JP2015222773A - 露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ショット領域の形状の補正の点で有利な露光装置を提供する。【解決手段】露光装置は、基板上に形成された下地の複数のショット領域のそれぞれに露光を順次行う。前記露光を制御する制御部は、前記複数のショット領域それぞれの形状の情報に基づいて、ショット領域を分割せずに該ショット領域を一括して露光する一括露光とショット領域を複数の部分領域に分割して部分領域毎に露光する分割露光とのいずれを行うかの判断を前記複数のショット領域のそれぞれについて行い、前記分割露光を行うショット領域それぞれの各部分領域の形状を決定し、前記判断の結果および前記決定された各部分領域の形状に基づいて前記複数のショット領域のそれぞれに前記一括露光または前記分割露光を行うように制御する。【選択図】 図４

Description

本発明は、露光装置、露光方法及びデバイスの製造方法に関する。

従来、半導体露光装置（所謂ステッパ等）におけるアライメントは、半導体ウエハ等の基板の上の予め設定された幾つかのショット領域に関連する位置又は位置のエラーを計測し、これらから各ショット領域のショット配列を決定する。この決定されたショット配列を用いて、レチクル等の原版に関連する位置に、ウエハ上の各ショット領域を順にアライメントする、所謂グローバルアライメントが用いられている。

また、半導体の微細化、高集積度化、高画角化が進むと共に、製造工程の複雑化で生じたショット領域の形状の歪みを補正する目的で、グローバルアライメントに加えて、ショット領域自身の倍率および回転成分の補正も行われている（特許文献１参照）。ショット領域の形状に歪みを生じさせる工程としては、ウエハを薄く削る工程や、薄くしたウエハをサポート基板に加圧張り付けする工程などが知られている。また、アライメント精度の更なる向上を目的として、ウエハ上の露光領域の全部を一度に露光するのではなく、位置ずれに応じてウエハ上の露光領域を幾つかに分割して露光する分割露光が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００３−９２２５２号公報 特開２００５−３９６５号公報

しかしながら、ステップ・アンド・リピート方式の半導体露光装置で処理するウエハはショット領域数が多く、ショット領域の形状の歪み補正に必要なアライメントマークの計測に時間がかかる場合が多い。そのため、ショット領域の形状の歪みの補正を実施するとスループットが大きく低下する問題があった。また、分割露光のためには、分割された領域の形状や位置ずれ量の算出が必要で、スループットが更に低下する問題があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、ショット領域の形状の補正の点で有利な露光装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、基板上に形成された下地の複数のショット領域のそれぞれに露光を順次行う露光装置であって、前記露光を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記複数のショット領域それぞれの形状の情報に基づいて、ショット領域を分割せずに該ショット領域を一括して露光する一括露光とショット領域を複数の部分領域に分割して部分領域毎に露光する分割露光とのいずれを行うかの判断を前記複数のショット領域のそれぞれについて行い、前記分割露光を行うショット領域それぞれの各部分領域の形状を決定し、前記判断の結果および前記決定された各部分領域の形状に基づいて前記複数のショット領域のそれぞれに前記一括露光または前記分割露光を行うように制御することを特徴とする。

本発明によれば、ショット領域の形状の補正の点で有利な露光装置を提供することができる。

露光装置の概略を示す図である。 ショット領域の形状の歪を説明する図である。 露光領域の分割を説明する図である。 第１実施形態の露光方法を説明するフローチャートである。 露光装置とネットワークを説明する図である。 ショット領域の分割数とスループット、歩留まりの関係を説明する図である。 分割されたショット領域のグループ化を説明する図である。

以下に、本発明の代表的な実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題を解決する上で必須のものであるとは限らない。

