JP2010062479A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面位置の計測に要する時間を短縮する。
【解決手段】露光装置は、基板を走査しながらその表面位置を計測し、その計測結果に基づいて該基板の表面位置を制御しながら該基板を露光するように構成され、基板の走査方向と交差する方向に配列された複数の計測点において基板の表面位置をそれぞれ計測する複数のセンサを含む計測部と、基板にデバイスパターンが形成されていない場合には、前記複数のセンサの全部を用いて前記計測部に基板の表面位置を計測させ、基板にデバイスパターンが形成されている場合には、当該デバイスパターンの周期性に応じて前記複数のセンサの全部又は一部を用いて前記計測部に基板の表面位置を計測させる制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を走査しながらその表面位置を計測し、その計測結果に基づいて該基板の表面位置を制御しながら該基板を露光する露光装置、および、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術によって半導体デバイス等のデバイスを製造するために露光装置が使用される。露光装置は、原版（レチクル又はマスクとも呼ばれる）に形成されたパターンを感光剤が塗布された基板に対して投影光学系によって基板に投影する。これによって、原版のパターンが感光剤に潜像パターンとして転写される。潜像パターンは、現像工程を経てレジストパターンとなる。このレジストパターンを使ってその下地の層に対してエッチング等の処理がなされて、ラインやホール等のような幾何学的な構造を有するデバイスパターンが形成されうる。

近年では、露光装置は、解像度の向上と露光領域の拡大のために、原版と基板とを相対的に走査（スキャン）し、原版のパターンを基板の各ショット領域に転写する走査露光装置（スキャナ）が主流となっている。

従来の単一の基板ステージを有する走査露光装置では、図２に示すように、ショット領域２０４をスリット形状の露光光２０３を用いて露光する際に、それと並行して、フォーカス計測部によって基板の表面位置が計測される。フォーカス計測部は、走査方向の前方に配置された複数の計測点２０１で基板の表面位置を計測する複数のセンサを有する。

上記のような表面位置の計測に関して、ショット領域毎のパターンの連続性とウエハ表面の大局的な表面形状とに基づいて計測誤差を除去する方法が知られている（特許文献１）。この計測誤差の除去方法では、基板内に複数存在する同一の回路パターンを定められたショット内位置において計測し、各々の基板内平均値を回路パターンにより発生するオフセット量として算出する。これにより、高精度なリアルタイムフォーカス制御を実現している。基板の表面位置の計測結果は、投影光学系の像面に対する基板の表面位置の調整、即ち、フォーカシングのためにも利用される。

デバイスの生産性を向上させるため、複数の基板ステージを用いて原版のパターンを基板に転写する露光装置が注目されている（特許文献２）。このタイプの露光装置では、予め基板の表面形状を計測しておき、これを露光時に反映させる。
特開平０９−０４５６０８号公報 特開２０００−３２３４０４号公報

基板を走査しながらその表面形状（表面位置）を計測する露光装置では、より高精度に表面形状を計測するために、基板の表面に形成された膜の特性やデバイスパターンの存在に起因して発生する計測誤差が除去される。デバイスパターンの存在に起因して発生する計測誤差を除去するためには、図３に示すように、デバイスパターンの同一位置を同一のセンサ（計測点）で計測する必要がある。しかし、膜の特性やセンサのばらつきによって発生する計測誤差は、デバイスパターンやショットレイアウトに依存するものではない。

従来は、ショット領域の幅に応じてフォーカス計測器による計測幅（計測のために使用するセンサの個数）を決定していた。このような方法では、ショット領域のサイズが小さくなると一度に計測できる領域が小さくなるために、デバイスパターンの有無にかかわらず長い計測時間を要する。図３および図４に示すように、ショット領域の幅がＬからＬ／２になると、一度に計測できる領域１／２に減少し、それに伴って計測のための走査回数が２倍に増加してしまう。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、基板の表面位置の計測に要する時間を短縮することを目的とする。

本発明の第１の側面は、基板を走査しながらその表面位置を計測し、その計測結果に基づいて該基板の表面位置を制御しながら該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、基板の走査方向と交差する方向に配列された複数の計測点において基板の表面位置をそれぞれ計測する複数のセンサを含む計測部と、基板にデバイスパターンが形成されていない場合には、前記複数のセンサの全部を用いて前記計測部に基板の表面位置を計測させ、基板にデバイスパターンが形成されている場合には、当該デバイスパターンの周期性に応じて前記複数のセンサの全部又は一部を用いて前記計測部に基板の表面位置を計測させる制御部とを備える。

本発明の第２の側面は、デバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて基板を露光する工程と、該基板を現像する工程とを含む。

