JP2010251532A - 露光方法、露光装置、レチクル、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品の歩留まりを向上させる露光方法を提供する。
【解決手段】本発明の露光方法は、レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光方法であって、前記レチクルを第１の角度で配置して該レチクルの第１の平面度を測定する工程と、前記レチクルを第２の角度で配置して該レチクルの第２の平面度を測定する工程と、前記第１の平面度及び前記第２の平面度の測定結果に基づいて露光時における該レチクルの設定角度を決定する工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光方法に関する。

近年、解像度より細い線幅のパターンを製造する微細化技術として、ダブルパターニング（以下、「ＤＰ」という。）技術が注目されている。ＤＰとは、重ね合わせ露光によって解像度より細い線幅のパターンを生成する技術である。このため、ＤＰでは二枚のレチクル間の重ね合わせ精度が重要となる。

例えば、レチクルの重ね合せ誤差として、レチクルの平面度に起因する重ね合わせ誤差がある。レチクルは、レチクルステージに載置されると、レチクルの平面度が変化する場合がある。これは、レチクルとレチクルステージチャックとの間の真空吸着位置において、これらの平面度には所定の差（相性）が生じているためである。この平面度の差が大きいと、レチクルステージチャックの平面度に合わせてレチクルは変形する。特許文献１に開示されているように、レチクルが吸着変形すると、デフォーカスやディストーションが発生するため、製品の歩留まりが低下する。

特開２００４−４６２５９号公報

レチクルの平面度による製品歩留まりの低下に関し、レチクルの検査方法や製造方法において種々の改善がなされている。しかしながら、ＤＰにおける重ね合せ誤差を向上させるには限界があった。

そこで本発明は、製品の歩留まりを向上させる露光方法を提供する。

本発明の一側面としての露光方法は、レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光方法であって、前記レチクルを第１の角度で配置して該レチクルの第１の平面度を測定する工程と、前記レチクルを第２の角度で配置して該レチクルの第２の平面度を測定する工程と、前記第１の平面度及び前記第２の平面度の測定結果に基づいて露光時における該レチクルの設定角度を決定する工程とを有する。

本発明の他の側面としての露光装置は、レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光装置であって、前記レチクルを第１の角度又は第２の角度で配置する配置手段と、前記第１の角度における前記レチクルの第１の平面度を測定し、前記第２の角度における該レチクルの第２の平面度を測定する測定手段と、前記第１の平面度及び前記第２の平面度の測定結果に基づいて露光時における前記レチクルの設定角度を決定する制御手段とを有する。

本発明の他の側面としてのレチクルは、ウエハに露光するためのデバイスパターンが形成されたレチクルであって、前記デバイスパターンとは異なるパターンが前記レチクルの中心に対して回転対称の位置に配置され、前記デバイスパターンとは異なる前記パターンは、アライメントマーク、レチクル識別マーク、及び、フォーカスキャリブレーションマークの少なくとも一つである。

本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は、前記露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、製品の歩留まりを向上させる露光方法を提供することができる。

第１実施形態における露光装置の概略構成図である。 第１実施形態におけるレチクル上のパターンの配置図である。 第１実施形態におけるウエハ上のショットレイアウトとウエハアライメントマークの配置図である。 第２実施形態における露光装置の概略構成図である。 第２実施形態におけるレチクル上のパターンの配置図である。 第２実施形態におけるレチクル上のフォーカス検出マークの構成図である。 第２実施形態におけるステージ基準プレート上のフォーカス検出マークの構成図である。 第２実施形態において、光量センサにより受光される光量とウエハステージの高さとの関係図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］
まず、図１乃至図３を参照して、本発明の第１実施形態における露光装置及び露光方法について説明する。図１は、本実施形態における露光装置の概略構成図である。本実施形態は、レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光装置及び露光方法に関する。なお、図１は所謂ステップアンドスキャンタイプ（スキャナ）の縮小投影露光装置であるが、本実施形態はこれに限定されるものではない。

