JP2014007218A - 露光装置、露光システム、それらを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面形状の変化に起因したフォーカスずれの補正時間を抑えるのに有利な露光装置を提供する。
【解決手段】露光装置１は、照明光学系５からの光１０を原版２に形成されたパターンに照射し、投影光学系４を介してパターンの像１１を基板３上に露光する。この露光装置１は、基板３を保持し移動する基板ステージ７と、基板ステージ７に載置された基板３の表面の高さを計測して、基板３の表面形状を取得する計測部８と、基板３上に形成された最上層より下の層の表面の高さを計測部８を用いて計測して得られた表面形状データを用いて基板ステージ７のフォーカス方向位置を補正して基板３の最上層の露光処理の制御を行い、露光処理の制御と並行して計測部８に基板３の最上層の表面の高さを計測させる制御部９とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置および露光システム、ならびにそれらを用いたデバイスの製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置などの製造工程に含まれるリソグラフィー工程において、原版（マスクなど）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など）に転写する装置である。このような露光装置では、諸要因による基板の表面形状の変化に起因して、基板の表面に結像されるべきパターンの像に、フォーカスのずれ（投影光学系のフォーカス位置のずれ）が発生する場合がある。このフォーカスずれに対処するために、従来の露光装置には、例えば、予め基板の表面形状を基板単位やロット単位で計測しておき、計測結果から特定された同一傾向の表面形状を前提としてフォーカス補正を実施するものがある。このフォーカス補正に関して、特許文献１は、基板の表面形状に沿った軌道で基板ステージを動かしながら面位置の変化量を計測し、軌道からの変化量を駆動する面位置検出方法を開示している。しかしながら、基板表面のうねり形状は、基板の製造方法や製造メーカーの違いにより、基板それぞれで異なる。したがって、露光装置で処理する同一ロット内に製造メーカーなどが異なる基板が混在すると、計測した基板の表面形状と補正対象の基板の表面形状とが異なるため、正確な補正結果が得られない場合がある。そこで、フォーカス補正を厳密に実施するならば、処理対象となる基板の表面形状が異なるものに対して新たに形状計測を実施する、またはすべての基板に対して形状計測を実施し、この計測結果に基づいて補正を実施する必要がある。

特開２０１０−２５８０８５号公報

しかしながら、上記のように基板ごとに特徴を判断して新たに形状計測を実施したり、すべての基板に対して形状計測を実施したりすることは、フォーカスずれを補正する時間がより多くかかることを意味し、露光装置のスループットの観点から望ましくない。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、例えば、基板の表面形状の変化に起因したフォーカスずれの補正時間を抑えるのに有利な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、照明光学系からの光を原版に形成されたパターンに照射し、投影光学系を介してパターンの像を基板上に露光する露光装置であって、基板を保持し移動する基板ステージと、基板ステージに載置された基板の表面の高さを計測して、基板の表面形状を取得する計測部と、基板上に形成された最上層より下の層の表面の高さを計測部を用いて計測して得られた表面形状データを用いて基板ステージのフォーカス方向位置を補正して基板の最上層の露光処理の制御を行い、露光処理の制御と並行して計測部に基板の最上層の表面の高さを計測させる制御部と、を備える。

本発明によれば、例えば、基板の表面形状の変化に起因したフォーカスずれの補正時間を抑えるのに有利な露光装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。 一実施形態に係る露光処理シーケンスを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る露光システムの構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（露光装置および露光システム）
まず、本発明の一実施形態に係る露光装置について説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置１の構成を示す概略図である。この露光装置１は、一例として液晶表示装置の製造に用いられ、ステップ・アンド・スキャン方式にてマスク（原版）２に形成されているパターン（例えば回路パターン）をガラスプレート３上（基板上）に転写露光する走査型投影露光装置とする。なお、図１では、投影光学系４の光軸に平行にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で露光時のマスク２およびガラスプレート３の走査方向にＹ軸を取り、該Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取っている。露光装置１は、照明光学系５と、マスクステージ６と、投影光学系４と、基板ステージ７と、基板形状計測部８と、制御部９とを備える。照明光学系５は、例えばＨｇランプなどの光源を有し、マスク２に対してスリット状に成形された照明光１０を照射する。マスクステージ６は、マスク２を保持しつつ可動であり、走査露光時には基板ステージ７の移動と同期し、相対的に移動する。投影光学系４は、基板ステージ７に保持されたガラスプレート３の表面上に、マスク２からの露光光（パターン像）１１を投影、結像する。この投影光学系４は、不図示であるが、例えば、平面鏡、凹面鏡および凸面鏡などで構成されるオフナー光学系である。

