JP2016072507A - 露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スループットの点で有利な露光装置を提供する。
【解決手段】 複数のショット領域に予め定められた順番で露光を行う露光装置は、投影光学系と、前記投影光学系の結像特性を調整する調整部と、前記複数のショット領域それぞれのパターンのずれのデータおよび前記露光の順番に基づいて前記複数のショット領域をグループ分けし、該グループ分けされたグループそれぞれに前記結像特性の設定量を決定し、グループ毎に前記結像特性が前記設定量となるように前記調整部を制御する制御部と、を備える。前記設定量は、前記グループ内の複数のショット領域で共通であって、前記グループ間で異なる。前記制御部は、同一のグループに属するショット領域は露光の順番が連続し、かつ、同一のグループに属するショット領域の前記ずれのすべての値は予め定められた範囲内であるように前記グループ分けを行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。

デバイスの微細化に伴い、露光装置の投影光学系には非常に厳しい光学性能が要求されてきており、倍率調整機構やディストーション調整機構など様々な結像特性調整機構が付加されてきた。この結像特性調整機構は、主に、投影光学系の組立誤差を補正することと露光熱による投影光学系の結像性能の変化を補正することを目的としている。特許文献１では、投影光学系の投影倍率を補正する補正系を備えた露光装置が提案されている。特許文献１記載の露光装置では、先行ショットのショット倍率に合わせて投影倍率を調整し、先行ショット用の投影倍率では後続ショットの位置合わせ誤差のトレランスを超える場合に、後続ショットのショット倍率に合わせて投影倍率を再調整している。

特開平７−１８３２１４号公報

近年、イメージセンサの感度向上を目的として裏面照射型（ＢＳＩ）センサの開発が進められている。ＢＳＩセンサは、デバイス基板を支持基板に貼り合わせてデバイス基板の裏面を研磨した後、デバイス基板の裏面側に、カラーフィルター、マイクロレンズなどのパターンを重ね合わせ露光することにより製造される。このデバイス基板を支持基板に貼り合わせてデバイス基板の裏面を研磨する際に、デバイス基板に歪みが発生することが知られている。そのため、カラーフィルターおよびマイクロレンズなどをデバイス基板に対して重ね合わせ露光する際には、デバイス基板の歪んだ形状に合わせて投影光学系の結像性能(倍率、ディストーションなど)を制御して露光する必要がある。

しかし、このデバイス基板の歪み量が大きいことと、デバイス基板上の各ショットの歪み形状が大きく異なることにより、各ショットを露光する毎に結像性能を大きく補正する必要がある。特許文献１の露光装置ではショットのショット倍率に応じて投影光学系の結像性能を補正しているが、その補正頻度が高くスループットの低下を招いてしまう。

そこで、本発明は、スループット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、１つの基板上の複数のショット領域のそれぞれに予め定められた順番で露光を行う露光装置であって、原版のパターンを前記複数のショット領域のそれぞれに投影する投影光学系と、前記投影光学系の結像特性を調整する調整部と、前記複数のショット領域それぞれのパターンのずれのデータおよび前記露光の順番に基づいて前記複数のショット領域をグループ分けし、該グループ分けされたグループそれぞれに前記結像特性の設定量を決定し、グループ毎に前記結像特性が前記設定量となるように前記調整部を制御する制御部と、を備え、前記設定量は、前記グループ内の複数のショット領域で共通であって、前記グループ間で異なり、前記制御部は、同一のグループに属するショット領域は露光の順番が連続し、かつ、同一のグループに属するショット領域の前記ずれのすべての値は予め定められた範囲内であるように前記グループ分けを行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、スループットの点で有利な露光装置を提供することができる。

本発明に係る露光装置を示した図である。 本発明に係る露光方法のフローチャートである。 ウエハ面上の各ショット配置と露光順を示した図である。 ウエハ面上の各ショットの倍率を示した図である。 露光方法の一部を説明したフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

〔露光装置〕
図１は本発明に係る基板上の複数のショット領域に予め定められた順番で露光を行う露光装置の図である。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より射出された光は、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、レチクル（原版）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の開口絞り５の開口部の形状はほぼ円形であり、照明光学系制御部８によってその開口部の直径、ひいては照明光学系４の開口数（ＮＡ）を目標値に設定できるようになっている。この場合、投影光学系１０の開口数に対する照明光学系４の開口数の比の値がコヒーレンスファクタ（σ値）である。そのため、照明光学系制御部８は、照明光学系４の開口絞り５を制御することで、σ値を設定できる。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フォトセンサ７が配置され、フォトセンサ７は、露光光の強度（露光エネルギー）に対応した信号を出力する。