本発明によれば、例えば、基板の表面位置の計測に要する時間を短縮することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。図１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。光源１は、例えば、エキシマレーザ又はｉ線ランプである。光源１から射出された光は、光学部材１２２に入射する。光学部材１２２は、光の強度を減衰させるために使用される。光学部材１２２は、例えば、互いに異なる複数の減光率を有する光学素子（例えば、ＮＤフィルタ）を含む。光学部材１２２を通過した光は、光学ユニット１０２に入射する。光学ユニット１０２は、コヒーレントな光の角度を振動させることで、照度むらを低減する。光学ユニット１０２を通過した光は、ビーム整形光学系１０３に入射する。ビーム整形光学系１０３は、光の断面形状を整形するとともに光をインコヒーレント化する。

ビーム整形光学系１０３を通過した光は、オプティカルインテグレータ１０５を通過し、コンデンサレンズ１０６に入射する。コンデンサレンズ１０６は、オプティカルインテグレータ１０５が形成する２次光源からの光でマスキングブレード１０９を照明する。コンデンサレンズ１０６を通過した光の一部は、ハーフミラー１０７で取り出されて集光レンズ１１１を介してフォトディテクタ１１２に入射する。フォトディテクタ１１２は、基板（ウエハ）１１８が露光されているときの露光量をモニタするために使用される。

マスキングブレード１０９は、例えば、上下左右４枚の独立に駆動される遮光板を含み、結像レンズ１１０に関して、原版（レチクル）１１６と光学的に共役面に配置されている。スリット部材１０８は、例えば、一対の遮光板を含み、マスキングブレード１０９が配置された面から光軸方向にシフトした位置に配置されている。そのため、スリット部材１０８を通過した光によって形成される光強度分布は、台形状の断面形状を有する。結像レンズ１１０は、スリット部材１０８およびマスキングブレード１０９を通過した光で原版１１６を照明する。

投影光学系１１３は、原版１１６のパターンを基板１１８に投影する。原版１１６は、原版ステージ１１５によって保持され、基板１１８は、基板ステージ１１７によって保持される。原版ステージ１１５、基板ステージ１１７は、例えば、エアパット等により浮上した状態で駆動される。

基板１１８の露光量は、フォトディテクタ１１２により検出され、制御される。また、基板ステージ１１７には照度計１１４が取り付けられている。照度計１１４による検出結果とフォトディテクタ１１２による検出結果との関係を調べておくことで、基板１１８の露光量をフォトディテクタ１１２によってモニタすることができる。

原版ステージ１１５と基板ステージ１１７との位置調整等の各種のキャリブイレーションのために、基板ステージ１１７の上には、フィディシャルマーク１２６が配置されている。

この露光装置は、２つの基板ステージ１１７、１１９を備えている。２つの基板ステージ１１７、１１９は、それらの位置が相互に入れ替えられうる。基板ステージ１１７、１１９は、例えば、ステージ制御部１２８によって制御される。基板ステージ１１９は、基本的には基板ステージ１１７と同様の構成を有しうる。基板ステージ１１９は、例えば、照度計１２０、フィディシャルマーク１２７を有する。

フォーカス計測およびアライメント計測をするための計測ステーションには、アライメント計測のためのスコープ１２３、フォーカス計測（基板の表面位置或いは表面形状の計測）のためのフォーカス計測部ＦＭが配置されている。フォーカス計測およびアライメント計測は、計測制御部１２９によって制御される。ステージ制御部１２８および計測制御部１２９は、主制御部（特許請求の範囲に記載された制御部に対応する）１３０によって制御される。

フォーカス計測部ＦＭによるフォーカス計測（基板の表面位置或いは表面形状の計測）は、この実施形態では、斜入射方式によってなされる。フォーカス計測部ＦＭは、複数のセンサを有し、各センサは、基板上の計測点に光を斜入射によって投光する投光器１３１と、計測点で基板から反射されてくる光を検出するディテクタ１３２とを含む。計測制御部１２９は、ディテクタ１３２によって検出された光の強度分布に基づいて計測点における基板の表面位置を検出する。フォーカス計測部ＦＭを構成する複数のセンサは、基板の走査方向と交差する方向（典型的には、直交する方向）における複数の計測点において基板の表面位置をそれぞれ計測する。これにより、基板の表面形状を示すデータが得られる。

