JP2011009316A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測ステーションにおける非稼働時間の発生を防止して露光精度を高める露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置１００は、基板Ｐに対してアライメント計測およびフォーカス計測を行う計測ステーション１１０と、計測ステーション１１０で計測された基板Ｐの各ショット領域を走査露光する露光ステーション１２０と、計測ステーション１１０での計測結果に基づいて露光ステーション１２０での露光動作を制御する主制御部１４１と、を有する。主制御部１４１は、計測ステーション１１０でのフォーカス計測の結果に基づいて、露光ステーション１２０での露光における基板Ｐの走査速度を各ショット領域に対して決定し、各ショット領域に対して決定された走査速度に基づいて、露光ステーション１２０での基板Ｐの露光に要する時間を求め、求められた時間に応じて、計測ステーション１１０で計測されるべきショット領域の数を決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、露光装置に関する。

特許文献１は、走査型露光装置において、露光前に基板の表面位置（高さ及び傾き）を計測し、その計測結果に基づいて走査速度を調節する方法を提案している。

また、特許文献２は、計測ステーションと露光ステーションと２つの基板ステージとを含む露光装置（「ツインステージ型露光装置」とも呼ばれる）を提案している。計測ステーションは露光前に基板の表面の位置及びアライメントマークの位置を計測し、その計測結果に基づいて露光ステーションは計測済の基板を走査露光する。露光ステーションが基板を露光している間、計測ステーションは次に露光ステーションで露光される基板を計測する。

基板には、通常、それぞれに原板のパターンが露光される複数の露光領域（以下、「ショット」と呼ぶ）が形成されており、基板の外周部に隣接したショットは周辺ショットとも呼ばれる。

特開２００１−２２３１５７号公報 特開２００８−２５８３８１号公報

走査露光においては、周辺ショットの走査速度をそれよりも内側のショットの走査速度よりも小さくすると共に原板を照明する照度も同程度小さくすることが必要な場合がある。このような場合とは、例えば、製造プロセスにおいて基板の周辺が変形している場合や液浸露光において液膜の千切れ（分離）を防止する場合である。照度の切り替えは、通常、照明光学系で行われるが、これには時間がかかる。このため、これがツインステージ型露光装置の場合、露光ステーションの露光時間が延長される結果、延長時間分だけ計測ステーションにおいて非稼働時間が発生することになる。

本発明は、例えば、計測ステーションにおいて発生し得る非稼働時間を低減して計測精度の点で有利な露光装置に関する。

本発明の一側面としての露光装置は、基板に対してアライメント計測およびフォーカス計測を行う計測ステーションと、前記計測ステーションで計測された前記基板の各ショット領域を走査露光する露光ステーションと、前記計測ステーションでの計測結果に基づいて前記露光ステーションでの露光動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記計測ステーションでのフォーカス計測の結果に基づいて、前記露光ステーションでの露光における前記基板の走査速度を前記各ショット領域に対して決定し、前記各ショット領域に対して決定された前記走査速度に基づいて、前記露光ステーションでの前記基板の露光に要する時間を求め、求められた前記時間に応じて、前記計測ステーションで計測されるべきショット領域の数を決定する、ことを特徴とする。

本発明は、例えば、計測ステーションにおいて発生し得る非稼働時間を低減して計測精度の点で有利な露光装置を提供することができる。

本実施例の露光装置のブロック図である。 図１に示す基板の初期状態のショット配列を示す平面図である。 サンプルショットが増加された基板のショット配列を示す平面図である。 図１に示す露光装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図４に示すＳ２０８の動作を説明するためのグラフである。 基板に形成されたショット配列の例を示す平面図である。 図６に示す基板の変形の例を示すグラフである。 図７に示す変形を微分したグラフである。

図１は、本実施例の露光装置１００のブロック図である。露光装置１００は、計測ステーション１１０と、露光ステーション１２０と、制御系１４０と、不図示の搬送部と、を有するツインステージ型露光装置である。

