JP2010153650A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スペクトル幅の安定に要する時間を削減し、スループットを向上させる。
【解決手段】露光装置ＥＸは、光源１から供給される光を使ってレチクルのパターンを投影光学系１３によってウエハに投影してウエハを露光する露光処理、および、光源１から供給される光を使って露光処理におけるレチクルとウエハとの位置合わせのための計測処理を実行する。露光装置ＥＸは、光源１を制御する制御部１６を備える。光源１は、発生する光のスペクトル幅を制御するスペクトル幅制御システム３０を含む。制御部１６は、計測処理ではスペクトル幅制御システム３０を非動作状態にして光源１を第１発振周波数で発振させ、露光処理ではスペクトル幅制御システム３０を動作状態にして光源１を第２発振周波数で発振させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置およびデバイス製造方法に係り、光源から供給される光を使って露光処理および計測処理を実行する露光装置、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。

近年、半導体デバイス等のデバイスを製造するために使用される露光装置において、解像力の向上のために露光光の波長の短波長化が進められている。現在では、露光光を発生する光源の主流は、ガスレーザの一種であるＫｒＦまたＡｒＦエキシマレーザである。

エキシマレーザでは、狭帯域化モジュールにより特定波長の光のみを選択して発振させる。特許文献１には、狭帯域化モジュール内の波面補正器の波面補正特性を変化させることでスペクトル幅を安定化させることが記載されている。

従来の露光装置では、エキシマレーザが発生する光は、原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して基板を露光する露光処理、および、光源から供給される光を使って露光処理における原版と基板との位置合わせのための計測処理において使用される。計測処理では、例えば、基板ステージのＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置が計測されうる。なお、Ｚ方向は、投影光学系の光軸に沿った方向であり、Ｘ、Ｙ方向は該光軸に直交する面において互いに直交する方向である。
特開２００６−０２４８５５号公報 特開２００４−２８８８７４号公報

エキシマレーザはガスレーザであるため、定期的にチャンバ内のガスを交換する必要がある。ガスの交換により、チャンバ内のガスの成分比率が変動して、発生する光のスペクトル幅が変化しうる。また、狭帯域化モジュールの中にある光学部品は、経時変化によってその特性が変化する場合があり、これがスペクトル幅を変化させる要因となっている。

さらに、エキシマレーザは、前述のように、光のスペクトル幅を一定に保持しようとする機能を有しているが、特に、発振周波数（単位時間に発光する回数）に応じてスペクトル幅が図２に例示するように変化しうる。このような問題は、特許文献２においても指摘されており、同文献には、発振周波数が音響波に影響を与え、これによってスペクトル幅が変化することが記載されている。

以上のように、露光装置の光源として使用されるエキシマレーザが発生する光は、各種の要因によりスペクトル幅が変化し、これが露光装置のパターン転写性能に悪影響を与えることがある。具体的には、スペクトル幅の変化は、転写するパターンのコントラストを変化させる。コントラストの変化は、転写されるパターンによってその影響度が異なるため、単に転写パターンのコントラストが低下するだけでなく、基板に転写されるパターンが変形してしまう。

エキシマレーザの発振周波数によって変化するスペクトル幅は、特許文献１に記載された技術では、狭帯域化モジュール内の波面補正器によって調整することができる。

しかし、露光装置において、露光処理における発振周波数と計測処理における発振周波数とは異なりうる。例えば、計測処理を短時間で完了させるためには、エキシマレーザを最大発振周波数で発振させる方が有利である。或いは、計測処理に最適化された発振周波数が存在するかもしれない。一方、露光処理においては、適正な露光量は、レジストの感度等に依存する。そのため、露光処理においては、最大発振周波数よりも低い発振周波数が使用されることがある。このように、露光装置において２種類の発振周波数が使用される場合、発振周波数を変更するたびにスペクトル幅を安定させるための調整がなされうる。この調整には、狭帯域化モジュールに組み込まれた光学部品を調整する処理が含まれるので、相応の時間を要する。

図５は、露光装置におけるウエハの露光に関する一連の処理およびスペクトル幅制御の例を示す図である。露光装置では、一般には、複数のウエハからなるロットを単位として処理が実行される。各ウエハに関して、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５を含む計測処理と、ステップＳ２０６〜Ｓ２１０を含む露光処理とが順に実行される。

