JP2011040523A - 露光装置、及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光光の照度が変化した場合でも、アライメントマークの高精度な検出が可能となる露光装置を提供する。
【解決手段】複数の波長を含む光源１０１と、該光源１０１から特定波長の光を抽出し、原版２０１のパターンを照明する露光光ＥＬを導入する第１の一定帯域透過型のミラー１０３と、光源１０１から特定波長の光を抽出し、原版２０１、及び基板４０１のアライメントマーク２０４、４０５を照明するアライメント光ＡＬを導入する第２の一定帯域透過型のミラー１０４と、露光光ＥＬの照度を検出する照度センサー１０６とを備えた照明光学系１００を有する露光装置であって、更に、露光光ＥＬの照度を調整する露光量コントローラー６０３と、アライメントマーク２０４、４０５を検出する蓄積型光検出器５０４と、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を設定するアライメント光量コントローラー６０４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、及びそれを用いたデバイスの製造方法に関するものである。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル、又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。露光装置は、基板に対する露光処理に際し、基板の位置合わせを行うアライメント処理を実施する。従来、露光装置のアライメント方式として、アライメントマークを蓄積型光検出器に撮像し、二次元的に原版と基板のアライメントを行う方法がある。この場合、蓄積型光検出器は、アライメントマークを撮像するためのアライメント光が必要であり、例えば、５４６ｎｍ、及び５７８ｎｍにピークのある光をアライメント光に用いる。ここで、露光光の波長は、例えば、３００ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下とし、アライメント光によるレジストの感光を避けた波長の光を採用することが望ましい。これに対して、特許文献１は、超高圧水銀ランプ等の複数の波長を含む光源から、光学的分割方法を採用することで露光光とアライメント光を取得し、アライメント光に用いる光源を新たに用意する必要なく、装置全体の大型化を避ける露光装置を開示している。

特許第２６５２８９６号

従来の露光装置は、各ショット間のプロセス要因による露光線幅のバラツキを微調整するために、同一基板内の各ショットに対し、目標積算露光量を微調整する。この目標積算露光量の微調整の方法は、露光時間を調整する場合もあるが、一般的には、生産効率を落とさないために、露光光の照度を調整する方法を採用する。しかしながら、特許文献１に示すような従来の露光装置では、光学的分割方法を採用して同一の光源から露光光とアライメント光を抽出しているため、露光光の照度が調整されると、同時にアライメント光の照度が変化してしまうという問題がある。更に、露光光の照度を調整すると、観察系で撮像されるアライメントマークの光量が異なり、アライメントマークの検出が困難となる。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、露光光の照度が変化した場合でも、アライメントマークの高精度な検出が可能となる露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の波長を含む光源と、該光源から特定波長の光を抽出し、原版のパターンを照明する露光光を導入する第１の一定帯域透過型のミラーと、光源から特定波長の光を抽出し、原版、及び基板のアライメントマークを照明するアライメント光を導入する第２の一定帯域透過型のミラーと、露光光の照度を検出する照度センサーとを備えた照明光学系を有する露光装置であって、更に、露光光の照度を調整する露光量コントローラーと、アライメントマークを検出する蓄積型光検出器と、蓄積型光検出器の蓄積時間を設定するアライメント光量コントローラーと、を有することを特徴とする。更に、露光装置は、上記の構成に加え、複数枚の減光フィルターを切り替え可能な減光フィルター切り替え機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、アライメント光量コントローラーが、調整された露光光ＥＬの照度に対して、蓄積型光検出器の蓄積時間を調整するので、各アライメントマークの高精度な検出が可能となる。更に、アライメント光の照度は、アライメント光がアライメント光量コントローラーで調整された減光フィルターを透過するので、好適な値となる。

本発明の露光装置の構成を示す概略図である。 蓄積型光検出器の蓄積時間の設定方法を示すフローチャートである。 アライメント光の調整方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の露光装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。なお、本実施形態の露光装置は、液晶表示パネル等に使用されるガラスプレート（以下、単に「プレート」と表記する）を被処理基板（基板）とし、ステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・アンド・スキャン方式を採用した走査型投影露光装置である。露光装置１は、照明光学系１００と、マスク２０１を載置及び保持するマスクステージ２００と、投影光学系３００と、プレート４０１を載置及び保持するプレートステージ４００と、アライメントマーク観察系５００と、制御系６００とを備える。