露光装置Ｉ／Ｆ１２４は、入力デバイス（例えば、キーボード、マウスなど）を含み、当該入力デバイスから与えられる指示に応じて露光装置の動作を規定する。露光装置Ｉ／Ｆ１２４はまた、基板の露光条件、ショットレイアウト等の条件を管理する。オペレータは、その管理されている条件から選択される条件で露光装置を動作させる。また、露光装置Ｉ／Ｆ１２４は、露光装置が設置されている環境にある基幹ネットワーク（例えば、ローカルネットワーク）１２５などに接続されており、そこから露光装置の動作条件等がダウロードされる場合もある。

主制御部１３０は、露光装置Ｉ／Ｆ１２４を介してオペレータ又はネットワーク１２５から与えられる指示に従って、露光装置の各部を制御する。

以上のようなツインステージタイプの露光装置では、投影光学系１１３等を有する露光ステーションにおいて基板を露光している間に、スコープ１２３およびフォーカス計測部ＦＭを有する計測ステーションにおいて次の基板を計測することができる。計測ステーションにおける計測は、典型的には、下地のショット領域の歪み量の計測（アライメント計測）と基板の表面位置（表面形状）の計測（フォーカス計測）とを含む。ツインステージタイプの露光装置では、各基板は、計測ステーションで計測がなされた後に露光ステーションで露光される。したがって、例えば、図５に示す例では、白丸で示される計測結果群５０１と黒丸で示される計測結果群５０２とからショット領域５０３の中の計測結果を抽出してショット領域５０３の露光のためのフォーカス制御を行えばよい。つまり、ツインステージタイプの露光装置では、基板の表面における計測点の位置がショットレイアウトによって制限されることがない。しかしながら、従来は、基板の表面における計測点の位置は、基板に既にデバイスパターンが形成されているか否かにかかわらず、基板のショットレイアウト（ショット領域のレイアウト）に従って定められていた。

以上のように、ツインステージタイプの露光装置では、従来のようにショットレイアウトに沿ってショット領域の幅を単位として基板の表面位置を計測するのではなく、任意の計測経路に従って基板の表面位置を計測することができる。この実施形態では、主制御部１３０は、基板にデバイスパターンが形成されていない場合には、複数のセンサの全部を用いてフォーカス計測部ＦＭに基板の表面位置を計測させる。一方、主制御部１３０は、基板にデバイスパターンが形成されている場合には、当該デバイスパターンの周期性に応じて複数のセンサの全部又は一部を用いてフォーカス計測部ＦＭに基板の表面位置を計測させる。

なお、基板にデバイスパターンが存在しない場合、フォーカス計測部ＦＭによる計測の誤差の原因は、例えば、基板上の膜の特性や、フォーカス計測部ＦＭを構成する複数のセンサのばらつきである。つまり、基板にデバイスパターンが存在しない場合、フォーカス計測部ＦＭによる計測の誤差は、以後にリソグラフィ工程を通して形成されるデバイスパターンには依存しない。

図６は、フォーカス計測部ＦＭを構成する複数のセンサにそれぞれ対応する複数の計測点の配置例を示す図である。ここで、一対の投光器１３１およびディテクタ１３２によって構成される１つのセンサに１つの計測点が対応し、複数の計測点は、基板の走査方向と交差（典型的には直交）する方向に配列される。図６において、フォーカス計測器ＦＭを構成する複数のセンサの全部を使用して計測することができる計測領域は、フォーカス計測器ＦＭによる最大計測幅Ｒである。

基板にデバイスパターンが存在しない場合、図７のように、最大計測幅Ｒで基板上を分割した計測経路に従って基板の表面形状を計測することができる。図８は、従来例におけるセンサの使用方法を模式的に示す図であり、同図には、従来例において基板の表面形状を計測するために使用されるセンサが有効センサ、使用されないセンサが無効センサとして示されている。図１０は、本発明の好適な実施形態におけるセンサの使用方法を模式的に示す図である。図１０に示す本発明の好適な実施形態では、フォーカス計測部ＦＭを構成する複数のセンサの全部が有効センサとして使用される。「隣接する計測列」とは、現在計測されている計測列に隣接する計測列であり、典型的には、現在計測されている計測列の前又は後に計測がなされる列である。なお、図９および図１０では、説明の便宜上、計測点の位置がセンサの位置として示されている。

従来例では、ショット領域の幅を単位として計測がなされていたので、図８のようにショット領域のサイズが小さくなると、それに伴って同時に計測される領域が小さくなり、計測経路を構成する計測列の数が増加する。しかし、本発明の好適な実施形態によれば、図９のように、ショット領域が小さいレイアウトにおいても、最大計測幅Ｒを単位として計測がなされるので、計測経路を構成する計測列の数が増加することがない。また、本発明の好適な実施形態によれば、ショットレイアウトに依存することなく、あらゆる基板を同一の計測経路に従って計測することができるので、計測経路の計算や有効センサを決定する処理を省くことができる。