［第１実施形態］
図１は基板上に形成された下地の複数のショット領域のそれぞれに露光を順次行う露光装置１００の概略を示す図である。光源１は、複数の波長帯域の光を露光光として出力することができる。光源１より射出した光は、照明光学系４の整形光学系（不図示）を介して所定のビーム形状に整形される。整形されたビームは更に、オプティカルインテグレータ（不図示）に入射され、ここで、後述する原版としてのレチクル（マスク）９を均一な照度分布で照明するために多数の２次光源が形成される。照明光学系４の光路上には遮光板５が配置され、レチクル９上に任意の照明域を形成する。遮光板５は、後述する露光対象の部分領域以外の領域に対する露光を遮る遮光部を構成する。

照明光学系４の光路上にはハーフミラー６が配置され、レチクル９を照明する露光光の一部がこのハーフミラー６により反射され取り出される。ハーフミラー６の反射光の光路上には露光光用のフォトセンサ７が配置され、前記露光光の強度（露光エネルギー）に対応した出力を発生する。

レチクル９上には焼き付けを行う半導体デバイスの回路パターンが形成されており、照明光学系４より照射される。屈折型またはカタディオプトリック系などの投影光学系１０は、レチクル９のパターンの像を縮小倍率β（例えばβ＝１／２）で縮小し、フォトレジストが塗布された感光性の基板（ウエハ）１５上の１つのショット領域に投影するよう配置されている。

投影光学系１０の瞳面（レチクル９に対するフーリエ変換面）上には、開口部がほぼ円形である開口絞り１１が配置され、モータ等の駆動部１２によって開口部の直径を制御することで、所定の値に設定できる。駆動部１３は、投影光学系１０中のレンズ系の一部を構成している光学素子を、投影光学系１０の光軸上で移動させる。これにより、投影光学系１０の諸収差の増大を防止しつつ、投影倍率を良好にさせ歪曲誤差を減らしている。投影光学系制御部１４は、主制御部３の制御の下、駆動部１２及び駆動部１３を制御する。

ウエハ１５を保持するステージ（ウエハステージ）１６は、少なくとも投影光学系１０の光軸に垂直な平面上で移動および回転が可能である。第１実施形態では、ウエハステージ１６は、３次元方向に移動可能であり、投影光学系１０の光軸方向（Ｚ方向）、及びこの方向に直交する面内（Ｘ−Ｙ面）を移動できる。ここでは、投影光学系１０の光軸と平行にかつウエハ１５からレチクル９に向かう方向をＺ軸とし、それと直交する方向にＸ軸とＹ軸をとる。Ｙ軸は紙面内にあり、Ｘ軸は紙面に対して垂直で紙面手前向きである。ウエハステージ１６に固定された移動鏡１７との間の距離をレーザ干渉計１８で計測することでウエハステージ１６のＸ−Ｙ面位置が検出される。また、アライメント計測系２４を用いて、ウエハ１５とウエハステージ１６の位置ずれを計測する。

露光装置の主制御部３の制御下にあるステージ制御部２０は、前記計測結果をもとにモータ等の駆動部１９を制御することで、ウエハステージ１６を所定のＸ−Ｙ面位置へ移動させる。主制御部３、投影光学系制御部１４、ステージ制御部２０および後述する照明系制御部８は、露光装置１００の制御部Ｃを構成している。投光光学系２１、受光光学系２２は、フォーカス面検出部を構成している。投光光学系２１はウエハ１５上のフォトレジストを感光させない非露光光から成る複数個の光束を投光し、その光束はウエハ１５上に各々集光されて反射される。ウエハ１５で反射された光束は、受光光学系２２に入射される。図示は略したが、受光光学系２２内には各反射光束に対応させて複数個の位置検出用の受光素子が配置されている。各受光素子の受光面とウエハ１５上での各光束の反射点が受光光学系２２によりほぼ共役となるように構成されている。投影光学系１０の光軸方向におけるウエハ１５面の位置ずれは、受光光学系２２内の位置検出用の受光素子上の入射光束の位置ずれとして計測される。

