JP2010283242A

JP2010283242A - 露光装置およびデバイス製造方法

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Publication number: JP2010283242A
Application number: JP2009136754A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Furuta; 和紀古田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】
例えば、アライメント計測エラーが発生した場合にスループットの点で有利な露光装置を提供する。
【解決手段】
基板を保持して移動するステージを有し、前記ステージに保持された基板に形成されたアライメントマークを照明してその位置を計測し、計測された前記位置に基づいて前記基板を位置決めして露光する露光装置において、前記アライメントマークに対する複数の照明条件を予め設定し、前記複数の照明条件のうちの第１の照明条件でのアライメント計測エラーの発生に基づいて、前記第１の照明条件を前記複数の照明条件のうちの第２の照明条件に変更する制御手段を有する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に形成されたアライメントマークの位置の計測に基づいて当該基板を位置決めして露光する露光装置に関するものである。

半導体及び液晶用露光装置業界は、その生産性を上げるために、基板であるウエハやガラス基板のサイズの大型化を促進し、さらに、露光装置に対しては、スループットの向上が要求されている。半導体及び液晶用露光装置にとって，スループットに影響を及ぼす要素として，基板の搬送時間、オートフォーカス時間、位置合わせ時間、ステージの移動時間、露光時間等が挙げられる。この中で位置合わせ時間はスループットに大きく影響している。

位置合わせのための位置ずれの計測（アライメント計測）は、特許文献１で示されているように、露光光とは別にアライメント計測するための観察照明光をアライメント光学系に入射し、アライメントマークを照射する。そのときの反射光束をＣＣＤカメラなどの撮像素子に結像することにより、その視野内におけるマークの位置を求めて、マークの位置ずれ量を計測する。

このアライメント計測は、ターゲットとなるアライメントマークとその周辺の背景との照明光反射率比に対応したマークコントラストやレジスト膜による干渉効果により、その検出の精度・確率が左右される。様々な工程において、このマークコントラストや干渉効果（レジスト膜厚）が一定である場合には、特許文献１に示されるように、信号のコントラストが最大となるように照明条件を選択することが有効であった。

特開平３−２２５８１５号公報

しかしながら、薄膜が多層に積層されている場合には同一の露光プロセスであっても、レジスト膜厚や成膜状態が大きく変動する場合がある。また、ガラス基板のサイズが大きくなってくると、同一のガラス基板の中央部と端部とではレジストの膜厚や成膜状態が大きく異なる場合がある。そのため、一つの露光プロセスに対して同一の照明条件のみではアライメント計測をエラーなく計測し続けることが難しい場合がある。アライメント計測エラーが発生した場合には、最適な照明条件の自動探索や、オペレータによる照明条件設定のアシストが必要になり、大幅なスループットの低下につながりうる。
本発明は、例えば、アライメント計測エラーが発生した場合にスループットの点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するための本発明の露光装置は、基板を保持して移動するステージを有し、前記ステージに保持された基板に形成されたアライメントマークを照明してその位置を計測し、計測された前記位置に基づいて前記基板を位置決めして露光する露光装置において、前記アライメントマークに対する複数の照明条件を予め設定し、前記複数の照明条件のうちの第１の照明条件でのアライメント計測エラーの発生に基づいて、前記第１の照明条件を前記複数の照明条件のうちの第２の照明条件に変更する制御手段を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、アライメント計測エラーが発生した場合にスループットの点で有利な露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様１の露光装置を説明する。
露光装置は図１に示すように、照明装置１０１、レチクル（原版）を搭載し移動させるレチクルステージ１０２（原版ステージ）、投影光学系１０３、ウエハ（基板）を保持して移動するウエハステージ１０４（基板ステージ）と、を有する。ウエハステージ１０４に保持されたウエハに形成されたアライメントマークを照明してその位置を計測し、計測された前記位置に基づいてウエハを位置決めして露光する。この露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明装置１０１は、回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源と照明光学系とを有する。光源は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができるが、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。照明光学系は、光源から照射される光によりレチクルを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系１０３は、レチクルのパターンをウエハに投影する光学系である。投影光学系１０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。レチクルステージ１０２およびウエハステージ１０４は、例えば、リニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージ１０２，１０４は同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージ１０４およびレチクルステージ１０２の少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用される。