図９において、センサの配列間隔Ｌ１と、隣接した計測列間におけるセンサの間隔Ｌ２とが一致するように計測経路が定められている。このような計測経路を決定することで、基板上における計測位置が同一格子上に並ぶので、基板の表面位置の計測結果をグラフィカルに表示する場合や露光領域内の計測ポイントを計算する際の計算負荷を低減することができる。

次に、基板にデバイスパターンが存在する場合における基板の表面形状の計測方法を説明する。基板にデバイスパターンが存在する場合は、基板上の同一構造を有する箇所において表面の位置を計測するべきである。基板上で同一構造を有する箇所は、ショット領域を周期として現れるとともに、チップ領域を周期として現れる。ここで、１つのショット領域が１つのチップ領域からなる場合と、１つのショット領域が複数のチップ領域からなる場合とがある。

基板にデバイスパターンが存在する場合における基板の表面形状の計測方法には、次のような方法がある。

第１の方法は、２以上のショット領域の表面位置をフォーカス計測部ＦＭによって同時に計測することができる場合に実行される。第１の方法は、主制御部１３０がフォーカス計測部ＦＭに当該２以上のショット領域の表面位置を同時に計測させる。

第２の方法は、２以上のショット領域の表面位置をフォーカス計測部ＦＭによって同時に計測できず、かつ、２以上のチップ領域からなりショット領域よりも大きい計測領域の表面位置をフォーカス計測部ＦＭによって同時に計測できる場合に実行されうる。第２の方法では、主制御部１３０は、フォーカス計測部ＦＭに当該計測領域の表面位置を同時に計測させる、
或いは、第２の方法は、２以上のショット領域の表面位置をフォーカス計測部ＦＭによって同時に計測できるか否かとは無関係に実行されてもよい。即ち、第２の方法は、２以上のチップ領域からなりショット領域よりも大きい計測領域の表面位置をフォーカス計測部ＦＭによって同時に計測できる場合に実行されてもよい。

図１０は、第１の方法に従う計測方法を例示的に示す図である。フォーカス計測部ＦＭを構成する複数のセンサの配列方向（以下、センサ配列方向）におけるショット領域の幅をｒとする。図１０に示す例では、２つのショット領域が同時に計測され、このときの計測領域の幅は、２ｒであり、最大計測幅Ｒ以下である。ここで、第１の方法は、ｒ≦Ｒ／Ｓ（Ｓは、２以上の整数）を満たす場合に実行することができる。ここで、Ｓは、同時に計測することができるショット領域の数を示す。このようにショット領域の幅の整数倍を計測の幅として計測を実行することで、計測に要する時間を短縮するとともに、デバイスパターンに依存する計測誤差を除去することができる。

図１１は、第２の方法に従う計測方法を例示的に示す図である。センサ配列方向におけるチップ領域の幅をｃとする。図１１に示す例では、３つのチップ領域が同時に計測され、このときの計測領域の幅は、３ｃであり、最大計測幅Ｒ以下である。ここで、第２の方法は、ｒ≦Ｒ／Ｓ（Ｓは、２以上の整数）を満たさず、かつ、ｒ＜ｃ×Ｓ≦Ｒ（Ｓは、２以上の整数）を満たす場合に実行されうる。第２の方法では、ショット領域の幅より大きい幅であって、かつ、チップ領域の幅の整数倍の幅、を計測領域の幅として計測を実行することで、計測に要する時間を短縮するとともにデバイスパターンに依存する計測誤差を除去することができる。

なお、ショット領域内のチップ領域が互いにスクライブラインによって隔てられ、ショット領域間ではチップ領域がショットレイアウトに従って隔てられることを考慮すると、第１の方法が実行不能な場合に第２の方法が実行されるべきである。

図１２は、本発明の好適な実施形態の露光装置の動作を示すフローチャートである。図１２に示す動作は、主制御部１３０によって制御される。ここでは、基板にデバイスパターンが存在する場合に第２の方法よりも第１の方法を優先する例を示している。

まず、ステップＳ１２０１では、主制御部１３０は、表面位置（表面形状）を計測するべき基板にデバイスパターンが存在するか否かを示す基板情報を読み込む。ここで、基板情報は、例えば、露光装置Ｉ／Ｆ１２４を介してユーザによって与えられてもよいし、露光装置内の不図示のメモリに予め保存されてもよい。

ステップＳ１２０２では、主制御部１３０は、基板情報に基づいて、基板にデバイスパターンが存在するか否かを判断し、存在する場合にはステップＳ１２０３に処理を進め、存在しない場合にはステップＳ１２０６に処理を進める。