つぎに、図２を用いてショット領域２００の形状の歪みについて説明する。図２の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ台形歪み、菱形歪み、樽形歪みが生じた場合の概略図である。実際には、非対称成分や回転成分を持つ変形も発生するが、本説明では省略する。実線枠２０１〜２０３は、歪みの生じた下地のショット領域を表している。破線枠２００は、ショット領域を分割せずにショット領域の全体を一括して露光する一括露光を行う場合の位置合わせした後の露光領域を表している。実線枠と破線枠の差が位置合わせずれとなり、一般的に露光領域の４隅でずれ量が最大となる。

つぎに、図２と図３を用いて、ショット領域を複数の部分領域に分割して部分領域毎に露光する分割露光を行う場合の露光領域について説明する。破線枠２０７〜２０８は、台形のショット領域２０１を上下に２分割した場合の分割された部分領域に対する露光領域を表している。破線枠２０９〜２１０は、菱形のショット領域２０２を上下に２分割した場合の分割された部分領域に対する露光領域を表している。破線枠２１１〜２１３は、樽形のショット領域２０３を上下に３分割した場合の分割された部分領域に対する露光領域を表している。図３に示されるようにショット領域を分割して露光した場合の位置合わせずれ量は、ショット領域を分割せずに露光する図２の場合のそれぞれ半分となる。図３では、隣り合う２つの部分領域に対する２つの露光領域は互いに重なり合わないように設けられている。しかし、隣り合う２つの部分領域に対する２つの露光領域がその境界領域において部分的に重なり合っていてもよい。

つぎに、図４を用いて露光方法について説明する。

（Ｓ１）
主制御部３は、下地となる各ショット領域の形状の情報を取得し、ショット領域の形状データとして記憶部２３に格納する。露光装置１００は、各ショット領域の形状データを、図５に示す様な露光装置１００が接続されたネットワーク１３０経由で外部のデータベース１２０から取得する。ネットワーク１３０には表面形状の計測器１１０や他の露光装置１００’が接続されている。表面形状の計測器１１０や露光装置１００，１００’が計測した各ショット領域の形状の情報がデータベース１２０に格納されている。露光装置１００は、各ショット領域の形状の情報が既にデータベース１２０に格納されていればそこから取得する。各ショット領域の形状の情報がデータベース１２０に格納されていなければ、露光装置１００は、その中に保有する計測器を用いて各ショット領域の形状を計測するように構成しても良い。露光装置は、ロット単位で露光を行う場合に、ロットの第１番目のウエハ１５における各ショット領域の形状の計測結果をロットの他のウエハ１５に使用してもよい。もちろん露光装置１００による計測結果は、ネットワーク１３０に接続されたデータベース１２０に保存し、以後の露光処理で使用するように構成しても良い。

（Ｓ２）
主制御部３は、記憶部２３に記憶された生産管理上の位置ずれの許容範囲と、各ショット領域の形状から算出したショット領域の分割を実施しない場合の位置ずれ量とを比較し、ショット領域を分割する分割露光の適否を決定し、記憶部２３へ記憶する。ショット領域を分割する場合、主制御部３は、分割された部分領域の形状、各部分領域に位置決めするためのウエハステージ１６のシフト（ＸＹ）補正量およびローテーション（θ）補正量、投影光学系１０の倍率補正量を計算し、記憶部２３に記憶する。主制御部３は、加えて、他の駆動部の補正成分についても補正量を計算して同様に記憶してもよい。主制御部３は、ショット領域の分割の有無を、記憶部２３に設定されている位置合わせ基準に合致するかどうかで判断する。主制御部３は、記憶部２３に記憶している分割パターン群の中から分割された部分領域の形状を選択する。Ｓ１〜Ｓ２までは露光処理の前処理であり、実際の露光処理はＳ３から開始される。

