JP2011060799A - 露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べマスクの変形を精度良く補正することが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置が、マスク２の合焦状態を検出し、マスク２の合焦状態が検出された時のマスク２のパターン面の裏面の形状を計測し、計測結果を格納部１１に予め格納する。露光装置が、基板５の露光前に、マスク２のパターン面の裏面の形状を計測し、該計測結果と上記格納部１１に予め格納された形状の計測結果とを比較する。そして、露光装置が、上記比較結果に基づいて、マスク２の変形を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法に関する。

半導体露光装置や液晶露光装置によるリソグラフィ技術を用いた半導体や液晶基板の製造が行なわれている。これらの露光装置は、マスク、レチクル等の原版（以下、マスクと記述）をマスクステージ上に搭載し、走査駆動して基板を露光する。ここで、露光時にマスクが変形したり、マスク自身の平坦度の影響によって、露光パターンの解像力劣化が発生したりする場合がある。マスクが変形する要因としては、マスクの自重による撓み、マスク自身の平坦度に起因するマスクステージ搭載時の変形、マスクステージのマスクチャック部の平坦度の影響、露光熱等の温度変化等が挙げられる。マスクの変形への対処として、例えば、露光装置が所定のマスク補正手段を用いてマスクの変形を補正することが考えられる。半導体や液晶基板の製造時には、露光装置は連続的に動作する。従って、マスクの変形の補正駆動によってマスクの変形量が常時所定の範囲内で抑制されていることを監視し、マスクの変形量が所定の範囲外の場合は補正量の修正や露光動作の停止等の処置を取ることが望まれる。

一方、一般的に、マスクはその露光用のパターンが片面（マスクステージ搭載時の下面）に描画されている。以下では、パターンが描画された面をパターン面と記述する。マスクの変形量の監視においては、パターン面を監視対象にする必要がある。そこで、マスク面計測系が、マスクのパターン面に検出光を斜入射し、その反射光を用いてマスクの変形量を計測するシステムが提案されている。なお、下記の特許文献１は、投影光学系の光軸方向におけるパターン面の位置が許容範囲内になるように、マスク上に装着された補正板を用いて、パターン面に直交する方向にマスクに力を加えてマスクの撓みを補正する露光装置を提案している。

特開２００８−２７７５７９号公報

マスクのパターン面は、マスク下面に構成されているので、マスク面計測系をマスク下面に構成する必要がある。しかし、マスクステージが走査方向に駆動するので、上述したマスク面計測系がマスクのパターン面に検出光を斜入射し、その反射光を用いてマスクの変形量を計測するシステムでは、マスク下面にマスク面計測系を構成することが困難であるという問題がある。また、露光装置におけるマスクの変形量を監視するために、マスクのパターン面の形状を計測する場合に、パターンの描画されているクロム部とパターンの描画されていないガラス部との反射率の差によって、計測誤差が発生するという問題がある。

一方、パターンが構成されていないマスクの上面（マスクのパターン面の裏面）にマスク面計測系を設け、このマスク面計測系によってマスクの上面の形状を計測し、計測結果に基づいてマスクの変形を補正する技術が考えられる。この技術によっては、マスクにおけるクロム部とガラス部との反射率差に起因する計測誤差は発生しないが、マスクの上下面の平面形状の差や厚さむらの影響によって、高精度な計測を行うことは難しい。従って、この技術によっては、マスクの変形量を精度よく検知することが困難である。更に、上記特許文献１が提案するような、マスク上に装着された補正板を用いてマスクの撓みを補正する露光装置では、補正板の厚さむらの影響によって、マスクの形状の計測結果に誤差が生じ易いという問題がある。

上記の課題を鑑み、本発明は、従来に比べマスクの変形を精度良く補正することが可能な露光装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態の露光装置は、原版に光を照明する照明光学系と、前記照明された原版からの光を基板に導く投影光学系と、前記原版のパターンの合焦状態を検出する合焦状態検出系と、前記原版のパターン面の裏面の形状を計測する形状計測手段と、前記原版の変形を補正する補正手段と、前記原版のパターンが合焦された状態における前記形状計測手段による前記原版のパターン面の裏面の形状の計測結果が予め記憶される記憶手段と、前記形状計測手段によって計測される原版のパターン面の裏面の形状と前記記憶手段に予め記憶された前記原版のパターン面の裏面の形状の計測結果とを比較し、該比較結果に基づいて、前記補正手段に指示して前記原版の変形を補正させる制御手段とを備える。