レチクル９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、レチクル９は、照明光学系４により露光光が照射される。屈折型、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の回路パターン像を縮小倍率β（例えば１／２）で投影し、フォトレジストが塗布された基板（ウエハ）１５上のショット領域に結像するように配置されている。レチクル９に対するフーリエ変換面である投影光学系１０の瞳面上には、開口部がほぼ円形である投影光学系１０の開口絞り１１が配置され、モータ等の開口絞り駆動部１２によって開口絞り１１の開口部の直径を制御することができる。

光学素子駆動部（調整部）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２３を、投影光学系１０の光軸に沿って移動させる。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、開口絞り駆動部１２及び光学素子駆動部１３を制御する。

基板ステージ（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。なお、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、アライメント計測器（計測器）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。

主制御部３の制御下にあるステージ制御部２０は、アライメント計測器２４の計測結果をもとにモータ等のステージ駆動部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。格納部４０は、ショットサイズ、ショット配列などのショット情報を格納しておくことが可能である。主制御部３は、このショット情報を基に、スループットが最小となるように、各ショットの露光の順番を決定することが可能である。また、各ショットの位置ズレ量、倍率誤差、ディストーション形状、表面凹凸情報などの外部で計測したショット測定値を格納しておくことにより、投影光学系１０の光学特性の設定量を算出することも可能である。主制御部３、照明光学系制御部８、投影光学系制御部１４、ステージ制御部２０は、制御部３０を構成している。

投光光学系２１、受光光学系２２は、フォーカス検出器を構成している。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に入射する。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おり、各位置検出用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内の位置検出用受光素子上の入射光束の位置ずれとして計測される。

［露光方法］
図２は本発明の露光方法を説明するフローチャートである。まずＳ１で、主制御部３は、ウエハ１５をロードし、続いて、Ｓ２で、主制御部３は、ウエハ１５のサイズとレイアウト情報から各ショットの露光の順番を決定する。主制御部３は、スループット向上のため、ウエハステージ１６の移動量すなわちステージ駆動時間が最小となるように各ショットの露光の順番を決定することができる。

Ｓ３で、主制御部３は、露光対象のウエハ１５の全ショットの歪みデータが格納部４０に格納されているか確認する。格納されていれば、Ｓ４で、主制御部３は、格納部４０に格納されている全ショットの歪みデータを読み込む。この歪みデータは、重ね合わせ測長器などで予め測定され予め格納部４０に格納される。歪みデータが格納部４０に格納されていない場合には、Ｓ５で、主制御部３は、アライメント計測器２４を用いて下地となる各ショットの形状を計測し、計測された全ショットの歪みデータを読み込む。Ｓ６で、主制御部３は、各ショット形状に合わせて、レチクル９のパターンの像を重ね合わせ露光するために、投影光学系１０の投影倍率設定量を算出する。

続いて、Ｓ７で、主制御部３は、ウエハステージ１６を駆動し、露光対象のショットに移動する。Ｓ８で、主制御部３は、投影光学系１０の投影倍率（結像特性）を調整するための光学素子駆動部（調整部）１３を駆動するかどうか判断する。光学素子駆動部１３を駆動するとＳ８で判断された場合は、主制御部３は、Ｓ６で算出された設定量に基づき、投影光学系制御部１４を介して光学素子駆動部１３を駆動して投影倍率を設定（補正）する。投影倍率の設定が完了したら、Ｓ１０で、主制御部３は、露光対象のショットを露光する。光学素子駆動部１３を駆動しないとＳ８で判断された場合は、Ｓ１０に進み、Ｓ１０で、主制御部３は、露光対象のショットを露光する。Ｓ１１で、主制御部３は、露光したショットが最終ショットかどうかの判断を行う。露光したショットが最終ショットでない場合、Ｓ７に戻り、次の露光対象のショットに移動する。露光したショットが最終ショットである場合、Ｓ１２に進み、主制御部３は、ウエハ１５をアンロードする。このフローに基づいた露光方法を用いることで、下地となるショットの歪みに対して、高精度にレチクル９のパターンを位置合わせして露光することが可能となり、かつ、スループットも向上できる。