（Ｓ３）
主制御部３は、露光処理が開始されたら、まず第ｍ番目のウエハをウエハステージ１６の上にロードし、露光処理の対象とする第ｎ番目のショット領域へ移動する。

（Ｓ４）
第ｎ番目のショット領域への移動が完了したら、主制御部３は、記憶部２３に記憶されたショット領域の分割の有無と分割された部分領域の形状に基づき、照明系制御部８を介して遮光板５を駆動する。主制御部３は、同時に、記憶部２３に記憶されたウエハステージ１６のＸＹθ補正量に基づき、ステージ制御部２０を介してウエハステージ１６を駆動する。主制御部３は、さらに、記憶部２３に記憶された投影光学系１０の倍率補正量に基づき、投影光学系制御部１４を介して駆動部（倍率調整機構）１３を駆動する。

（Ｓ５）
主制御部３は、第ｎ番目のショット領域にショット領域の分割が無い場合には、第ｎ番目のショット領域に一括露光を行う。第ｎ番目のショット領域にショット領域の分割がある場合には、主制御部３は、分割された部分領域毎に分割露光を行う。

（Ｓ６）
主制御部３は、分割されたショット領域のすべてに対して分割露光が終わるまでＳ４とＳ５を繰り返す。分割露光がすべて終了したら、Ｓ７に進む。

（Ｓ７）
主制御部は、すべてのショット領域の露光が終了するまでＳ３からＳ６を繰り返す。すべてのショット領域の露光が終了したら、主制御部３は、ウエハ１５をアンロードする。さらに露光を行うべき次のウエハが存在する場合には、次のウエハをウエハステージ１６にロードして、Ｓ３からＳ７を繰り返し行う。

このフローに基づいた露光方法では、分割露光を実施しても、時間のかかる全ショット領域の形状の取得（Ｓ１）と補正量の計算（Ｓ２）が露光処理の開始前に実行されるため、露光処理のスループット低下を低減することが可能である。

［第２実施形態］
第２実施形態について図１と図６を用いて説明する。第２実施形態では、記憶部２３に対して、生産管理上のスループットの下限値（目標範囲）を記憶する機能が追加されている。主制御部３は、記憶部２３に記憶された生産管理上のスループットの下限値を読み込み、図６に示すように、分割するショット領域の数とスループットの関係式から、分割するショット領域の数を決定する。例えばスループットの下限値が９６枚の場合、分割し得るショット領域の数は４以下であると分かる。そして主制御部３は、各ショット領域の形状から算出したショット領域の分割を実施しない場合の位置ずれ量を計算する。そして主制御部３は、位置ずれ量が記憶部２３に記憶された生産管理上の位置ずれ許容値を超えているショット領域の中から、分割するショット領域数を超えない範囲で、分割するショット領域を決定し、決定結果を記憶部２３へ記憶する。主制御部３は、分割するショット領域の分割された領域の形状、各分割された領域に対応するウエハステージ１６のシフト（ＸＹ）・ローテーション（θ）補正量、投影光学系１０の倍率補正量を計算し、記憶部２３に記憶する。以上の処理は、図４のＳ２で実施され、Ｓ２以外のステップは第１実施形態と同じである。

また、第２実施形態の別の態様として、記憶部２３に、生産管理上の別の指標（例えば歩留まり目標値）の記憶機能を追加して、その指標と分割するショット領域の数の関係も加味して分割するショット領域の数を決めても構わない。本実施形態では、分割露光による歩留まり改善とスループットとを両立した条件で露光することが可能である。

［第３実施形態］
第３実施形態について図４、図７を用いて説明する。図７は、Ｓ２において全ショット領域について分割露光の適否と分割形状を決定した後に、露光の単位とする領域の形状に基づいてショット領域をグループ分けした概略図である。グループＡは分割露光を適用しないグループである。グループＢ〜Ｄはそれぞれ部分領域の形状が同一であるショット領域からなるグループである。