本発明によれば、従来に比べマスクの変形を精度良く補正することが可能な露光装置を提供することが可能となる。

本実施形態の露光装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例１に係るマスクの変形の補正処理フローを示す図である。

図１は、本実施形態の露光装置の構成例を示す図である。図１に示す露光装置は、照明光学系１、マスク２、マスクステージ３、投影光学系４、基板５、基板ステージ６、マスク面計測系７、補正板８、合焦検出用センサー９を備える。また、図１に示す露光装置は、計測値処理部１０、格納部１１、演算部１２、制御部１３、圧力調整部１４、配管１５を備える。なお、図１に示す露光装置は、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、マスク２に形成された回路パターンであるマスクパターン４１を基板５に露光する走査型投影露光装置である。

照明光学系１は、不図示の光源部を備え、マスク２に光源部からの光を照明する装置である。光源部において、光源は、例えば、レーザーを使用する。使用可能なレーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザー等である。なお、レーザーの種類は、エキシマレーザーに限定されず、例えばＹＡＧレーザーを使用しても良いし、レーザーの個数も限定されない。また、光源部にレーザーが使用される場合、レーザー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ーをインコヒーレント化するインコヒーレント光学系を使用することが好ましい。更に、光源部に使用可能な光源は、レーザー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等のランプも使用可能である。

また、照明光学系１は、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、及び絞り等を含む。一般に、光学系は、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する。照明光学系１は、軸上光、軸外光を問わず使用可能である。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含む。なお、ライトインテグレーターは、光学ロッドや回折要素に置換される場合もある。また、開口絞りは、円形絞り、変形照明用の輪帯照明絞り、及び４重極照明絞り等として構成される。

マスク２は、例えば、石英ガラス製の原版である。マスク２には、転写されるべき回路パターンであるマスクパターン４１が形成されている。また、原版上すなわちマスク２上には、マスク基準マーク４２が設けられている。マスク基準マーク４２は、マスク２の合焦状態を検出するための第１の基準マークである。マスク基準マーク４２は、結像時の像高が異なる位置に複数設けられている。具体的には、マスク基準マーク４２は、図１中のＹ方向に並んで複数設けられている。マスクステージ３は、ＸＹ方向に移動可能なステージであって、図示しないマスク２を保持する装置である。マスクステージ３が備える図示しないバキュームチャック部がマスク２を吸着保持する。

投影光学系４は、照明光学系１からの露光光で照明されたマスク２からの光を基板に導く装置である。基板の露光時においては、投影光学系４は、照明光学系１からの露光光で照明されたマスク２上のマスクパターン４１を所定倍率で、基板ステージ６によって搬送された基板上に投影露光する。例えば、半導体露光装置では１／４、若しくは１／５、液晶露光装置では等倍での露光が広く行われている。投影光学系４としては、複数の光学要素のみから構成される光学系や、複数の光学要素と少なくとも一枚の凹面鏡とから構成される光学系（カタディオプトリック光学系）が採用可能である。若しくは、投影光学系４として、複数の光学要素と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学要素とから構成される光学系や、全ミラー型の光学系等も採用可能である。基板５は、表面上にレジスト（感光剤）が塗布された、シリコンウエハ等の被処理体である。基板ステージ６は、基板５を保持するステージであって、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能である。

図１に示す露光装置が基板５を露光する時には、マスク２から発せられた回折光が、投影光学系４を通過し、基板５上に投影される。該基板５とマスク２とは、共役の関係にある。走査型の投影露光装置の場合は、マスク２と基板５とを走査することにより、マスクパターン４１を基板５上に転写する。なお、ステッパー（ステップ・アンド・リピート方式の露光装置）の場合は、マスク２と基板５とを静止させた状態で露光が行なわれる。本実施形態の露光方法は、図１に記載の露光装置を用いて基板５を露光する工程を有する。