図１において、計測ステーション１１０には基板Ｐ１が搭載され、露光ステーション１２０には基板Ｐ０が搭載されている。基板Ｐ１は、次に露光ステーション１２０で露光される基板であり、基板Ｐ０は直前に計測ステーション１１０で計測された計測済の基板である。基板Ｐ１の次に計測ステーション１１０に搭載される基板を基板Ｐ２とする。なお、参照符号Ｐは、基板Ｐ１とＰ０を総括する。

計測ステーション１１０が基板Ｐ１を計測している間に露光ステーション１２０が基板Ｐ０を露光する。初期状態では、計測ステーション１１０が基板Ｐ１を計測する計測時間と露光ステーション１２０が基板Ｐ０を露光する露光時間はほぼ等しく設定される。このため、何らかの理由で露光ステーション１２０による露光時間が延長されれば延長された時間だけ計測ステーション１１０において非稼働時間が発生することになる。

計測ステーション１１０は、基板Ｐ１のアライメント情報とフォーカス情報を取得し、アライメント検出系１１２、フォーカス検出系１１４、第１基板ステージ１１６を有する。アライメント情報は、後述する原板パターンと基板Ｐの各ショットとを位置合わせするのに必要な情報である。フォーカス情報は、基板Ｐの表面位置（高さ及び傾き）に関する情報であり、基板Ｐの表面を後述する投影光学系の最良結像面に合わせこむのに必要な情報である。

アライメント検出系１１２は、基板ステージ１１６に搭載された基板Ｐ１の上方に設けられ、基板Ｐ１上の複数のアライメントマーク（位置合わせマーク）を検出し、その検出結果を制御系１４０のアライメント制御部１４２に供給する。より詳細には、アライメント検出系１１２は、基板上の複数の露光領域の中の一部の露光領域の、原板とのアライメント（位置合わせ）に使用されるアライメントマークを計測する。図１において、Ｚ軸方向は、アライメント検出系１１２の光軸方向に平行な方向である。

基板Ｐは、別の実施例では液晶基板であり、被露光体を代表する。基板Ｐの表面にはフォトレジストが塗布されている。基板上には、原板パターンがそれぞれ露光される複数の露光領域であるショットがマトリックス状に形成されている。

図２は、基板Ｐの平面図であり、基板上のショット配列を示している。基板Ｐには複数のショットＶが形成され、隣接するショット間又は周辺ショットの周りには、原板Ｍと基板Ｐの各ショットＶとのアライメントに使用される不図示のアライメントマークが形成されている。アライメントマークは、本実施例では、Ｘ方向及びＹ方向に延びる一対のパターンである。

また、本実施例の計測ステーション１１０はグローバルアライメント方式によりアライメントマークを計測する。即ち、図２に示すように、ショットＶの中から選択された一部のショット（ハッチングされたサンプルショット）Ｖ１に対応するアライメントマークのみを基板ステージ１１６を駆動しつつアライメント検出系１１２で検出する。

アライメント検出系１１２は、オフアクシス（ＯＡ）スコープを利用して基板Ｐ１のサンプルショットＶ１のアライメントマークを検出する。ＯＡスコープの光軸はＺ軸方向に平行である。ＯＡスコープは、内部に、アライメントマークの表面と共役に配置された不図示のインデックスマークを有する位置検出装置である。不図示の干渉計の測定結果及びＯＡスコープによるアライメントマークの計測結果から、基板Ｐ１上に形成されたショット配列情報を算出することができる。

フォーカス検出系１１４は、投光系及び受光系を含み、基板ステージ１１６に搭載された基板Ｐ１の上方に設けられ、基板Ｐ１の表面位置（高さ及び傾き）を検出し、その検出結果を制御系１４０のフォーカス制御部１４３に供給する。具体的には、フォーカス検出系１１４は、基板Ｐ１の表面にスリットパターンを経た光を斜入射で照射し、基板Ｐ１の表面で反射したスリットパターンをＣＣＤなどの撮像素子で撮影する。後述するフォーカス制御部１４３は、撮像素子で得られたスリット像の位置から基板Ｐ１の表面のフォーカス位置を測定する。このように、フォーカス検出系１１４は、基板Ｐの露光コマンド前に基板Ｐの表面位置を検出する点で露光コマンド後に基板Ｐの表面位置を検出する従来の先読みフォーカス系とは相違する。