基板ステージ７は、感光剤が塗布されたガラスプレート３を保持しつつ、特に、投影光学系４の光軸方向（Ｚ軸方向）および光軸に直交するＸＹ平面方向に移動する。また、基板ステージ７は、その側面に、少なくとも、ＸＹＺの各軸方向に対応した複数の参照ミラー１２を備える。そして、露光装置１は、これらの参照ミラー１２にそれぞれヘリウムネオンなどのビームを照射することで基板ステージ７の位置を測定する複数のレーザー干渉計１３を備える。参照ミラー１２とレーザー干渉計１３との組は、位置計測部を構成しており、図１では一例として１つの組のみを図示している。レーザー干渉計１３は、基板ステージ７の位置を実時間で計測し、計測値を制御部９へ送信する。この位置計測部としては、上記のような干渉計に限らず、半導体レーザーを用いたエンコーダなども採用可能である。

基板形状計測部（計測部）８は、ガラスプレート３の表面のうねりなど、ガラスプレート３の表面の形状を計測するものであり、具体的には、基板ステージ７上に載置されている状態のガラスプレート３の表面のＺ軸方向の高さ位置（表面高さ）を検出する。この基板形状計測部８としては、例えば、レーザー干渉計が採用可能である。

制御部９は、例えばコンピュータなどで構成され、露光装置１の各構成要素に配線を介して接続され、プログラムなどにしたがって各構成要素の動作および制御を実行し得る。特に、本実施形態の制御部９は、少なくとも、基板ステージ７の動作を制御するステージ制御部１４と、基板情報管理部１５と、基板情報記憶部１６と、主制御部１７とを含む。ステージ制御部１４は、主制御部１７からの駆動指令に基づいて、走査露光時の基板ステージ７の動作を制御するとともに、後述するフォーカス補正時のＺ軸方向の基板ステージ７の動作も制御する。基板情報管理部（管理部）１５は、露光装置１の動作を外部から制御する外部システム制御部１００から、特にガラスプレート３の搬入時に、基板識別情報と処理レイヤー情報とを取得する。ここで、外部システム制御部１００は、同一フロアに設置された露光装置１を含む少なくとも１つの露光装置からなり、それぞれネットワーク回線で接続された露光システムにおいて、各露光装置に対する処理基板の割り当てなどを統括し制御するものである。また、「基板識別情報」とは、基板（ここではガラスプレート３）に対して処理を行うすべての装置（露光装置や塗布現像装置など)で一意に決められ、基板ごとに固有の情報を管理するために使用される情報をいう。さらに、「処理レイヤー情報」とは、１つの基板に複数回の露光処理を実施してパターンの層を重ね合わせる場合、今回の処理が何層目の処理に該当するか、すなわち露光装置内に搬入された基板にはすでに何層目のパターンまで形成されているかを示す情報をいう。これらの基板識別情報と処理レイヤー情報とは、外部システム制御部１００により管理されている。また、基板情報管理部１５は、取得した基板識別情報と処理レイヤー情報とを参照して、基板情報記憶部１６から任意の層を形成した際の基板の表面形状データ（基板形状データ）を取得し、露光処理時に、取得した基板形状データを主制御部１７に送信する。さらに、基板情報管理部１５は、基板形状計測部８から、露光処理中に検出した高さ位置情報を取得し、また、位置計測部のレーザー干渉計１３から、基板形状計測部８の検出時点でのＸＹ平面の位置情報を取得する。基板情報記憶部（記憶部）１６は、基板形状データを一時的に保管するＳＳＤやＨＤＤなどの記憶媒体である。この基板情報記憶部１６にて保管される基板形状データは、基板情報管理部１５が取得した高さ位置情報とＸＹ平面の位置情報とを予め関連付けたものである。主制御部１７は、ステージ制御部１４に対して、基板情報管理部１５より受信した基板形状データに基づいて駆動指令を送信し、その他、露光処理に係る駆動指令を各構成要素に送信する。