マスク面計測系７は、マスク２のパターン面の裏面の形状を計測する形状計測手段としての機能を有する装置である。マスク面計測系７は、例えば、レーザ変位計や斜入射光学系による光学式変位計測系である。具体的には、マスク面計測系７が、マスク２のパターン面の裏面に対して所定の検出光を照射し、その反射光を受光する。そして、マスク面計測系７が、上記受光した反射光に基づいて、マスク２のパターン面の裏面の形状、すなわち、該裏面の垂直方向（Ｚ方向）の位置を計測する。本実施形態では、マスク２のパターン面の裏面の形状を計測するので、マスク２に形成されたマスクパターン４１による計測誤差は発生しない。マスクステージ３が図１中Ｙ方向に走査駆動することによって、マスク面計測系７が、マスク２のパターン面の裏面の全域にわたって形状を計測することができる。精度よく形状の計測を行うために、マスク面計測系７がマスク２上Ｘ方向に複数個配置されるようにしてもよい。図１に示す例では、マスク面計測系７がＸ方向に複数個（３個）配置されている。露光装置は、これら複数のマスク面計測系を用いて、マスク２のパターン面の裏面上の複数の形状検出点について、マスク２のパターン面の裏面の形状を検出する。

一方、上述した基板ステージ６には、プレート基準マーク７１と、プレート基準マーク７１を透過した光の光量を検出する光量検出手段である合焦検出用センサー９が設けられている。合焦検出用センサー９は、照明光学系１から照射され、マスク基準マーク４２、投影光学系４、プレート基準マーク７１を透過した光の光量を検出する。プレート基準マーク７１は、マスク２の合焦状態を検出するための第２の基準マークである。マスク２上に設けられたマスク基準マーク４２と基板ステージ６上に設けられたプレート基準マーク７１とは同一のものとする。プレート基準マーク７１、基板ステージ６、合焦検出用センサー９、及び、合焦検出用センサー９による光量の検出結果を解析する解析手段（図示を省略）が、マスク２の合焦状態を検出する合焦状態検出系として機能する。マスク２の合焦状態は、マスク２が合焦した時の状態である。具体的には、合焦状態検出系の解析手段は、合焦検出用センサー９による光量が最大となる時の状態を、マスク２の合焦状態として検出する。マスク２の合焦状態の検出処理については後述する。

補正板８は、マスク２のパターン面の裏面上に載置される板部材である。補正板８は、照明光学系１からの光とマスク面計測系７からの検出光が透過する透明部材で構成されている。補正板８とマスク２との間には、密閉領域が形成される。該密閉領域内には配管１５が連通している。圧力調整部１４は、配管１５を介して吸気等することによって、密閉領域の圧力を調整する圧力調整手段として機能する。密閉領域の圧力が調整されることによって、補正板８からマスク２に対して垂直方向（Ｚ方向）の力が付加され、マスク２の変形が補正される。圧力調整部１４は、制御部１３からの制御信号に従って圧力調整処理を実行する。すなわち、上記補正板８と圧力調整部１４とは、マスク２の変形を補正する補正手段として機能する。

計測値処理部１０は、マスク面計測系７からマスク２のパターン面の裏面の形状の計測結果を受け取り、演算部１２に渡す。また、計測値処理部１０は、マスク２の合焦状態が検出された時のマスク面計測系７によるマスク２のパターン面の裏面の形状の計測結果を格納部１１に予め記憶する。格納部１１は、マスク２の合焦状態が検出された時のマスク面計測系７によるマスク２のパターン面の裏面の形状の計測結果が予め記憶される記憶手段である。演算部１２は、計測値処理部１０から受け取ったマスク２のパターン面の裏面の形状と、格納部１１に予め記憶されたマスク２のパターン面の裏面の形状の計測結果とを比較する。制御部１３は、演算部１２による比較結果に基づいて、圧力調整部１４に制御信号を送信し、圧力調整部１４にマスク２の変形を補正するための圧力調整処理を実行させる。すなわち、演算部１２と制御部１３とは、マスク面計測系７によって計測される形状と格納部１１内の形状の計測結果とを比較し、比較結果に基づいて、補正手段に指示してマスク２の変形を補正させる制御手段として機能する。