ステップＳ２０１で露光装置に１枚のウエハが搬入されてウエハステージのチャック上に置かれる。次いで、ステップＳ２０２では、レチクル（原版）と投影光学系を介してウエハステージ上のマークを観察するために、マーク計測位置にウエハステージが位置決めされる。

次いで、ステップＳ２０３では、計測処理のためにエキシマレーザ（光源）の発振周波数が第１発振周波数に設定され、ステップ２０４では、エキシマレーザが発生する光のスペクトル幅を安定化させる処理が実行される。この安定化では、エキシマレーザに組み込まれた光学部材をアクチュエータによって位置決めするために相応の時間が消費される。

次いで、ステップＳ２０５では、エキシマレーザを第１発振周波数で発振させ、該エキシマレーザから供給される光を用いて計測がなされる。この計測では、露光処理におけるレチクルとウエハとの位置合わせのための情報が取得され、露光処理では、当該情報に基づいてウエハが位置決めされる。

次いで、ステップＳ２０６では、ウエハステージが第１露光位置に駆動される。次いで、ステップＳ２０７では、露光処理のためにエキシマレーザの発振周波数が第１発振周波数とは異なる第２発振周波数に設定され、ステップ２０８では、エキシマレーザが発生する光のスペクトル幅を安定化させる処理が実行される。この安定化では、エキシマレーザに組み込まれた光学部材をアクチュエータによって位置決めするために相応の時間が消費される。

ステップＳ２０９では、エキシマレーザを発振させ、該エキシマレーザから供給される光を用いてウエハの１つのショット領域が露光される。ステップＳ２１０では、未露光のショット領域が存在するか否かが判断され、未露光のショット領域が存在する場合には、処理がステップＳ２０９に戻されて、当該未露光のショット領域を露光対象として露光が実行される。この露光に先立って、ウエハステージが露光対象のショット領域の位置に応じて駆動される。

ステップＳ２１１では、未処理のウエハが存在するか否かが判断され、未処理のウエハが存在する場合には、処理がステップＳ２０１に戻されて、新たなウエハについて、ステップＳ２０１〜Ｓ２１０の処理が実行される。

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、スペクトル幅の安定に要する時間を削減し、スループットを向上させることを目的とする。

本発明の第１の側面は、光源から供給される光を使って原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して前記基板を露光する露光処理、および、前記光源から供給される光を使って前記露光処理における前記原版と前記基板との位置合わせのための計測処理を実行する露光装置に係り、前記露光装置は、前記光源を制御する制御部を備え、前記光源は、単位時間あたりに発光する回数である発振周波数を変更可能であり、かつ、発生する光のスペクトル幅を制御するスペクトル幅制御システムを含み、前記制御部は、前記計測処理では前記スペクトル幅制御システムを非動作状態にして前記光源を第１発振周波数で発振させ、前記露光処理では前記スペクトル幅制御システムを動作状態にして前記光源を第２発振周波数で発振させる。

本発明の第２の側面は、デバイスを製造する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、前記工程で露光された基板を現像する工程とを含む。

本発明によれば、例えば、スペクトル幅の安定に要する時間を削減し、スループットを向上させることができる。

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。この露光装置は、レチクルとウエハを走査しながらウエハを露光する露光装置（即ち、走査露光装置）として構成されてもよいし、レチクルとウエハを静止させた状態でウエハを露光する露光装置として構成されてもよい。

露光装置ＥＸは、レチクル（原版）１２を保持するレチクルステージ２１と、レチクル１２を照明する照明光学系１１と、ウエハ（基板）１４を保持するウエハステージと、レチクル１２のパターンをウエハ１４に投影する投影光学系１３とを備える。照明光学系１１は、光源１から供給される光を用いてレチクル１２を照明する。

光源１は、パルス発光光源であるエキシマレーザであり、単位時間あたりに発光する回数である発振周波数を変更可能である。光源１は、チャンバ２と、狭帯域化モジュール３Ｗと、スペクトル幅調整モジュール３Ｓと、計測器（波長計）４と、レーザ制御部５とを含む。