次に、露光装置１による露光処理の流れについて説明する。図２は、露光装置１における露光処理シーケンスを示すフローチャートである。なお、この図２のフローチャートでは、露光装置１が複数台の露光装置の少なくとも１つとして露光システムを構成し、処理対象となるガラスプレート３が外部システム制御部１００の指令により露光装置１内に搬入されると想定している。さらに、露光システムは、１つのガラスプレート３に対して、複数回の露光処理を重ねることで複数の層からなるパターンを転写するものとする。その上で、以下の説明では、一例として、露光装置１内に搬入されてきた今回の処理対象となるガラスプレート３上には、すでに２層目までのパターンが転写されており、今回の露光処理にて３層目のパターンを転写するものとする。

まず、主制御部１７は、露光処理シーケンスを開始すると、外部システム制御部１００からの基板搬入指令に基づいて、露光装置１内にガラスプレート３を搬入させる(ステップＳ１００：基板搬入)。次に、ステップＳ１００でのガラスプレート３の搬入に合わせて、基板情報管理部１５は、外部システム制御部１００から基板識別情報と処理レイヤー情報とを取得する（ステップＳ１０１）。このとき、処理レイヤー情報には、今回の露光処理が最上層の３層目のパターン転写に相当する（最上層の下には２層目までのパターンがすでに転写されている）旨の情報が含まれている。次に、基板情報管理部１５は、取得した基板識別情報とレイヤー情報とを参照して、基板情報記憶部１６から基板の表面形状データを取得（抽出）する（ステップＳ１０２）。このとき、取得される表面形状データは、基板識別情報にて特定した今回処理対象となるガラスプレート３のもので、かつ、最上層の１つ下の層の２層目までのパターンが転写されている時点での基板の表面形状を示すデータである。

次に、主制御部１７は、以下の工程を並行して実行する。まず、主制御部１７は、基板情報管理部１５が抽出した基板の表面形状データに基づいて基板ステージ７に対して投影光学系のフォーカス方向の位置の補正を実施させ、その後、各構成要素に対して露光処理を実施させる（ステップＳ１０３）。このとき、フォーカス補正時には、主制御部１７は、基板の表面形状データをステージ制御部１４に送信し、上記のように基板ステージ７をＺ軸方向に適宜駆動させることで、基板の表面形状に起因するフォーカスずれを補正する。ここで、基板の表面形状に起因するとは、例えばガラスプレート３のうねりなどで、ガラスプレート３の表面の高さ位置が地点によって異なることを示す。これに対して、フォーカス位置の補正とは、その高さ位置に投影光学系のフォーカス位置（焦点位置）が合うように補正することをいう。一方、主制御部１７は、このステップＳ１０３と並行して、基板形状計測部８に対し、３層目のパターンが転写された状態でのガラスプレート３の表面の高さ位置を検出させる（ステップＳ１０４）。

次に、基板情報管理部１５は、ステップＳ１０４にて検出された高さ位置情報を取得して、この高さ位置情報と基板ステージ７の位置情報とから求めた表面形状データと、基板識別情報および処理レイヤー情報とを関連付ける（ステップＳ１０５）。このとき、処理レイヤー情報には、この表面形状データが３層目のパターンが転写済みのときのものである旨の情報が含まれることになる。この後、基板情報管理部１５は、関連付けた情報を基板情報記憶部１６に保存する。そして、主制御部１７は、ガラスプレート３に対する３層目のパターンの転写が終了後、処理済みのガラスプレート３を露光装置１の外部へ搬出させ（ステップＳ１０６）、一連の露光処理を終了する。

このように、露光装置１は、露光処理ごとにガラスプレート３の形状を計測しておき、同一のガラスプレート３に対する次回（次層）のパターン転写の際に参照してフォーカス補正を実施した後に露光処理を実施する。これにより、露光装置１は、ガラスプレート３の形状の変化に起因したフォーカスずれが発生し得る場合でも、露光処理の前に適切にフォーカス補正を実施し、パターン転写を精度良く実施することができる。最上層は、下の層の表面にレジストなどをほぼ均一に塗布して形成されているため、最上層の表面形状と下の層の表面形状とは、同様の傾向を有する。そのため、下の層の表面形状データを用いて、最上層の表面に対してフォーカス方向位置の補正を行っても問題ない。さらに、露光装置１は、ガラスプレート３の形状の計測を、フォーカス補正または露光処理中に並行して実施する。すなわち、一連の露光処理時間の中で、ガラスプレート３の形状を計測するための計測時間をそれ単体で設けないため、結果的にフォーカス補正のための時間増加を抑える。したがって、露光装置１のスループットへの影響を極力抑えることができる。