照明光学系１００は、超高圧水銀ランプ等を含む光源１０１と、該光源１０１から射出された光束を集光する楕円鏡１０２と、特定波長のみを反射する第１ミラー１０３、及び第２ミラー１０４と、光源１０１からの光束を受光する受光部１０５とを有する。第１ミラー１０３は、露光処理時にマスク２０１に対して露光光ＥＬを導入する一定帯域透過型のミラー（Ｂａｎｄ ｐａｓｓ ｍｉｒｒｏｒ）である。一方、第２ミラー１０４は、後述のアライメントマーク観察系５００に対してアライメント光ＡＬを導入する一定帯域透過型のミラーである。なお、露光光ＥＬとしては、一般に紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）が用いられる。また、照明光学系１００は、不図示のコンデンサレンズや、光学インテグレータ等を備える。更に、照明光学系１００は、第１ミラー１０３から投射される露光光ＥＬの照度を計測するための照度センサー１０６を有する。

マスクステージ２００は、マスク２０１をＸＹθの各方向に対して移動可能に保持するステージ装置であり、ステージ駆動部２０２と、該ステージ駆動部２０２を支持するベース部２０３とを備える。マスク２０１は、プレート４０１に投影されるべきパタ−ン（例えば、ＴＦＴ回路）を有する原版である。投影光学系３００は、内部に反射鏡３０１と台形ミラー３０２とを備えてなり、反射鏡３０１で入射光の偏光特性を変化させ、マスク２０１の照射領域に描画されたパターン像をプレート４０１上に結像させるものである。プレートステージ４００は、プレート４０１をＸＹＺθの各方向に対して移動可能に保持するステージ装置であり、プレート４０１を保持するプレートチャック４０２と、ステージ駆動部４０３と、該ステージ駆動部４０３を支持するベース部４０４とを備える。

アライメントマーク観察系５００は、複数枚の減光フィルターを切り替えることができる機構（減光フィルター切り替え機構）５０１と、偏光ビームスプリッター５０２と、反射ミラー５０３と、蓄積型光検出器５０４とからなる。蓄積型光検出器５０４は、本実施形態では、シャッター等を設けて光蓄積時間の調整ができるＣＣＤカメラ等を採用する。

制御系６００は、まず、メインコントローラー６０１と、外部記憶装置６０２と、照度センサー１０６からの情報を取得し、光源１０１を制御することで露光光ＥＬの照度を調整する露光量コントローラー６０３とを備える。また、制御系６００は、減光フィルター切り替え機構５０１、及び蓄積型光検出器５０４を制御するアライメント光量コントローラー６０４を備える。更に、制御系６００は、蓄積型光検出器５０４からの情報を取得する画像処理システム６０５と、各ステージ装置を制御するステージコントローラー６０６とを備える。メインコントローラー６０１は、上記の各種コントローラーに相互ネットワークで接続され、各コントローラー間の通信、及び指令を実行する。外部記憶装置６０２は、メインコントローラー６０１に接続され、メインコントローラー６０１からの送信データを記憶する装置である。

更に、露光装置１は、マスクステージ２００、及びプレートステージ４００の各ステージ装置の位置計測を実施するためのレーザー干渉測定器７００を備える。該レーザー干渉測長器７００は、レーザーヘッド７０１と、干渉ミラー７０２、７０３と、マスクステージ２００のステージ駆動部２０２に設置された反射ミラー７０４と、プレートステージ４００のステージ駆動部４０３に設置された反射ミラー７０５とからなる。レーザー干渉測定器７００は、レーザーヘッド７０１から、干渉ミラー７０２、７０３を介して各反射ミラーに対してレーザー光が射出し、反射光と入射光の干渉に基づいて、各ステージ装置の位置（マスク２０１、及びプレート４０１の位置）を検出する。

上記の構成を基に、露光装置１は、マスクステージ２００上に載置されたマスク２０１を介して、光源１０１からの露光光ＥＬを、投影光学系３００を介してプレート４０１上に照射することにより、プレート４０１上に所望のパターンを形成する。

次に、本実施形態における、露光処理中の照度変化に対する蓄積型光検出器の蓄積時間の設定方法について説明する。図２は、露光処理中の照度変化に対する蓄積型光検出器５０４の蓄積時間の設定方法の流れを示すフローチャートである。

まず、露光処理の準備に際し、ステージコントローラー６０６は、プレートステージ４００のステージ駆動部４０３を駆動させ、プレート４０１面上の第１露光領域を、露光光の照射領域へと移動させる（ステップＳ１）。