コントローラ１０５（制御手段）は、ウエハに形成されたアライメントマークに対する複数の照明条件を予め設定し、複数の照明条件のうちの第１の照明条件でのアライメント計測エラーの発生に基づいて、第１の照明条件を複数の照明条件のうちの第２の照明条件に変更する手段である。コントローラ１０５は、照明条件設定手段１０６、エラー検知手段１０７、照明条件変更手段１０８および回数カウント手段１０９を有し、投影光学系１０３、照明装置１０１、レチクルステージ１０２およびウエハステージ１０４を制御
する。照明条件設定手段１０６は、1つの露光プロセス（レシピ）に対して照明条件を、予め複数設定する手段である。エラー検知手段１０７は、第1の照明条件で、アライメント計測を行いエラーが発生した場合に、このエラーを検知する手段である。照明条件変更手段１０８は、エラー検知手段１０７がエラーを検知したときに第1の照明条件を第２の照明条件に変更する手段である。

ここで、照明条件は、照明光の波長、照明光学系のσ絞り、および照明光量の少なくとも１つに関する条件を含む。
コントローラ１０５は、露光プロセス毎に前記複数の照明条件を設定する。
コントローラ１０５は、アライメントマーク毎に複数の照明条件を設定する。
コントローラ１０５は、複数の照明条件のうちの第１の照明条件でのアライメント計測エラーの発生の回数に基づいて第１の照明条件を複数の照明条件のうちの第２の照明条件に変更する。
この照明条件毎に計測が可能となる回数をカウントする回数カウント手段１０９を有する。照明条件変更手段１０８は、照明条件毎に計測が可能となる回数により照明条件を変更する。

次に、図２を参照して、本発明の実施態様１の露光装置を、さらに説明する。
４Ａは、アライメントをする対象のウエハの成膜、レジスト膜厚状態に対応する露光プロセスを示す。１Ａは、露光プロセスにおける光源の波長の種類、２Ａは、光源の光量、３Ａは、光源の絞りを示す。Ａ（１）〜Ａ（５）は、露光プロセスＡに対するアライメント光源波長と、σ絞りの組み合わせを、予め設定しておく照明条件で、この照明条件を照明条件設定手段１０６で記憶する。ここでは（１）〜（５）の５種類を示しているが、さらに種類を増やすことも可能である。

４Ｂは、アライメントをする対象のウエハの成膜、レジスト膜厚状態に対応する露光プロセスを示し、１Ｂは、露光プロセスにおける光源の波長の種類、２Ｂは、光源の光量、３Ｂは、絞りの種類を示す。Ｂ（１）〜Ｂ（５）は、露光プロセスＢに対するアライメント光源波長とσ絞りの組み合わせを、予め設定しておく照明条件で、この照明条件を照明条件設定手段１０６で記憶する。

図２に示される実施態様１の露光装置においては、露光プロセスＡ、Ｂの２種類の露光プロセスを示しているが、さらに増加することも可能である。
ここで、1つの露光プロセスの代わりに、ウエハのアライメント計測位置毎に、照明条件を予め複数設定する場合も有り、また、1つの露光プロセスに対する照明条件と共にウエハのアライメント計測位置毎に、照明条件を予め複数設定する場合もある。即ち、露光プロセスＡ，Ｂは、プロセスではなく、アライメント計測位置を表す場合もあり、この場合には、例えば、ウエハ、もしくはガラス基板上の中央部と端部で照明条件を変更することが可能になる。さらに、露光プロセスＡ，Ｂは、露光プロセスと計測位置の両方の条件の組み合わせに対応して上記条件を記憶しておくことも可能である。図２に示される実施態様１の露光装置においては、アライメント波長は単独の光源からの波長であるが、複数の光源の波長を混合させて使用することも可能である。