主制御部３は、Ｓ３において、露光処理の対象とするショット領域をグループＡから選択し、Ｓ４〜Ｓ６で、選択したグループＡの各ショット領域の露光処理を行う。主制御部３は、グループＡに属する全ショット領域の露光処理が終了すると、次はグループＢのショット領域に対して露光処理を行う。同様に、主制御部３は、グループＣ、Ｄと全グループのショット領域に対する露光処理が完了するまでからグループ毎にＳ３〜Ｓ７の露光処理を順次実行する。本実施形態では、分割露光時の遮光板や各種補正駆動によるスループット低下を低減して分割露光を実施することが可能である。

〔第４実施形態〕
次に、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。

Ｃ：制御部。５：遮光板。９：レチクル。１０：投影光学系。開口絞りの駆動部。１３：フィールドレンズの駆動部。１５：ウエハ。１６：ウエハステージ。２０１〜２０３：歪みの生じた下地のショット領域。２００：一括露光の場合の露光領域。２０７〜２１３：分割露光の場合の分割された露光領域。

Claims (11)

1. 基板上に形成された下地の複数のショット領域のそれぞれに露光を順次行う露光装置であって、
   前記露光を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記複数のショット領域それぞれの形状の情報に基づいて、ショット領域を分割せずに該ショット領域を一括して露光する一括露光とショット領域を複数の部分領域に分割して部分領域毎に露光する分割露光とのいずれを行うかの判断を前記複数のショット領域のそれぞれについて行い、前記分割露光を行うショット領域それぞれの各部分領域の形状を決定し、前記判断の結果および前記決定された各部分領域の形状に基づいて前記複数のショット領域のそれぞれに前記一括露光または前記分割露光を行うように制御することを特徴とする露光装置。
2. レチクルのパターンを前記基板の上に投影する投影光学系と、前記投影光学系の倍率を調整する倍率調整機構と、前記部分領域以外の領域に対する露光を遮る遮光部と、前記基板を保持して前記投影光学系の光軸に垂直な平面上で移動および回転が可能なステージと、を備え、
   前記制御部は、前記遮光部により調整される露光領域の形状と前記部分領域の形状とのずれを低減するように、前記倍率調整機構、前記遮光部および前記ステージ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、前記部分領域の形状に基づいて前記倍率を制御し、前記部分領域の位置に基づいて前記ステージの移動および回転の少なくともいずれかを制御する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、前記露光装置の外部から前記情報を取得する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. 前記複数のショット領域それぞれの形状を計測する計測器を備え、前記制御部は、前記計測器の計測結果から前記情報を取得する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。
6. 前記制御部は、ロットの第１番目の基板における前記計測器の計測結果から前記情報を取得することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記制御部は、ショット領域を分割しない場合のショット領域の形状と前記基板上に投影されるパターンの形状とのずれ量に基づいて前記分割露光を行うショット領域における前記部分領域の数と形状を決定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 前記制御部は、前記複数のショット領域の露光に要する時間が予め設定されている目標範囲の中に入るように、前記分割露光を行うショット領域の数を決定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記制御部は、露光の単位とする領域の形状に基づいて前記複数のショット領域を複数のグループにグループ分けし、前記複数のショット領域を前記グループ毎に露光を順次行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の露光装置。
10. 基板上に形成された下地の複数のショット領域のそれぞれを露光を順次行う露光方法であって、
    前記複数のショット領域それぞれの形状の情報に基づいて、ショット領域を分割せずに該ショット領域の全体を一括して露光する一括露光とショット領域を複数の部分領域に分割して部分領域毎に露光する分割露光とのいずれを行うかの判断を前記複数のショット領域のそれぞれについて行い、前記分割露光を行うショット領域それぞれの各部分領域の形状を決定する工程と、
    前記判断の結果および前記決定された各部分領域の形状に基づいて前記複数のショット領域のそれぞれに前記一括露光または前記分割露光を行う工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
11. 請求項１ないし９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、
    前記工程で露光され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の製造方法。

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