チャンバ２には、ガスが充填されている。狭帯域化モジュール３Ｗは、チャンバ２から出力された光（パルス光）のうち特定の波長の光を選択してチャンバ２に戻すことによって、光源１が発生する光を狭帯域化する。スペクトル幅調整モジュール３Ｓは、狭帯域化された光のスペクトル幅を調整する。計測器４は、チャンバ２で発生した光の中心波長およびスペクトル幅を計測する。レーザ制御部５は、パルス発光のたびに計測器４から中心波長およびスペクトル幅の情報を取り込んで、次のパルス光の中心波長およびスペクトル幅が指令値になるように、スペクトル幅調整モジュール３Ｓに指令値を出力する。この実施形態では、計測器４、レーザ制御部５およびスペクトル幅調整モジュール３Ｓにより、光源１が発生する光のスペクトル幅を制御するスペクトル幅制御システム３０が構成されている。光源１が発生した光（パルス光）６は、照明光学系１１に供給される。

図６は、スペクトル幅調整モジュール３Ｓの構成を概略的に示す図である。スペクトル幅調整モジュール３Ｓは、光源１が発生する光のスペクトル幅を制御するための光学部材３２と、光学部材３２を位置決めするアクチュエータ３４とを含む。レーザ制御部５は、スペクトル幅制御システム３０の動作の停止の直前における該アクチュエータに対する駆動指令値を保持する保持部５ａを有する。レーザ制御部５は、スペクトル幅制御システム３０の動作の開始（再開）する際は、保持部５ａに保持されている駆動指令値をアクチュエータ３４に送る。アクチュエータ３４は、この指令値に従って光学部材３２を位置決めする。スペクトル幅制御システム３０の動作時は、最新の指令値によって保持部５ａに保持されている指令値が随時更新される。

なお、エキシマレーザの発光制御について簡単に説明すると、設定されている発振周波数でレーザ制御部５が不図示のパルス発生器にトリガを与えることで、該パルス発生器がチャンバ２に高電圧のパルスを印加する。レーザ制御部５は、制御部１６から送られてくる発光指令あるいは発光タイミング信号に従ってパルス発生器にトリガを与えるように構成されてもよい。

露光装置ＥＸが実行する基板処理は、露光処理と計測処理とを含む。露光処理は、光源１から供給される光を使ってレチクル１２のパターンを投影光学系１３によってウエハ１４に投影してウエハ１４を露光する処理である。計測処理は、露光処理においてレチクル１２とウエハ１４とを位置合わせするための処理であって、計測処理においても、光源１から供給される光が使われる。

制御部１６は、露光処理および計測処理において、光源１に対して、発振周波数、パルス発光毎のエネルギー、発光タイミングを指令するように構成されうる。ここで、発振周波数は、単位時間当りの発光回数（典型的には、１秒当りの発光回数）である。

露光処理では、レチクルステージ２１、ウエハステージ１５は、それぞれ干渉計１８ｒ、１８ｗによって位置が計測されながらステージ制御部１８によって位置が制御される。露光装置ＥＸが走査露光装置として構成される場合には、ステージ制御部１８は、ウエハ１４の各ショット領域の露光において、レチクルステージ２１およびウエハステージ１５を同期して動作させる。

計測処理では、レチクル１２またはレチクルステージ２１とウエハステージ１５との相対位置が計測されるとともに、不図示のウエハ顕微鏡を用いて、ウエハステージ１５とウエハ１４との相対位置が計測される。これらの計測によってウエハ１４とレチクル１２との相対位置を決定することができる。

レチクル１２とウエハステージ１５との相対位置を計測する処理（キャリブレーション計測）について説明する。光源１から供給される光の一部がミラー７によって分岐されて、ミラー９、１０を介してレチクル１２上のマーク１９を照明する。なお、レチクルステージ２１とウエハステージ１５との相対位置を計測する際には、レチクルステージ２１のマークが照明される。

マーク１９で反射された光は、ミラー９を介してイメージセンサ１７の撮像面にマーク１９の像を形成する。一方、マーク１９を通過した光は、投影光学系１３を介してウエハステージ１５に配置されたマーク２０を照明する。マーク２０で反射された光は、投影光学系１３を逆戻りして、マーク１９を透過しミラー９を介してイメージセンサ１７の撮像面にマーク２０の像を形成する。よって、イメージセンサ１７によって、マーク１９の像とマーク２０の像とが撮像され、これによって、レチクル１２とウエハステージ１５との相対位置が検出される。

以上は、画像処理方式による相対位置の計測方法である。この方法に代えて、レチクル１２のマーク１９とウエハステージ１５上のマーク２０にそれぞれ設けているスリットを形成し、これらを通過する光をウエハステージ１５に配置された光電変換素子で検出する方式を採用してもよい。