装置ラインや新露光プロセスを立ち上げる際には、必ず、パイロットランと呼ばれる検討用のウエハ、ガラス基板が生産ラインに投入されるが、この際、露光条件などと共に照明条件、すなわち、光源の波長、光量、絞り等が決定される。従来においては、この際決定するのは、所定露光プロセスに対して唯一の最適な条件だけであった。即ち、図２に示されるように、露光プロセスＡに対しては照明条件Ａ（１）のみ、露光プロセスＢに対しては照明条件Ｂ（１）のみを決定するだけであった。実施態様１の露光装置においては、パイロットラン等の照明条件出しの際に、露光プロセスＡに対しては照明条件Ａ（１）〜Ａ（５）、露光プロセスＢに対しては照明条件Ｂ（１）〜Ｂ（５）の複数の照明条件を予め決めておく。

1つの露光プロセスに対して照明条件を、予め複数設定しておくことにより、図３に示されるように第１の照明条件（１）で計測エラーが発生した場合にはすぐに第２の照明条件（２）、さらに、次の照明条件へと、次々に適した照明条件（５）へ変更して計測できる。予め適切な照明条件を決めておくことにより、次の照明条件（２）・・・（５）でも計測エラーの発生が低減される。

さらに、各照明条件（２）・・・（５）の計測回数を回数カウント手段１０９によりカウントし、どの照明条件で計測が可能かを統計処理することができ、照明条件を決定し易くする。
さらに、統計処理した結果より最適な条件、すなわち最もアライメント計測が良好な照明条件から順番に照明条件を、実施態様１の露光装置に反映することが可能となり、より効率的に照明条件を決定できる。このように照明条件を絞って予め設定しておくことは、同一条件で繰り返し計測したりする場合やランダムに照明条件を変えて再計測するよりも、計測エラーを減少させて装置の停止時間を減少させる。

以上説明したように、実施態様１の露光装置によれば、アライメント計測を行いエラーが発生した場合にも、装置停止時間を短縮し、スループットを向上させる。例えば、同一のウエハ、ガラス基板で計測している最中に、計測エラーが発生した場合においても、予め設定された複数の照明条件を使用して、すぐに次の適した照明条件で計測する。エラー発生後にランダムに照明条件を決定し、最適な照明条件をエラー発生後に求めるよりも迅速に処理を続行できる。即ち、予め照明条件を複数設定しておくことにより、第1の照明条件で計測エラーが発生した場合にはすぐに次の良好な照明条件を設定して計測することができ、計測エラーが続けて発生する可能性を低減する。露光装置の停止時間を減少させて露光装置のスループットを向上する。さらに、各照明条件の結果をカウントすることにより、どの照明条件でアライメント計測が成功しているのかを統計処理することができ、露光装置及びユーザーが照明条件を決定し易くなる。

［デバイス製造方法の実施形態］
次に、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。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。
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、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含み得る。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）とを含み得る。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、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

本発明の実施態様１の露光装置の全体構成図である。本発明の実施態様１の露光装置における露光プロセス、ショットの位置に対応した照明条件の説明図である。本発明の実施態様１の露光装置におけるアライメント計測時のフローを説明図である。

１０１：照明系ユニット１０２：レチクルステージ
１０３：投影光学系１０４：ウエハステージ
１０５：コントローラ１０６：照明条件設定手段
１０７：エラー検知手段１０８：照明条件変更手段
１０９:回数カウント手段

Claims

基板を保持して移動するステージを有し、前記ステージに保持された基板に形成されたアライメントマークを照明してその位置を計測し、計測された前記位置に基づいて前記基板を位置決めして露光する露光装置において、
前記アライメントマークに対する複数の照明条件を予め設定し、前記複数の照明条件のうちの第１の照明条件でのアライメント計測エラーの発生に基づいて、前記第１の照明条件を前記複数の照明条件のうちの第２の照明条件に変更する制御手段を有する、
ことを特徴とする露光装置。
前記照明条件は、照明光の波長、照明光学系のσ絞り、および照明光量の少なくとも１つに関する条件を含む請求項１記載の露光装置。
前記制御手段は、露光プロセス毎に前記複数の照明条件を設定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記制御手段は、アライメントマーク毎に前記複数の照明条件を設定する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
前記制御手段は、前記発生の回数に基づいて前記変更を行う、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
請求項１乃至５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、
前記工程で露光された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。