ステップＳ１２０６では、主制御部１３０は、図７に例示的に示すように、最大計測幅Ｒで基板を分割した計測経路に従って基板の表面位置（表面形状）を計測するように計測制御部１２９を制御する。

ステップＳ１２０３では、主制御部１３０は、ｒ≦Ｒ／Ｓ（Ｓは、２以上の整数）を満たすか否かを判断し、満たす場合には処理をステップＳ１２０５に進め、満たさない場合には処理をステップＳ１２０４に進める。

ステップＳ１２０５では、主制御部１３０は、前述の第１の方法に従って計測制御部１２９を制御する。即ち、主制御部１３０は、複数のショット領域からなる計測領域の幅で基板を分割した計測経路に従って基板の表面位置（表面形状）を計測するように計測制御部１２９を制御する。

ステップＳ１２０４では、主制御部１３０は、ｒ＜ｃ×Ｓ≦Ｒ（Ｓは、２以上の整数）を満たすか否かを判断し、満たす場合には処理をステップＳ１２０７に進め、満たさない場合には処理をステップＳ１２０８に進める。

ステップＳ１２０４では、主制御部１３０は、前述の第２の方法に従って計測制御部１２９を制御する。即ち、主制御部１３０は、ショット領域の幅より大きい幅であって、かつ、チップ領域の幅の整数倍の幅、を計測領域の幅とする。そして、主制御部１３０は、この計測領域の幅で基板を分割した計測経路に従って基板の表面位置（表面形状）を計測するように計測制御部１２９を制御する。

ステップＳ１２０８では、主制御部１３０は、ショット領域の幅で基板を分割した計測経路に従って基板の表面位置（表面形状）を計測するように計測制御部１２９を制御する。

ステップＳ１２０９では、ステップ１２０５、Ｓ１２０６、Ｓ１２０７又はＳ１２０８で計測された計測値に含まれる誤差が低減されるように該計測値を補正する。

ステップＳ１２１０では、主制御部１３０は、ステップＳ１２０９で補正された計測値に基づいてフォーカス調整（基板の表面位置の調整）を実行しながら基板を露光するように、露光ステーションの各部を制御する。

本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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）を含みうる。

本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 先読み形式の基板表面の計測方法を示す図である。 ショット領域の幅（Ｌ）で基板を分割した計測経路を示す図である。 ショット領域の幅（Ｌ／２）で基板を分割した計測経路を示す図である。 計測箇所とショット領域との関係を例示する図である。 フォーカス計測部の複数のセンサ（計測点）を模式的に示す図である。 基板にデバイスパターンが存在しない場合における計測経路を例示する図である。 従来例において表面位置の計測のために有効に使用されるセンサを示す図である。 本発明の好適な実施形態において表面位置の計測のために有効に使用されるセンサを示す図である。 複数のショット領域からなる計測領域で基板を分割した計測経路を例示する図である。 複数のチップ領域からなる計測領域で基板を分割した計測経路を例示する図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

ＦＭ フォーカス計測部
１３０ 主制御部
１３１ 投光器
１３２ ディテクタ
１１８、１２１ 基板
２０１ 計測点

Claims (5)

1. 基板を走査しながらその表面位置を計測し、その計測結果に基づいて該基板の表面位置を制御しながら該基板を露光する露光装置であって、
   基板の走査方向と交差する方向に配列された複数の計測点において基板の表面位置をそれぞれ計測する複数のセンサを含む計測部と、
   基板にデバイスパターンが形成されていない場合には、前記複数のセンサの全部を用いて前記計測部に基板の表面位置を計測させ、基板にデバイスパターンが形成されている場合には、当該デバイスパターンの周期性に応じて前記複数のセンサの全部又は一部を用いて前記計測部に基板の表面位置を計測させる制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、基板にデバイスパターンが形成されていて、かつ、前記計測部が２以上のショット領域の表面位置を同時に計測することができる場合には、前記計測部に当該２以上のショット領域の表面位置を同時に計測させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、基板にデバイスパターンが形成されていて、かつ、前記計測部が２以上のショット領域の表面位置を同時に計測することができず、かつ、前記計測部が２以上のチップ領域からなりショット領域よりも大きい計測領域の表面位置を同時に計測することができる場合には、前記計測部に当該計測領域の表面位置を同時に計測させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、基板にデバイスパターンが形成されていて、かつ、前記計測部が２以上のチップ領域からなりショット領域よりも大きい計測領域の表面位置を同時に計測することができる場合には、前記計測部に当該計測領域の表面位置を同時に計測させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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