照明系１は、ランプ、レーザー、ＥＵＶ等の露光用光源を含み、レチクル２（原版）の所定の領域を均一に照明する。不図示のレチクル搬送系（配置手段）は、所定の位置を基準として０度（第１の角度）又は１８０度（第２の角度）のいずれかの角度で、レチクル２をレチクルステージ３上に配置する。レチクル２には、ウエハに露光するためのデバイスパターンが形成されている。またレチクル２には、デバイスパターンとは異なるパターンがレチクル２の中心に対して回転対称の位置に配置されている。本実施形態において、デバイスパターンとは異なるパターンとしては、レチクルアライメントマーク２１Ｌ、２１Ｒ、及び、ウエハアライメントマーク２３がある。これらのマークの詳細については後述する。

レチクル２が０度又は１８０度のいずれかの角度で設置されると、左右２か所にあるレチクルアライメント光学系４５は、レチクル２及びレチクルステージ３のそれぞれに設けられたレチクルアライメントマークを用いて位置ずれを検出する。レチクルステージ３をＸＹ平面内で移動させ、また、Ｚ軸周りに回転させることにより、レチクル２のＸＹ平面内での位置合わせが完了する。その後、レチクルステージ３に設けられている不図示のレチクル吸着パッドにより、レチクル２の位置が固定される。

面形状測定光学系４１、４２（測定手段）は、露光を行う前に、レチクル２の面形状を測定する。具体的には、面形状測定光学系４１、４２は、０度（第１の角度）で配置されたレチクル２の第１の平面度を測定し、１８０度（第２の角度）で配置されたレチクル２の第２の平面度を測定する。図１には、面形状測定光学系４１、４２がそれぞれ一つずつ示されているが、実際には面形状測定光学系４１、４２は、Ｘ方向にそれぞれ３か所配置されている。レチクル２をＹ方向にスキャンしながらレチクル２の面形状を複数点で測定することにより、レチクル２の露光領域の全体形状を把握することができる。縮小投影光学系５は、レチクル２上に形成されたパターンを所定の倍率βでウエハ７の上に結像し、転写する。

一方、ウエハ７（基板）は、不図示のウエハ搬送系により、任意の角度でウエハステージ８に設置可能に構成されている。ウエハステージ８は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動及びＸ、Ｙ、Ｚ各軸周りの回転駆動が可能である。また、ウエハアライメント光学系６５は、ウエハ７に配置されたウエハアライメントマークを用いて、前工程のパターンに対する位置合わせ（Ｘ、Ｙ方向及びＺ軸周りの回転）を行う。フォーカス検出系６１、６２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて複数点での測定が可能であり、ウエハ７に露光する際のフォーカス方向の位置合わせ（Ｚ方向の位置及びＸ、Ｙ軸周りの回転）を行う。ウエハアライメント光学系６５は、ウエハアライメントマークを検出するように構成されている。干渉計７５は、ウエハステージ８の座標を検出するように構成され、同様の干渉計がＹ方向にも配置されている。

次に、レチクル２上のパターンとウエハ７上のパターンについて詳述する。図２は、レチクル２上における各種パターンの配置図である。集積回路パターン２８（デバイスパターン）は、縮小投影光学系５の有効パターニング領域に含まれている。集積回路パターン２８の周囲には、遮光帯２９が設けられている。遮光帯２９は、ウエハ７上の隣接ショットに光が漏れるのを防ぐ。レチクルアライメントマーク２１Ｌ、２１Ｒは、レチクルステージ３に対するレチクル２の位置合わせを行うために設けられている。前述のように、レチクルステージ３上にも同様なレチクルアライメントマークが設けられており、これらのレチクルアライメントマークを用いて両者の位置合わせが行われる。また、レチクルアライメント光学系４５の位置は固定されている。このため、レチクル２には、レチクル２がＸＹ平面内で１８０度回転して設置された場合に用いられるレチクルアライメントマーク２１Ｌ（１８０）、２１Ｒ（１８０）が配置されている。レチクルアライメントマーク２１Ｌ、２１Ｌ（１８０）は、互いにレチクル２の中心に対して１８０度回転対称の位置に設けられている。レチクルアライメントマーク２１Ｒ、２１Ｒ（１８０）も同様である。なお、正方形のレチクルを用いる場合には、レチクルアライメントマークを互いに９０度回転対称の位置に設けてもよい。