図１に示す露光装置によるマスク２の合焦状態の検出処理は、例えば以下のようにして行なわれる。露光装置が、マスク基準マーク４２が露光領域内の所定の像高になるようにマスクステージ３を駆動する。また、露光装置が、プレート基準マーク７１がマスク基準マーク４２の結像位置近傍に配置されるように基板ステージ６を駆動する。この状態で、露光装置の圧力調整部１４が圧力値を変動させて、マスク２の変形を補正する。そして、合焦状態検出系が、変動する圧力値毎に、プレート基準マーク７１を透過した光の光量を検出する。合焦状態検出系が、検出された光量が最大となる時の状態をマスク２の合焦状態として検出する。露光装置の所定の処理部（例えば、圧力調整部１４）が、マスク２の合焦状態が検出された時の圧力値を、該マスク２の上記像高についての最適圧力値として算出する。露光装置は、同様の処理をマスク基準マーク４２の複数の像高について実行する。すなわち、合焦状態検出系は、各々のマスク基準マーク４２について、プレート基準マーク７１を透過した光の光量を検出し、該光量の検出結果に基づいてマスク２の合焦状態を検出する。露光装置は、各像高についての最適圧力値を算出し、各像高についての最適圧力値の平均値を、マスク２についての最適圧力値として決定する。

図２は、本発明の実施例１に係るマスクの変形の補正処理フローを示す図である。まず、図１に示す露光装置の合焦状態検出系が、合焦検出用センサー９による光量の検出結果に基づいて、マスク２の合焦状態を検出する（ステップＳ１）。次に、露光装置が、マスク２についての最適圧力値を決定する（ステップＳ２）。続いて、圧力調整部１４が圧力値を上記ステップＳ２において決定された最適圧力値に調整した状態で、マスク面計測系７が、マスク２のパターン面の裏面の形状を計測する（ステップＳ３）。続いて、計測値処理部１０が、上記ステップＳ３におけるマスク２のパターン面の裏面の形状の計測結果を格納部１１に記憶して登録する。

次に、演算部１２が、変動許容値を設定する（ステップＳ４）。変動許容値は、許容されるマスク２の経時的変形量である。続いて、露光装置の基板ステージ６が、基板５を搬送して基板５をマスク２のパターン面に対向する位置に配置する（ステップＳ５）。そして、マスク面計測系７が、マスク２のパターン面の裏面の形状の計測処理（露光前の形状計測処理）を実行する（ステップＳ７）。

次に、演算部１２が、上記ステップＳ７において計測されたマスク２のパターン面の裏面の形状（第１の形状）と上記ステップＳ４において格納部１１に登録されたマスク２のパターン面の裏面の形状（第２の形状）とを比較する。そして、演算部１２が、上記第１の形状と第２の形状との差が上記ステップＳ４において設定された変動許容値より小さいかを判断する（ステップＳ８）。演算部１２が、第１の形状と第２の形状との差が変動許容値より小さくないと判断した場合、制御部１３が圧力調整部１４に指示して圧力を調整させる（ステップＳ９）。ステップＳ９の処理を通じて、マスク２の変形が補正される。演算部１２が、第１の形状と第２の形状との差が変動許容値より小さいと判断した場合は、露光装置が基板５を露光する（ステップＳ１０）。露光装置が、次の基板５があるかを判断する（ステップＳ１１）。露光装置が、次の基板５があると判断した場合は上記ステップＳ７に戻る。露光装置が、次の基板５がないと判断した場合は、処理を終了する。