次に、露光量コントローラー６０３は、メインコントローラー６０１から予め照度データを受信し、該照度データに基づいて、光源１０１の照度を調整する（ステップＳ２）。この場合、照度調整方法としては、例えば、露光量コントローラー６０３が光源１０１の出力を電気的に調整する方法がある。これ以外の調整方法としては、透過率の異なる不図示の減光板を切り替える方法や、減光率を連続で可変に調整する光量絞り方法等がある。また、上記の調整方法を組み合わせて使用しても良い。露光光ＥＬは、光源１０１から射出された光束を楕円鏡１０２により集光し、第１ミラー１０３に入射させて抽出する。そして、照度センサー１０６は、露光光ＥＬの照度を計測し、電気信号として露光量コントローラー６０３へ送信する。ここで、露光量コントローラー６０３は、受信した露光光ＥＬの照度と、メインコントローラー６０１から受信した照度データとを比較し、両者の値に大きな差が見られる場合は、光源１０１を再度調整する。

次に、アライメント光量コントローラー６０４は、ステップＳ２で調整された露光光ＥＬの照度に対して、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を調整する（ステップＳ３）。なお、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間は、長ければ検出される像の光量が高く、一方、短ければ検出される像の光量が低くなる。したがって、蓄積時間の調整値は、アライメント光量コントローラー６０４が、予めメインコントローラー６０１、若しくは外部記憶装置６０２に記憶されている値を受信し、蓄積型光検出器５０４に適用する。なお、好適な蓄積時間調整値の設定方法は、後述する。ここで、蓄積型光検出器５０４が検出するアライメントマークが、適切な光量を得られる場合は、他の方法を用いても良い。

次に、露光量コントローラー６０３は、アライメント光ＡＬをアライメントマーク観察系５００に入射させ、メインコントローラー６０１は、アライメントマークの検出を実施する（ステップＳ４）。ここで、偏光ビームスプリッター５０２は、投影光学系３００に内蔵された不図示のλ／４板と併せ、アライメント光ＡＬを波面が互いに交差する２つの成分（Ｐ波、Ｓ波）に分割する。このとき、一方のアライメント光ＡＬは、偏光ビームスプリッター５０２を透過し、他方は、反射する。次に、アライメント光ＡＬは、マスク２０１上に形成されたマスクアライメントマーク２０４に導かれ、投影光学系３００を介してプレート４０１上に形成されたプレートアライメントマーク４０５に達する。次に、プレートアライメントマーク４０５の反射光は、偏光ビームスプリッター５０２を透過し、蓄積型光検出器５０４に導かれる。そして、蓄積型光検出器５０４は、設定された蓄積時間に基づいて、プレートアライメントマーク４０５の反射光を検出し、該反射光の検出結果を電気信号として画像処理システム６０５に送信する。

次に、露光装置１は、マスク２０１、及びプレート４０１のアライメント処理と、露光処理に移行する（ステップＳ５）。なお、ここでのアライメント処理、及び露光処理は、一般的な露光装置の処理と同一であり、本発明では、特に限定するものではない。

プレート４０１面上の第１露光領域の露光処理が終了した後、次に、ステージコントローラー６０６は、プレートステージ４００のステージ駆動部４０３を駆動させ、プレート４０１面上の次の露光領域を、露光光の照射領域へと移動させる（ステップＳ６）。露光装置１は、上記の処理を、プレート４０１面上の全露光領域の露光処理が終了するまで繰り返す（ステップＳ７）。なお、蓄積型光検出器の蓄積時間の設定処理は、上記のように、最短で全ての露光領域毎（ショット毎）に実施しても良いし、若しくは、ある間隔を置いた露光領域毎に実施しても良い。

以上のように、本発明では、露光処理中に、アライメント光量コントローラー６０４が、ステップＳ２で調整された露光光ＥＬの照度に対して、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を調整するので、各アライメントマークの高精度な検出が可能となる。即ち、本発明の露光装置は、露光処理中に露光光ＥＬの照度が調整されても、同時にアライメント光ＡＬの光量を適切に変化させるので、アライメントマーク観察系５００で撮像されるアライメントマークの光量が異なってしまうことに起因する問題が解消される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る、露光処理中の照度変化に対するアライメント光の調整方法について説明する。なお、本実施形態では、図２におけるステップＳ１からＳ７までの処理のうち、ステップＳ３における処理以外は、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間の調整方法と同様の処理である。即ち、本実施形態の露光装置の特徴は、ステップＳ３において、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を任意の固定値とし、減光フィルター切り替え機構５０１を用いてアライメント光ＡＬの調整を行う点にある。