次に、光源１の制御について説明する。制御部１６は、光源１のレーザ制御部５に対して中心波長指令値およびスペクトル幅指令値を送って中心波長およびスペクトル幅を設定し、その後にレーザ制御部５に対して発光指令を送るように構成されうる。なお、中心波長およびスペクトル幅は、予め光源１に設定されていてもよい。

レーザ制御部５は、中心波長指令値およびスペクトル幅指令値を受け取ると、狭帯域化モジュール３Ｗに駆動指令値を出力して波長を設定するとともに、スペクトル幅調整モジュール３Ｓに駆動指令値を出力しスペクトル幅を設定する。この際に、スペクトル幅調整モジュール３Ｓに送る駆動指令値の初期値として保持部５ａに保持されている駆動指令値が使用される。

レーザ制御部５は、制御部１６から発光指令を受け取ると、設定されている発振周波数に従ったタイミングで不図示のパルス発生器にトリガを与える。該パルス発生器は、このトリガに従ってチャンバ２に高電圧のパルスを印加する。これに応じてレーザ発振が起こり、パルス光が出力される。

レーザ制御部５は、パルス光の発光の度に、中心波長指令値に対する計測器４によって計測された中心波長の偏差が低減されるように駆動指令値を決定し、狭帯域化モジュール３Ｗに送る。レーザ制御部５はまた、パルス光の発光の度に、中心波長指令値に対する計測器４によって計測されたスペクトル幅の偏差が低減されるように駆動指令値を決定し、スペクトル幅調整モジュール３Ｓに送る。これにより、次回の発光時におけるパルス光の中心波長およびスペクトル幅がそれぞれ中心波長指令値および中心波長指令値に一致するようにスペクトルが安定化される。

図３、図４は、それぞれ、本発明の好適な実施形態の露光装置ＥＸの動作を示すフローチャート、タイムチャートである。この動作は、制御部１６によって制御される。

露光処理で使われる光の発振周波数は、目標露光量およびステージスキャンスピードに応じて計算され、第２発振周波数として決定される。一方、計測処理（キャリブレーション）で使われる光の発振周波数は、第１発振周波数として決定される。第１発振周波数と第２発振周波数とが異なるのは、計測処理を最短時間で実施することがスループットの観点で有利であるからである。計測処理で使われる第１発振周波数は、光源１の最大発振周波数とされうる一方、露光処理で使われる第２発振周波数は最大発振周波数とはならない場合がある。

複数のウエハからなるロットを処理する場合には、ロットの１枚目のウエハの処理の前に、スペクトル幅制御システム３０を動作状態にして光源１を第２発振周波数で発振させて光源１が発生する光のスペクトル幅を安定化させる。

具体的には、ステップＳ３０１では、制御部１６は、光源１に第２発振周波数を設定し、ステップＳ３０２では、スペクトル幅制御システム３０を動作状態にして光源１を発振させることにより、光源１が発生する光のスペクトル幅を安定化させる。前述のように、スペクトル幅制御システム３０の動作中は、最新の指令値によって保持部５ａに保持されている指令値が随時更新される。なお、この実施形態では、発光時は常に狭帯域化モジュール３Ｗが動作状態とされ、これにより中心波長が一定値に制御される。

スペクトル幅が安定した後、各ウエハに関して、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５を含む計測処理と、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０を含む露光処理とが順に実行される。

ステップＳ１０１において、制御部１６は、スペクトル幅制御システム３０を非動作状態（ＯＦＦ状態）にする。この状態において、保持部５ａには、スペクトル幅制御システム３０の動作において更新された最新の指令値が保持されている。

ここで、光源１が発生する光のスペクトル幅の制御は、露光処理においては重要であるが、計測処理（キャリブレーション）においては重要ではない。そのため、この実施形態では、計測処理においては、スペクトル幅制御システム３０を非動作状態（ＯＦＦ状態）にされる。ただし、計測処理において光源１が発生する光の中心波長に関しては、レチクル１２のパターンの転写倍率やフォーカスに影響を与えるので、計測処理においても厳密に制御される。

ステップＳ１０２では、ウエハが搬入されてウエハステージのチャック上に置かれる。ステップＳ１０３では、レチクル１２と投影光学系１３を介してウエハステージ１５上のマーク２０を観察するために、マーク計測位置にウエハステージ１５が位置決めされる。