基板ステージ１１６は、基板Ｐ１を支持して、基板Ｐ１をＸＹＺ軸方向及び各軸の回転方向に駆動することができる。

露光ステーション１２０は、マスク又はレチクルなどの原板Ｍのパターンをウエハや液晶基板などの基板Ｐにステップアンドスキャン方式で露光する走査型露光装置である。露光ステーション１２０は、光源１２１、照明光学系１２２、原板ステージ１２６、投影光学系１２８、基板ステージ１３０を有する。図１において、Ｚ軸方向は、投影光学系１２８の光軸方向に平行な方向であり、Ｙ軸方向は走査方向である。Ｘ軸方向は光軸方向及び走査方向の双方に直交する方向である。

光源１２１は、原板Ｍを照明する光束又は露光に使用される光束（露光光）を射出し、レーザーや水銀ランプを使用することができる。

照明光学系１２２は、原板を光源からの光束により均一に照明する機能を有する。本実施例の照明光学系１２２は、光量を調節する（又は減光する）ＮＤフィルタ１２３と、ＮＤフィルタ１２３を搭載してこれを光路上に挿入したり光路から退避させたりする切り替え手段（例えば、ターレット）１２４を有する。

原板Ｒは、基板Ｐに転写されるパターン又は像を有し、原板ステージ１２６に保持される。原板ステージ１２６は原板Ｒを露光スリットに対して走査方向（Ｙ軸方向）に駆動することができる。本実施例では、原板ステージ１２６は、原板ＲをＸＹＺ軸方向及び各軸の回転方向に駆動することができる。

投影光学系１２８は、原板Ｒのパターンの像を基板Ｐ０に投影し、原板Ｒと基板Ｐとを光学的に共役の関係に維持する。投影光学系１２８の基板に最も近い光学素子（最終面）と基板との間隙に空気よりも屈折率の高い液体を充填していわゆる液浸露光装置を構成してもよい。

基板ステージ１３０は、基板Ｐ０を支持して、基板Ｐ０をＸＹＺ軸方向及び各軸の回転方向に駆動することができる。

制御系１４０は、主制御部１４１と、アライメント制御部１４２と、フォーカス制御部１４３と、駆動制御部１４４、１４６及び１４７と、記憶部１４５と、を有する。

主制御部１４１は、計測ステーション１１０の計測結果に基づいて露光ステーション１２０による露光動作を制御する。また、主制御部１４１の動作の詳細については後述する。

アライメント制御部１４２は、アライメント検出系１１２にサンプルショットＶ１のアライメント計測をさせ、アライメント検出系１１２から計測結果（アライメント情報）を取得し、それを記憶部１４５に格納する。アライメント制御部１４２は主制御部１４１によって制御される。

フォーカス制御部１４３は、フォーカス検出系１１４にフォーカス検出を行わせ、フォーカス検出系１１４から計測結果（フォーカス情報）を取得し、それを記憶部１４５に格納する。

駆動制御部１４４は、主制御部１４１の制御の下で、基板ステージ１１６を駆動する。

記憶部１４５は、基板Ｐの処理条件を定義するレシピによって露光装置１００の計測動作や露光動作を一元的に制御する。レシピは、初期設定された基板Ｐの走査露光時の走査速度（以下、「通常の走査速度」という。）を規定している。また、記憶部１４５は、計測ステーション１１０による計測結果も格納する。

駆動制御部１４６は、主制御部１４１の制御の下で、原板ステージ１２６を駆動する。駆動制御部１４７は、主制御部１４１の制御の下で、基板ステージ１３０を駆動する。駆動制御部１４６及び１４７は、通常の走査露光時にはレシピに初期設定された速度で対応するステージを駆動するが、何らかの原因で走査速度を落とす必要があれば、レシピに初期設定された速度よりも小さい速度で対応するステージを駆動する。