まず、照度センサー１０６は、露光光ＥＬの照度を計測する。この照度の計測値は、露光量コントローラー６０３と、続いてメインコントローラー６０１とを介し、アライメント光量コントローラー６０４に送信される。次に、アライメント光量コントローラー６０４は、減光フィルター切り替え機構５０１で切り替え可能な複数枚の減光フィルターの中から、露光光ＥＬの照度に対して好適な条件の減光フィルターに切り替える。なお、好適な条件の減光フィルターの選別方法については、後述する。

これにより、アライメント光ＡＬの照度は、アライメント光ＡＬがアライメント光量コントローラー６０４で調整された減光フィルターを透過するので、アライメントに好適な値となる。即ち、蓄積型光検出器５０４で検出されるアライメント光量は、アライメントに最適なものとなる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る、装置調整時において、露光処理中の照度変化に対するアライメントに適したアライメント光の光量を作り出す蓄積型光検出器の蓄積時間の設定条件を導出する方法について説明する。図３は、露光光の照度変化に対するアライメント光ＡＬの調整方法の流れを示すフローチャートである。

まず、露光量コントローラー６０３は、光源１０１の照度を初期値に設定する（ステップＳ１１）。ここで、初期値としては、露光光ＥＬの照度が、プレート４０１を露光するために必要な最小限の値とするのが望ましい。次に、照度センサー１０６は、露光光ＥＬの照度を計測し、照度の計測値をメインコントローラー６０１に送信する（ステップＳ１２）。受信した照度の計測値は、外部記憶装置６０２に保存される。次に、アライメント光量コントローラー６０４は、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を初期値に設定する（ステップＳ１３）。ここで、蓄積時間は、例えば、蓄積型光検出器５０４のシャッタースピードを調整することで設定される。

次に、蓄積型光検出器５０４は、マスクアライメントマーク２０４、及びプレートアライメントマーク４０５を検出し、検出結果を画像処理システム６０５に送信する。そして、画像処理システム６０５は、検出画像の光量値を算出し、メインコントローラー６０１に送信する（ステップＳ１４）。次に、メインコントローラー６０１は、受信した光量値がアライメントを行うのに充分な値かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、判定が否（Ｎ）の場合、メインコントローラー６０１は、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を任意の値分＋方向に変更し（ステップＳ１６）、ステップＳ１４に戻る。

一方、ステップＳ１５において、判定が可（Ｙ）の場合、受信した光量値は、ステップＳ１２で保存された露光光ＥＬの照度と関連付けて、再度、外部記憶装置６０２に保存される。そして、露光量コントローラー６０３は、光源１０１の照度を任意の値分＋方向に変更する（ステップＳ１７）。

次に、照度センサー１０６は、露光光ＥＬの照度を計測し、現在の照度が露光処理で用いられる露光光ＥＬの照度の中で最大値となる値かを判定する（ステップＳ１８）。ここで、判定が否（Ｎ）の場合、再度、ステップＳ１２からＳ１７を繰り返し、一方、判定が可（Ｙ）の場合は、本フローを終了する。なお、本フロー終了時は、露光照度と蓄積時間のデータは、メインコントローラー６０１に蓄積され、外部記憶装置６０２に保存される。なお、例えば、上記第１実施形態における露光処理中の照度変化に対する蓄積型光検出器５０４への蓄積時間の設定には、外部記憶装置６０２に保存されたデータから、露光光ＥＬの照度変化による蓄積時間の相対変化量を用いても良い。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る、装置調整時において、露光処理中の照度変化に対するアライメントに適したアライメント光の光量を作り出す減光フィルターを用いた調整方法について説明する。なお、本実施形態では、図３におけるステップＳ１１からＳ１８までの処理のうち、ステップＳ１３、及びＳ１６における処理以外は、第３実施形態で示した蓄積型光検出器５０４の蓄積時間の設定条件を装置調整時に導出する方法と同様の処理である。ここで、本実施形態の露光装置の特徴は、以下の２点にある。即ち、ステップＳ１３において、蓄積型光検出器５０４の蓄積時間を任意の固定値とし、減光フィルター切り替え機構５０１を用いて減光率が最も高いフィルターに設定する。更に、ステップＳ１６において、減光フィルター切り替え機構５０１を用いてフィルターの減光率が低いフィルターに順次切り替えていくことで、アライメント光量の調整を行う。なお、本フロー終了時は、第３実施形態と同様に、露光照度と減光フィルターの減光率データは、メインコントローラー６０１に蓄積され、外部記憶装置６０２に保存される。なお、例えば、上記第２実施形態における露光処理中の照度変化に対する減光フィルターの切り替えには、外部記憶装置６０２に保存されたデータから、露光光ＥＬの照度変化による減光率の相対変化量を用いても良い。