図２を参照して説明した実施例１の露光装置によれば、以下の効果が得られる。すなわち、露光装置が、マスク２のパターン面の裏面の形状を計測するので、上記第１の形状の計測結果と第２の形状の計測結果の双方に、マスク２のパターン面と該パターン面の裏面との形状差に起因する計測誤差が含まれている。また、双方の計測結果に、マスク２の厚さムラ、マスク面計測系７からの検出光が補正板８を透過することによって発生する補正板８の厚さムラに起因する計測誤差が含まれている。さらに、双方の計測結果に、マスク面計測系７からの検出光が補正板８を透過することによって発生する、補正板８の傾きに起因する誤差が含まれている。また、上記第１の形状と第２の形状は、マスク２についての最適圧力値において計測された形状、すなわち、マスク２が合焦状態にある時に計測された形状であるので、第１の形状の計測結果と第２の形状の計測結果の双方に、投影光学系４の光学的誤差が含まれる。従って、上記図２のステップＳ８において、露光装置が、第１の形状と第２の形状との差をとることによって、上記の計測誤差を含まない、マスク２の経時的変形量が検知される。そして、露光装置が、検知された経時的変形量が変動許容値より小さいかを判断し、該判断結果に基づいて圧力を調整し、マスク２の変形を補正することにより、安定してマスク２の変形量を所定量に抑制することができる。言い換えると、本実施例の露光装置によれば、上記の計測誤差を含まない、マスク２の経時的変形量が得られるので、変動許容値を従来より低減することが可能となる。これにより、露光装置が複数のマスク２を使用する場合において、各マスク２に対して変形量の変化の管理をより精度良く実行し、良好な結像状態を保つことが可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２に係る露光装置は、図１に示す露光装置が備える合焦状態検出系とは異なる合焦状態検出系（図示を省略）を備える。実施例２に係る露光装置が備える合焦状態検出系は、基板５の露光結果に基づいてマスク２の合焦状態を検出する。具体的には、露光装置が、基板ステージを下方向（図１の−Ｚ方向）に移動させながら基板を露光し、露光結果が所定の条件を満たす状態をマスク２の合焦状態として検出する。従って、本発明の実施例２においては、図２のステップ１の処理に代えて、露光装置が、試験露光を実行し、試験露光の実行結果に基づいて、マスク２の合焦状態を検出する。マスク２の合焦状態が検出された後の処理は、図２に示す処理フローが示す処理と同様である。

（デバイスの製造方法）
次に、図１に示す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、レジストが塗布された基板５を、上記露光装置を用いて露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。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１つの工程を含む。

例えば、半導体素子の製造方法を例に説明する。半導体素子は、基板（ウエハ）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を経ることにより製造される。前工程は、図１に示す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を含む。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）を含む。なお、液晶表示素子は、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、図１に示す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を含む。

本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。以上、本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。

１ 照明光学系
２ マスク
３ マスクステージ
４ 投影光学系
５ 基板
６ 基板ステージ
７ マスク面計測系
８ 補正板
９ 合焦検出用センサー
１０ 計測値処理部
１１ 格納部
１２ 演算部
１３ 制御部
１４ 圧力調整部

Claims (8)

1. 原版に光を照明する照明光学系と、
   前記照明された原版からの光を基板に導く投影光学系と、
   前記原版のパターンの合焦状態を検出する合焦状態検出系と、
   前記原版のパターン面の裏面の形状を計測する形状計測手段と、
   前記原版の変形を補正する補正手段と、
   前記原版のパターンが合焦された状態における前記形状計測手段による前記原版のパターン面の裏面の形状の計測結果が予め記憶される記憶手段と、
   前記形状計測手段によって計測される原版のパターン面の裏面の形状と前記記憶手段に予め記憶された前記原版のパターン面の裏面の形状の計測結果とを比較し、該比較結果に基づいて、前記補正手段に指示して前記原版の変形を補正させる制御手段とを備える
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記補正手段が、前記原版のパターン面の裏面上に載置される板部材と、前記原版と前記板部材との間に形成される密閉領域の圧力を調整する圧力調整手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記形状計測手段が、複数の形状検出点について前記原版のパターン面の裏面の形状を検出する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の露光装置。
4. 前記合焦状態検出系は、前記基板を保持する基板ステージと光量を検出する光量検出手段とを備え、
   前記原版に第１の基準マークが設けられており、
   前記基板ステージに第２の基準マークが設けられており、
   前記基板ステージは、前記第１の基準マークの結像位置近傍に前記第２の基準マークが配置されるように駆動し、
   前記光量検出手段は、前記第１の基準マークの結像位置近傍に前記第２の基準マークが配置された時の、前記第２の基準マークを透過した光の光量を検出し、該光量の検出結果に基づいて前記原版の合焦状態を検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記第１の基準マークが、結像時の像高が異なる位置に複数設けられており、
   前記合焦状態検出系が、各々の前記第１の基準マークについて、前記第２の基準マークを透過した光の光量を検出し、該光量の検出結果に基づいて前記原版の合焦状態を検出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記合焦状態検出系が、前記基板の露光結果に基づいて前記原版の合焦状態を検出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 請求項１乃至６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を有する
   ことを特徴とする露光方法。
8. 請求項１乃至６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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