なお、ステップＳ１０２にて基板情報管理部１５が抽出した２層目に係る表面形状データは、ステップＳ１０４およびＳ１０５を参照すれば、露光装置１による前回の露光処理の際に計測されていた高さ位置情報に基づくものである。ここで、例えば、今回の露光処理が１層目のパターン転写に係るものである場合など、参照すべき表面形状データが存在しないこともあり得る。この場合、露光装置１は、ステップＳ１０３でのフォーカス補正は実施せず、単にステップＳ１０４での高さ位置の検出のみを実施して、次回参照する表面形状データを作成するものとしてもよい。

また、上記露光処理シーケンスでは、露光システムに含まれる１つの露光装置１についての動作として、基板の表面形状データなどの流れを例示した。これに対して、例えば、露光システムに含まれる他の露光装置も露光装置１と同一構成および制御とすることで、外部システム制御部１００を介し、表面形状データを他の複数の露光装置と共有させてもよい。さらに、本実施形態では、基板情報管理部１５および基板情報記憶部１６は、露光装置１内に構成しているが、露光システム内の一露光装置である露光装置１に設置するのではなく、露光システム内、例えば外部システム制御部内に設置する構成もあり得る。図３は、一例として３つの露光装置２０１、２０２、２０３と、各露光装置２０１〜２０３にネットワーク回線２０４を介して接続されたシステム制御部２０５とを含む露光システム２００の構成を示す概略図である。このうち、システム制御部２０５は、上記基板情報管理部１５および基板情報記憶部１６にそれぞれ対応した基板情報管理部２０６および基板情報記憶部２０７を含む。この場合、複数の露光装置内で計測し得られたガラスプレート３の高さ位置情報などは、一旦システム制御部２０５に集約される。そして、システム制御部２０５は、それぞれの露光装置にて次に露光処理が実施される際には、基板識別情報や処理レイヤー情報と合わせて、高さ位置情報などを参照して得られた表面形状データを各露光装置に送信することとなる。

以上のように、本実施形態によれば、基板の表面形状の変化に起因したフォーカスずれの補正時間を抑えるのに有利な露光装置を提供することができる。さらに、このような露光装置を含むことで、スループットへの影響を抑えつつ、基板に対して良好なパターンを転写するのに有利な露光システムを提供することができる。

（デバイスの製造方法）
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。半導体デバイスは、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、前述の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。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。

１ 露光装置
２ マスク
３ ガラスプレート
４ 投影光学系
５ 照明光学系
７ 基板ステージ
８ 基板形状計測部
９ 制御部

Claims (7)

1. 照明光学系からの光を原版に形成されたパターンに照射し、投影光学系を介して前記パターンの像を基板上に露光する露光装置であって、
   前記基板を保持し移動する基板ステージと、
   前記基板ステージに載置された前記基板の表面の高さを計測して、前記基板の表面形状を取得する計測部と、
   前記基板上に形成された最上層より下の層の表面の高さを前記計測部を用いて計測して得られた表面形状データを用いて前記基板ステージのフォーカス方向位置を補正して前記基板の最上層の露光処理の制御を行い、前記露光処理の制御と並行して前記計測部に前記基板の最上層の表面の高さを計測させる制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記基板を識別するための基板識別情報と、前記基板上に前記パターンがすでに何層目までの層として転写されているかを示す処理レイヤー情報とを、前記露光装置への前記基板の割り当てを外部から統括し制御するシステム制御部から取得し、前記基板識別情報および前記処理レイヤー情報に、前記計測部が先の露光処理にて計測した計測値を関連付けることで、任意の層での表面形状データを取得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、前記システム制御部からの前記基板識別情報および前記処理レイヤー情報の取得と、前記計測部からの前記計測値の取得とを実行し、前記表面形状データを管理する管理部と、
   前記管理部で管理された前記表面形状データを記憶する記憶部と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記制御部は、前記露光処理に際し、参照すべき前記表面形状データが予め存在しない場合には、前記フォーカス方向位置の補正を実施させないことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、前記最上層より１つ下の層の表面の高さを前記計測部を用いて計測して得られた表面形状データを用いて前記露光処理の制御を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 少なくとも１つの露光装置と、該露光装置に対する基板の割り当てを統括し制御するシステム制御部とを含む露光システムであって、
   前記露光装置は、請求項３に記載の露光装置であり、
   前記システム制御部は、前記管理部と前記記憶部とを含む、
   ことを特徴とする露光システム。
7. 請求項１ないし５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、
   その露光した基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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