（デバイスの製造方法）
次に、上記の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、レジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を、上記の露光装置を用いて露光する工程を経る。続いて、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を行うことによってデバイスが製造される。該周知の工程は、例えば、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、ボンディング及びパッケージング等の少なくとも一つの工程を含む。

なお、本発明は、その精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実現する事ができる。したがって、上記の実施形態は、あらゆる点において単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。

１ 露光装置
１００ 照明光学系
１０１ 光源
１０３ 第１の一定帯域透過型ミラー
１０４ 第２の一定帯域透過型ミラー
１０６ 照度センサー
２０１ マスク
２０４ マスクアライメントマーク
４０１ プレート
４０５ プレートアライメントマーク
５０１ 減光フィルター切り替え機構
５０４ 蓄積型光検出器
６０３ 露光量コントローラー
６０４ アライメント光量コントローラー

Claims (8)

1. 複数の波長を含む光源と、該光源から特定波長の光を抽出し、原版のパターンを照明する露光光を導入する第１の一定帯域透過型のミラーと、前記光源から特定波長の光を抽出し、前記原版、及び基板のアライメントマークを照明するアライメント光を導入する第２の一定帯域透過型のミラーと、前記露光光の照度を検出する照度センサーとを備えた照明光学系を有する露光装置であって、
   更に、前記露光光の照度を調整する露光量コントローラーと、
   前記アライメントマークを検出する蓄積型光検出器と、
   前記蓄積型光検出器の蓄積時間を設定するアライメント光量コントローラーと、を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記露光量コントローラーは、前記照度センサーが計測した露光光の照度と、前記光源に対して予め設定した照度データとを比較して、前記露光光の照度を再度調整し、
   前記アライメント光量コントローラーは、前記露光量コントローラーが再度調整した露光光の照度に基づいて、前記蓄積型光検出器の蓄積時間を調整することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記露光量コントローラーは、前記露光光の照度を、予め前記基板を露光するために必要な最小限の初期値に設定し、かつ、前記アライメント光量コントローラーは、予め前記蓄積型光検出器の蓄積時間を初期値に設定し、
   前記蓄積型光検出器は、前記アライメントマークを検出し、検出結果に基づいて算出した光量値がアライメントを行うのに充分な値でない場合、蓄積時間を任意の値分＋方向に変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記照度センサーは、前記蓄積型光検出器が設定した前記露光光の照度を計測し、現在の照度が露光処理で用いられる露光光の照度の中で最大値となる値かを判定することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
5. 複数の波長を含む光源と、該光源から特定波長の光を抽出し、原版のパターンを照明する露光光を導入する第１の一定帯域透過型のミラーと、前記光源から特定波長の光を抽出し、前記原版、及び基板のアライメントマークを照明するアライメント光を導入する第２の一定帯域透過型のミラーと、前記露光光の照度を検出する照度センサーとを備えた照明光学系を有する露光装置であって、
   更に、前記露光光の照度を調整する露光量コントローラーと、
   前記アライメントマークを検出する蓄積型光検出器と、
   複数枚の減光フィルターを切り替え可能な減光フィルター切り替え機構と、
   前記減光フィルター切り替え機構を制御するアライメント光量コントローラーと、を有することを特徴とする露光装置。
6. 前記露光量コントローラーは、前記照度センサーが計測した露光光の照度を前記アライメント光量コントローラーに送信し、
   前記アライメント光量コントローラーは、前記蓄積型光検出器の蓄積時間を任意の固定値に設定し、前記露光量コントローラーから受信した露光光の照度に基づいて、前記減光フィルター切り替え機構の減光フィルターを切り替えることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記アライメント光量コントローラーは、前記蓄積型光検出器の蓄積時間を任意の固定値に設定し、かつ、前記減光フィルター切り替え機構の前記減光フィルターを減光率が最も高いものに設定し、前記減光フィルターの減光率が低いフィルターに順次切り替えていくことを特徴とする請求項５又は６に記載の露光装置。
8. 請求項１又は５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   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の製造方法。

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