また、レチクル２には、次の工程でのウエハ７との間の位置合わせのために用いられるウエハアライメントマーク２３、２３（１８０）が設けられている。ウエハアライメントマーク２３（１８０）は、ウエハ７が１８０度回転して設置された場合に用いられる。ウエハアライメントマーク２３を回転対称のマークで構成すると、ウエハアライメントマーク２３の座標情報（露光レシピ）を変更して位置合わせを行うことができる。この場合、二つのウエハアライメントマークを１８０度回転対称の位置に配置する必要はなく、一つのウエハアライメントマークを配置すればよい。なお、本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向の二方向を検出するためのウエハアライメントマークが示されているが、一方向のみを検出するマークを、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれを検出するために二つ配置してもよい。１８０度で配置された場合に用いられるウエハアライメントマークについても同様である。

レチクル２の周囲に四箇所配置されているレチクル吸着パッド領域３１は、レチクルアライメントマーク２１Ｌ、２１Ｒの近傍に配置されている。バーコード２４（レチクル識別マーク）は、露光装置内のレチクルストッカ（不図示）からレチクル２を取り出す際に、露光装置に組み込まれたバーコード読取装置（不図示）でレチクル２を識別するために設けられている。バーコード２４には、露光装置の露光レシピのファイル情報、及び、露光の際のレチクル２の設定角情報が含まれる。露光装置のレチクル搬送系は、レチクル２をレチクルステージ３に搬送する際にレチクル２を回転させる回転機構を備える。レチクル２を１８０度回転して露光する場合、この回転機構を用いてレチクル２を１８０度回転させ、レチクル２をレチクルステージ３上に配置する。

図３は、ウエハ７上に形成されているパターンのレイアウトである。ウエハ７上には、レチクル２の集積回路パターン２８（デバイスパターン）の全域を単位とした領域（以下、「ショット７１」という。）と、その周囲のスクライブライン７７が配置されている。縦横に配置されたスクライブライン７７には、図３右側の拡大図に示されるように、ウエハアライメントマーク７３、７３（１８０）が配置されている。ウエハアライメントマーク７３（１８０）は、各ショットの中心に関し、ウエハアライメントマーク７３に対して１８０度回転対称の位置に配置されている。このように、ウエハアライメントマーク７３（１８０）は、ウエハ７が１８０度回転して設置された場合におけるアライメントマークとして用いられる。前述のレチクル２の場合と同様に、ウエハアライメントマークが回転対称に構成されている場合、露光レシピのアライメントマーク座標情報を変えれば、ウエハアライメントマーク７３（１８０）を配置する必要はない。

ウエハアライメントマーク７３を検出する場合、ウエハ７上の代表的な数ショット（一例として、図３中の斜線を引いたショット７２）の測定値及びそのときの干渉計７５の座標情報から、ウエハ７上に形成されている全ショットの配列情報を推定する。そして、レチクル２上の集積回路パターン２８（デバイスパターン）は、照明系１により縮小投影光学系５を介して露光される。この露光は、ウエハ７上の全ショットについて実施される。

ノッチ７９は、オリフラとも呼ばれ、シリコンウエハの結晶軸方位を示す。通常、ショットの配列方向は、ノッチ７９に対して一定の方向になっている。ウエハ搬送系（不図示）は、ノッチ７９を検出することによりウエハステージ８に対するウエハ７の配置方向を決定する。

次に、実際の露光シーケンスについて説明する。まず、ＤＰプロセスにおける一枚目のレチクル２の露光について説明する。レチクル２は、不図示のレチクルストッカからレチクル搬送系（配置手段）により搬送され、通常の角度である０度（第１の角度）でレチクルステージ３上に配置される。面形状測定光学系４１、４２（測定手段）は、レチクル２をＹ方向にスキャンしながら、レチクル２の面形状を測定して記憶する。すなわち、面形状測定光学系４１、４２は、０度で配置されたレチクル２の第１の平面度を測定する。

続いて、レチクル搬送系はレチクル２を通常の角度から１８０度回転させる。そして面形状測定光学系４１、４２は、レチクル２の面形状を測定して記憶する。すなわち、面形状測定光学系４１、４２は、１８０度で配置されたレチクル２の第２の平面度を測定する。このように、第１の角度及び第２の角度は、レチクル２の面内方向（ＸＹ平面内での方向）において互いに１８０度異なっている。制御系９０１（制御手段）は、第１の平面度及び第２の平面度の測定結果に基づいて露光時におけるレチクル２の設定角度を決定する。すなわち制御系９０１は、レチクル２をこれら二つの異なる角度で配置した場合における面形状測定光学系４１、４２の測定結果を比較し、平面度がより良好なほうの角度を採用する。