不図示の搬送部は、計測ステーション１１０によって計測された基板Ｐを露光ステーション１２０に供給し、露光ステーション１２０で露光された基板Ｐを露光ステーション１２０から搬出する。また、計測ステーション１１０に次の基板を搬入する。

以下、露光装置１００の動作について説明する。まず、図４を参照して、計測ステーション１１０における動作について説明する。図４は、主制御部１４１の動作を説明するためのフローチャートであり、同図において、「Ｓ」はステップの略である。

まず、主制御部１４１は、不図示の搬送部を制御して基板Ｐ１を、基板Ｐ０、Ｐ１のロットを収納する不図示のストッカーから、計測ステーション１１０の基板ステージ１１６にロードする（Ｓ２０２）。また、これに同期して、主制御部１４１は、不図示の搬送部を制御して基板Ｐ０を計測ステーション１１０から露光ステーション１２０の基板ステージ１３０にロードする。

次に、主制御部１４１は、アライメント制御部１４２を介して、アライメント検出系１１２で基板Ｐ１上のサンプルショットＶ１の不図示のアライメントマークを計測する（Ｓ２０４）。アライメント制御部１４２は、アライメント検出系１１２から計測結果（アライメント情報）を取得し、それを記憶部１４５に格納する。

次に、主制御部１４１は、フォーカス制御部１４３を介して、フォーカス検出系１１４で基板Ｐ１の表面位置の計測（フォーカス計測）を行う（Ｓ２０６）。フォーカス制御部１４３は、フォーカス検出系１１４から計測結果を取得し、記憶部１４５に格納する。

次に、主制御部１４１は、フォーカス検出系１１４の検出結果に基づいて露光ステーション１２０における走査速度をショット毎に調節する（Ｓ２０８）。露光ステーション１２０の走査露光において、基板Ｐの周辺部において基板Ｐの変形が大きく基板ステージ１３０が完全に追従しきれない場合がある。すると、デフォーカスが発生し、フォーカス精度が低下する。このため、主制御部１４１は、レシピに初期設定された通常の走査速度（第１走査速度）よりも走査速度を落とす（即ち、第１走査速度をそれよりも小さい第２走査速度に変更する）。これにより、露光ステーション１２０におけるデフォーカスを軽減し、制御偏差の発生を抑えた状態で走査露光を行うことができる。

しかし、全ての基板Ｐの周辺ショットが変形しているわけではなく、基板Ｐがその製造プロセスによって変形したかどうかは計測ステーション１１０が実際に計測するまでわからない。このため、Ｓ２０８では、基板Ｐが基板ステージ１３０が追従できないほど大きく変形していれば走査速度を遅くするが変形していなければ走査速度を変更しない。基板ステージ１３０が追従できないほど基板Ｐが大きく変形している場合において走査速度を遅くする割合は通常の走査速度（第１走査速度）の数％オーダーではなく通常の走査速度の１／２〜１／３程度の大幅な変更となる。そして、この場合には、露光量制御の観点から原板Ｍを照明する照度（光強度）を照明光学系１２２内で変更しなければならない。

図５は、周辺ショットの高さが低くなっているように変形している場合の基板Ｐの部分拡大断面図である。図５は、原点は基板Ｐの中心であり、横軸は基板Ｐの中心からのＹ軸方向の距離を表し、縦軸は基板Ｐの表面位置（高さ）を表している。

Ｓ２０８において、主制御部１４１は基板ステージ１３０が追従できないほど基板Ｐが大きく変形しているかどうかを判断する。より具体的には、主制御部１４１は、図５においては、基板Ｐ１の表面位置（高さ）と、基板Ｐ１に変形がない場合の理想的な表面位置（高さ）（基準高さＨ）との差Ｌの絶対値が許容値よりも大きいかどうかを判断する。許容値は基板ステージ１３０が追従可能な量に設定されており、許容値よりも大きければ走査速度の調節が必要であり、許容値よりも小さければ差Ｌは走査速度の調節は不要となる。