ステップＳ１０４では、制御部１６は、計測処理のために光源１の発振周波数を第１発振周波数に設定する。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の順序は、任意である。

次いで、ステップＳ１０５では、光源１を発振させて、光源１から供給される光を用いて計測がなされる。この計測では、露光処理におけるレチクルとウエハとの位置合わせのための情報が取得され、露光処理では、当該情報に基づいてウエハが位置決めされる。

計測処理（キャリブレーション）が終了すると、ステップＳ１０６において、制御部１６は、制御部１６は、スペクトル幅制御システム３０を動作状態（ＯＮ状態）にする。スペクトル幅制御システム３０が非動作状態から動作状態に移行する際に、保持部５ａに保持されている駆動指令値が初期値としてスペクトル幅制御システム３０のアクチュエータに与えられる。保持部５ａに保持されている駆動指令値は、第２発振周波数において安定したスペクトル幅を得るためのアクチュエータ３４に対する駆動指令値である。

ステップＳ１０７では、ウエハステージ１５が第１露光位置に駆動される。次いで、ステップＳ１０８では、制御部１６は、露光処理のために光源１の発振周波数を第１発振周波数とは異なる第２発振周波数に設定する。

ステップＳ１０９では、光源１を発振させて、光源１から供給される光を用いてウエハの１つのショット領域が露光される。ここで、光源１の発振は、第２発振周波数でなされ、スペクトル幅を制御するための駆動指令値として、前述のように保持部５ａに保持されている指令値が使用される。よって、発振の初期から安定したスペクトル幅が得られる。したがって、図５のステップＳ２０８のような安定化のための時間が削減される。

以上のように、本発明の好適な実施形態によれば、露光処理において光源１が発生する光のスペクトル幅が安定するまでに要する時間が削減されるので、各ウエハの処理に要する総時間が短縮され、スループットが向上する。

なお、以上の実施形態は、スペクトル幅制御システムを計測処理において非動作状態にし、露光処理において動作状態にすることによってスペクトル幅の安定化に要する時間を削減するものである。このような思想は、例えば、光源１が発生する光のエネルギーの安定化に要する時間を削減することにも応用可能である。

つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。

半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程とを含みうる。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含みうる。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程とを含みうる。

本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性および品質の少なくとも一方において従来よりも有利である。

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。 エキシマレーザのスペクトル幅の変化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。 本発明の好適な実施形態の露光装置の動作を示すタイムチャートである。 露光装置におけるウエハの露光に関する一連の処理およびスペクトル幅制御の例を示す図である。 スペクトル幅調整モジュールの構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１ 光源
３Ｗ 狭帯域化モジュール
３Ｓ スペクトル幅調整モジュール
４ 計測器
５ レーザ制御部
５ａ 保持部
１６ 制御部
３０ スペクトル幅制御システム
３２ 光学部材
３４ アクチュエータ

Claims (4)

1. 光源から供給される光を使って原版のパターンを投影光学系によって基板に投影して前記基板を露光する露光処理、および、前記光源から供給される光を使って前記露光処理における前記原版と前記基板との位置合わせのための計測処理を実行する露光装置であって、
   前記光源を制御する制御部を備え、
   前記光源は、単位時間あたりに発光する回数である発振周波数を変更可能であり、かつ、発生する光のスペクトル幅を制御するスペクトル幅制御システムを含み、
   前記制御部は、前記計測処理では前記スペクトル幅制御システムを非動作状態にして前記光源を第１発振周波数で発振させ、前記露光処理では前記スペクトル幅制御システムを動作状態にして前記光源を第２発振周波数で発振させる、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記スペクトル幅制御システムは、発生する光のスペクトル幅を制御するための光学部材および前記光学部材を位置決めするアクチュエータを含むスペクトル幅調整モジュールと、前記スペクトル幅制御システムの動作時における前記アクチュエータに対する最新の指令値を保持する保持部とを含み、前記スペクトル幅制御システムが動作を開始する際に、前記アクチュエータは、前記保持部に保持されている指令値に基づいて前記光学部材を位置決めする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、複数の基板からなるロットを処理する場合において、前記ロットの１枚目の基板の処理の前に、前記スペクトル幅制御システムを動作状態にして前記光源を第２発振周波数で発振させ前記光源が発生する光のスペクトル幅を安定化させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
   請求項１乃至３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、
   前記工程で露光された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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