例えば、具体的な測定結果の決定方法としては、まずレチクル２の集積回路パターン２８が形成されている領域の三次元形状を、レチクル２の平面度の測定結果から推定する。そして、露光時に補正できないディストーションのランダム成分を抽出し、その最大値の大小を比較して最大値が小さいほうの角度を決定する。レチクル搬送系は、上記のとおり決定された角度（設定角度）で、レチクル２をレチクルステージ３上に配置する。最適化した露光の設定角度情報は、露光レシピファイルに書き込まれる。このため、次回に同一のレチクルを用いて露光する際には、そのレチクルの面形状を測定することなく、前回と同一の設定角度で露光されるように構成されている。

ウエハ７は、不図示のウエハ搬送系により、レチクル２の設定角度に合わせて、ノッチ７９（オリフラ）の方向が所定の方向（０度又は１８０度）になるように設定され、ウエハステージ８の上に載置される。そして、ウエハアライメント光学系６５によりウエハ７のＸＹ方向の位置合わせが行われ、またフォーカス検出系６１、６２によりウエハ７のＺ方向の位置合わせが行われる。その後、レチクル２の集積回路パターン２８は、ウエハ７にスキャン露光される。

ＤＰプロセスにおける二枚目のレチクル露光については、一枚目のレチクルのときと同様に、レチクル２を０度及び１８０度の角度で載置した場合のレチクル２の面形状をそれぞれ測定する。ここでは、一枚目のウエハの露光時における設定角度でのレチクル２の平面度と類似する方向を選択する。具体的には、各測定点において、二枚目のレチクルの露光領域における三次元形状を、一枚目のレチクルの設定角度における三次元形状と比較し、例えば各測定値の差の最大値が小さい方の角度を採用する。このような選択により、二枚のレチクル間の露光領域における重ね合せ誤差を小さくすることができる。二枚目のレチクルについても、最適化した露光の設定角度情報は、露光レシピファイルに書き込まれる。なお、レチクル２を１８０度回転させて露光する際には、一枚目又は二枚目のレチクルのいずれの場合でも、ウエハは１８０度回転して載置される。

制御系９０１は、照明系１、レチクルアライメント光学系４５、レチクルステージ３、面形状測定光学系４１、４２、縮小投影光学系５、フォーカス検出系６１、６２、ウエハアライメント光学系６５、干渉計７５に対し、測定制御、動作指示、及び、記憶等を行う。また、露光時におけるレチクル２の設定角度を決定する制御手段としての機能も有する。

本実施形態では、露光装置に組み込まれた面形状測定光学系の測定結果に基づいて、レチクルのレチクルステージに対する設定角度を決定したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、レチクル平面度測定のスタンドアローン機で測定することもできる。平面度測定の結果から、レチクルステージでレチクルを吸着した場合のレチクル平面度をシミュレーションすることで、二枚のレチクルの露光の設定角度を決定することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態における露光装置の概略構成図である。図５は、本実施形態におけるレチクル上の各種パターンの配置図である。図６は、本実施形態におけるレチクル上のフォーカス検出マークの構成図である。

図５に示されるように、本実施形態のレチクル２には、集積回路パターン２８（デバイスパターン）の周囲に、デバイスパターンとは異なるパターンとして、複数のフォーカス検出マーク２２がレチクル２の中心に対して回転対称の位置に配置されている。図６に示されるように、フォーカス検出マーク２２は、縦横方向のラインパターン（ヌキ）であり、ラインパターンの周囲は遮光性のあるクロムから構成されている。

また、図４に示されるステージ基準プレート７６上にも、縮小投影光学系５の倍率を考慮して同一寸法のパターンが配置されている。そのパターンの線幅は、レチクル２上のパターンよりやや細く、レチクル２とステージ基準プレート７６との間に相対的な位置ずれが生じていても、フォーカス検出ができるように構成されている。
図４において、照明系１は、照明領域を限定して、２箇所のフォーカス検出マーク２２を照明する。このとき、フォーカス検出マーク２２を透過した光は、ステージ基準プレート７６上に配置されたフォーカス検出マーク７８、７８（１８０）を透過し、ウエハステージ８に設けられた二つの光量センサ８５、８６でそれぞれ受光される。

