＰＳＴの各々の変動を軽減し、高精度な位置合わせ計測を行うことができる。
更に、位置合わせ計測中には、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの同期精度を監視し、計測終了後に同期精度の結果が予め設定されているトレランスを超えた場合には、再度、位置合わせ計測を行う。
これにより、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの変動による位置合わせ計測の精度の劣化を防止し、高精度な位置合わせ計測を行うことができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。
実施例１では、同期制御の開始をマスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの停止判定後に行った。
しかし、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの振動が、ステップ移動終了後、同期制御を開始しても良い程度に小さい場合には、ステージ停止判定を行わずに同期制御を開始する。
その場合、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴの停止判定処理を行わなくて済むのでスループットが向上する。
また、同期制御開始後にマスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴが振動してしまって同期精度が劣化する場合には、同期制御後に同期時の振動が予め設定されたトレランスに収束するまで同期制御の停止判定を行っても良い。

（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、を経ることにより形成、製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。

本発明の実施例１の露光装置の概略構成図である。 本実施例１の動作を示す全体フローチャートである。 本実施例１における計測動作の詳細を示すフローチャートである。 本実施例１での計測を行う位置/露光順序を示した図である。 本実施例１の制御の概略構成図である。 本実施例１の制御を行ったときに観察されるマークの見え方を示した図である。

符号の説明

ＭＳＴ：マスクステージ
ＰＳＴ：基板ステージ
ＩＬ：照明光学系
Ｐｘ１、Ｐｘ２、Ｐｙ１、Ｐｙ２、Ｍｘ１、Ｍｙ１、Ｍｙ２：レーザ干渉計
３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ：ミラー
３４：制御回路
５２、５３、５４：ミラー投影光学系
６０：観察光学系
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４：ショット番号、
Ｍｌ１、Ｍｒ１、・・・Ｍｌ１２、Ｍｒ１２：計測マーク位置
８０：基板マーク ９０：原版マーク

Claims (4)

1. 投影光学系を有し、原版および前記投影光学系を介し基板を露光して前記原版に形成されたパターンを基板に転写する露光装置であって、
   前記原版を保持して移動される原版ステージと、
   前記基板を保持して移動される基板ステージと、
   前記原版ステージに配置された原版マークと前記投影光学系により投影された前記基板ステージに配置された前記基板マークとの撮像を行って前記原版マークの像と前記基板マークの像との相対位置を検出する検出手段と、
   前記原版ステージの動作と前記基板ステージの動作と前記検出手段の動作とを制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記検出手段に前記撮像を行わせている間、前記原版ステージおよび前記基板ステージの一方の位置偏差に基づいて前記原版ステージおよび前記基板ステージの他方を前記一方に追従させる、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記検出手段は、前記原版に形成されたマークとしての前記原版マークと前記基板に形成されたマークとしての前記基板マークとの撮像を行って前記原版マークの像と前記基板マークの像との相対位置を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御手段は、前記検出手段に前記撮像を行わせている間、前記一方と前記他方との間の相対位置偏差を逐次算出し、算出された前記相対位置偏差に基づいて前記検出手段に前記撮像を再度行わせる、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１から３のいずれかに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、
   該現像された基板を用いて、デバイスを形成する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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