記憶部１４５は、差Ｌが許容値を超えた場合にどの程度の走査速度の調節が必要なのかを示す、差Ｌと走査速度との関係を示すテーブル、変換式（又は関係式）若しくはグラフを保持している。かかるテーブル、変換式若しくはグラフは実験又はシミュレーションによって事前に取得されている。走査速度を落とす場合には記憶部１４５のレシピに変更された走査速度を書き込む。主制御部１４１は、走査速度の制御を駆動制御部１４６及び１４７を通じて行う。

次に、主制御部１４１は、フォーカス検出系１１４の検出結果に基づいて露光ステーション１２０における全露光時間を取得する（Ｓ２１０）。なお、Ｓ２１０とＳ２１２は差Ｌが許容値よりも小さければ（即ち、Ｓ２０８において走査速度を調節しない場合には）省略してもよい。

差Ｌが許容値を超えている場合に、走査速度を落とすことになるが（Ｓ２０８）、走査速度を落とすと、同じ割合の光量調整（減光）が必要になり、切り替え手段１２４を切り替えるなど時間のかかる処理が必要になる。このため、Ｓ２１０における露光時間は、通常の走査速度を使用した露光時間よりも延長されることになる。通常の走査速度を使用した露光時間に対しては、ほぼ同じ時間の計測時間で処理可能な最大のサンプルショット数が設定（決定）されている。もし、Ｓ２１０で露光時間が延長され、次の基板の計測時間がそのままであれば計測ステーション１１０で先に計測が終了して非稼働時間が発生することになる。

そこで、主制御部１４１は、この非稼働時間を低減して計測ステーション１１０の動作の効率化を図るために、フォーカス検出系１１４の検出結果に基づいて追加可能な（好ましくは最大の）サンプルショット数を計算する（Ｓ２１２）。追加可能なサンプルショット数は、通常の走査速度を使用した露光時間が延長された時間を、一つのサンプルショットＶ１を追加した場合に余分にかかる計測時間で除した数に対応する。

図３は、予め設定されたサンプルショットＶ１に対して６つのサンプルショットＶ２が動的に追加された基板Ｐの平面図である。なお、図２及び図３に示すサンプルショットの配置は単なる例示である。

そして、主制御部１４１は、基板Ｐ１の次に計測ステーション１１０で計測される基板Ｐ２のために、通常のサンプルショットにＳ２１２で追加されたサンプルショットを加える（Ｓ２１４）。

次に、主制御部１４１は、不図示の搬送部を制御して基板Ｐ０を露光ステーション１２０からアンロードし、基板Ｐ１を計測ステーション１１０からアンロードする（Ｓ２１６）。

続いて、主制御部１４１は、不図示の搬送部を制御して基板Ｐ１を露光ステーション１２０にロードし、基板Ｐ２を不図示のストッカーから計測ステーション１１０にロードする（Ｓ２１８）。

次に、主制御部１４１は、露光ステーション１２０にて基板Ｐ１の各ショット領域を走査露光し、計測ステーション１１０にて基板Ｐ２を計測する（Ｓ２２０）。ここでは、周辺ショットについては、走査速度を小さくすると共に光量を小さくしている。また、それに対応して、主制御部１４１は、延長される露光時間の分だけサンプルショット数を増加する。即ち、主制御部１４１は、通常の走査速度（第１走査速度）に対応するサンプルショット数よりも多いサンプルショットを基板Ｐ２に対して計測するように計測ステーション１１０を制御する。これにより、露光ステーション１２０が基板Ｐ１を露光する露光時間と計測ステーション１１０が基板Ｐ２を計測する時間がほぼ等しくなり、計測ステーション１１０において無駄な時間が発生することを防止することができる。また、一般に、サンプルショット数が増加するとアライメント精度（又は重ね合わせ精度）が向上する。Ｓ２０４〜Ｓ２１４の間に露光ステーション１２０は基板Ｐ０を露光している。