ステージ基準プレート７６は、石英基板上にクロムパターンが配置されて構成されている。図７は、ステージ基準プレート７６上に配置されているフォーカス検出マーク７８、７８（１８０）の構成であり、レチクル２の設定角度である０度（第１の角度）及び１８０度（第２の角度）にそれぞれ対応している。次に、図７において、フォーカス検出マーク７８、７８（１８０）が縦方向に配置されている理由について説明する。レチクル２上の左右２箇所を同時に検出する場合、その照明範囲はＹ方向に幅の狭いスリット状になる。ステージ基準プレート７６上のフォーカス検出マーク７８、７８（１８０）を縦方向に配置すれば、左右のフォーカス検出マークの間を遮光性クロムとすることができる。このため、コントラストの高いフォーカス信号を得ることが可能となる。ラインパターンの外側は、全て遮光性を有するクロムで構成されている。

ウエハステージ８の高さ（Ｚ方向）をフォーカス検出系６１、６２の基準により逐次変化させながら光量を測定すると、図８に示されるようなカーブが得られる。図８は、光量センサ８５、８６により受光される光量とウエハステージ８の高さとの関係図である。図８に示されるように、光量ピーク時のウエハステージ８の高さＺｐ１、Ｚｐ２は、フォーカス検出系６１、６２の基準からずれている。これは、レチクル２上の平面度の影響を受けていることに起因する。さらに、レチクル２の周囲に配置されているフォーカス検出マーク２２を複数箇所で測定することにより、集積回路パターン２８の周辺のレチクル２の平面度を測定することが可能である。本実施形態では同時に２箇所の測定を実施しているが、これに限定されるものではなく、例えば１箇所ずつの測定でも構わない。このような測定により、第１実施形態の場合と同様に、レチクル２の設定角度をレチクルステージ３に対して０度及び１８０度とした状態でレチクル２の平面度を測定することができる。そして、これらの設定角度のうち、ディストーション発生の少ない方の設定角度を選択（決定）して露光することができる。

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形態の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、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。

上記各実施形態によれば、製品の歩留まりを向上させる露光方法、露光装置、及び、レチクルを提供することができる。また、高品質なデバイスを製造可能なデバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施形態として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

２ レチクル
７ ウエハ
２１Ｌ、２１Ｒ レチクルアライメントマーク
２２ フォーカス検出マーク
２８ 集積回路パターン
４１、４２ 面形状測定光学系

Claims (7)

1. レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光方法であって、
   前記レチクルを第１の角度で配置して該レチクルの第１の平面度を測定する工程と、
   前記レチクルを第２の角度で配置して該レチクルの第２の平面度を測定する工程と、
   前記第１の平面度及び前記第２の平面度の測定結果に基づいて露光時における該レチクルの設定角度を決定する工程と、を有することを特徴とする露光方法。
2. 前記第１の角度及び前記第２の角度は、前記レチクルの面内方向において互いに１８０度異なっていることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記レチクルの角度に応じて露光レシピを変更する工程を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
4. 前記レチクルの前記設定角度に応じて前記ウエハの角度を変更する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の露光方法。
5. レチクルのデバイスパターンをウエハに露光する露光装置であって、
   前記レチクルを第１の角度又は第２の角度で配置する配置手段と、
   前記第１の角度における前記レチクルの第１の平面度を測定し、前記第２の角度における該レチクルの第２の平面度を測定する測定手段と、
   前記第１の平面度及び前記第２の平面度の測定結果に基づいて露光時における前記レチクルの設定角度を決定する制御手段と、を有することを特徴とする露光装置。
6. ウエハに露光するためのデバイスパターンが形成されたレチクルであって、
   前記デバイスパターンとは異なるパターンが前記レチクルの中心に対して回転対称の位置に配置されており、
   前記デバイスパターンとは異なる前記パターンは、レチクルアライメントマーク、ウエハアライメントマーク、及び、フォーカス検出マークの少なくとも一つであることを特徴とするレチクル。
7. 請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   露光された前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。