なお、本実施例では、基板Ｐ０が基板Ｐ１の前に計測されている基板であるとしているが、基板Ｐ１が最初の基板であって基板Ｐ０が存在しなくてもよい。また、本実施例では、ロット単位で記憶部１４５に情報を記録すると説明したが、それ以外の単位でも情報を記録してもよい。

図６に示すショット番号の表面形状が図７に示すようになっている基板Ｐを露光する場合を考える。この場合、走査速度の切替（低下）が必要になるのは、傾き（走査方向の座標（ｙ座標）に応じて変化させるべきｙ軸周りの基板の回転角またはロール角ωｙ）の大きい部分領域を含んだショットではない。むしろ、当該傾きの変化率（ｄωｙ／ｄｙ）の大きな箇所を含んだショットである。図７に示すデータをｙで微分すると図８に示すようになる。ここに閾値を設け、その閾値を越えたショットを低速での露光が必要と判断する。この図８の例で、走査速度を切り替えて露光が必要になるのはショット０及びショット４である。

この場合、ショット０、ショット１、ショット２、ショット３及びショット４の順番で露光を行うとする。すると、ショット０の前で通常の走査速度を低速の走査速度へ切り替え、ショット０とショット１の間で通常の走査速度へ切り替え、ショット３とショット４の間で通常の走査速度を低速の走査速度へ切り替える。この結果、速度切替が三度行われてスループットの低下を招く。スループットの低下を軽減するために、例えば、ショット１、ショット２、ショット３の露光をまず通常の走査速度で露光を行い、その後に走査速度を切り替える。そして、ショット０とショット４を低速の走査速度で露光する。このように走査速度の同一のショットをまとめて露光することにより、走査速度の切替回数を減らしてスループットの低減を軽減することができる。

なお、低速の走査速度でも追従しきれないショットは更に走査速度を落として露光を行う。このように幾つかの走査速度を準備しておくことにより、必要に応じて、かつ、できるだけ少ない数の切替回数で全ショットの露光を完了させる。

上述の実施例は、計測ステーション１１０の計測結果から低速の走査速度を行うショットを判別しているが、別の理由で走査速度を切り替えてもよい。例えば、液浸露光装置の場合、基板Ｐと基板ステージ１３０では撥水性が異なり、また、基板Ｐと基板ステージ１３０の間には溝ができる。そのため、液浸液の液膜が基板Ｐと基板ステージ１３０の境界に差し掛かる周辺ショットでは液膜切れが発生するおそれがある。そこで、液膜切れを防止するために周辺ショットで走査速度を落とすことが有効である。
［デバイス製造方法の実施形態］
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、品質および生産コスト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。

露光装置は、デバイスを製造する用途に適用することができる。

１００ 露光装置
１１０ 計測ステーション
１１２ アライメント計測系
１１４ フォーカス検出系
１２０ 露光ステーション
１４１ 主制御部
Ｒ 原板
Ｐ 基板

Claims (4)

1. 基板に対してアライメント計測およびフォーカス計測を行う計測ステーションと、
   前記計測ステーションで計測された前記基板の各ショット領域を走査露光する露光ステーションと、
   前記計測ステーションでの計測結果に基づいて前記露光ステーションでの露光動作を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記計測ステーションでのフォーカス計測の結果に基づいて、前記露光ステーションでの露光における前記基板の走査速度を前記各ショット領域に対して決定し、前記各ショット領域に対して決定された前記走査速度に基づいて、前記露光ステーションでの前記基板の露光に要する時間を求め、求められた前記時間に応じて、前記計測ステーションで計測されるべきショット領域の数を決定する、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、決定された前記走査速度の等しい複数のショット領域を続けて露光するように前記露光動作を制御する、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、走査方向における座標に応じて変化させるべき前記基板のロール角の変化率に基づいて、前記各ショット領域に対する前記走査速度を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 請求項１乃至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ステップと、
   前記ステップで露光された基板を現像するステップと、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。