続いて、Ｓ６の投影倍率の設定量の取得処理に関して、図５を用いて説明する。まず、Ｓ６１で、主制御部３は、グループ１に対して、露光の順番が連続するショット１とショット２を設定する。次に、Ｓ６２で、主制御部３は、グループ内の各ショットの投影倍率から最小投影倍率β_ｍｉｎ、最大投影倍率β_ｍａｘを取得する。Ｓ６３で、主制御部３は、最大投影倍率β_ｍａｘと最小投影倍率β_ｍｉｎの差分（β_ｍａｘ−β_ｍｉｎ）が投影倍率許容量Tolより大きいか判定する。差分（β_ｍａｘ−β_ｍｉｎ）が投影倍率許容量Tolより小さい場合には、Ｓ６４で、主制御部は、処理中のグループに対して露光の順番が次のショットを追加し、Ｓ６２〜Ｓ６３を繰り返す。差分（β_ｍａｘ−β_ｍｉｎ）が投影倍率許容量Tolより大きい場合には、Ｓ６５に進み、主制御部３は、処理中の同一グループに属するショットを決定する。Ｓ６５で、主制御部３は、β_ｍａｘ−β_ｍｉｎ≦Tolを満たすショットを当該グループの所属ショットとして設定する。続いて、Ｓ６６で、主制御部３は、当該グループの全所属ショットに対して共通の投影倍率設定量β_ｇを算出する。投影倍率設定量β_ｇは、グループ内の複数のショットで共通であり、グループ間で異なる。共通の投影倍率量β_ｇは、例えば、最大値β_ｍａｘと最小値β_ｍｉｎとの単純平均値(β_ｍａｘ＋β_ｍｉｎ)／２としても良いし、各ショットの投影倍率分布を考慮し、各ショットの投影倍率の単純平均値または加重平均値としても良い。続いて、Ｓ６７でウエハ１５の全ショットがいずれかのグループに含まれていれば、Ｓ６の処理を完了する。まだどのグループに含まれていないショットが残っていれば、Ｓ６８に進む。Ｓ６８で、主制御部３は、次のグループに対して、露光の順番が連続する次ショットと次々ショットを設定し、Ｓ６２〜Ｓ６６を繰り返し、全ショットをグループ分けするとともにグループ毎の共通の投影倍率量β_ｇを取得する。なお、グループ分けは、主制御部３以外の制御部で行ってもよい。

引き続き、図３、図４を用いてＳ６の投影倍率量の取得処理を詳細に説明する。図３（ａ）は、ウエハ１５上に１２のショットが配置された例を示している。主制御部３は、Ｓ２で、通常、スループットを最大化する目的でステージ移動量が最小となるように各ショットの露光の順番を決定する。そのため、通常、図３（ａ）に示したように、ショット１〜１２の順番で露光される。

次に、図３（ｂ）にＢＳＩセンサ用ウエハ１５の例を示す。ＢＳＩセンサは、デバイス基板を支持基板に貼り合わせてデバイス基板を研磨する工程を経るため、各ショットに歪みが生じる。このＢＳＩウエハ１５に重ね合わせ露光する際には、歪んだショット形状に合わせて投影光学系１０の投影倍率を補正する必要がある。そのためには、各ショットの歪み量が必要となる。主制御部３は、図２のＳ４またはＳ５で各ショットの歪み量を取得する。

取得されたショット歪み量(ショット倍率)を図４（ａ）に示す。図４（ａ）には、測定した各ショットの倍率β_ｓ１〜β_ｓ１２を示している。このショット倍率のそれぞれに合わせて、投影倍率を補正し、露光することが考えられる。しかし、そのようにすると、各ショットを露光する毎に光学素子駆動部１３を駆動する必要があり、スループットの低下を招くことになる。一方、投影倍率の補正にはデバイス製造上、許容される範囲があり、その範囲内で倍率が変動しても、デバイス性能に大きな影響を及ぼさない。

図４（ｂ）に、本発明で使用する、倍率許容量Tolに対する各ショットのグループ分け、および、各グループの共通の設定倍率βgの関係を示す。ショット１〜４において、最小倍率はショット２の倍率β_ｓ２、最大倍率はショット３の倍率β_ｓ３となっており、これらの差分が倍率許容量Tol内であるため、ショット１〜４をグループ（第１グループ）１に設定する。グループ１のショット１〜４を露光する際の共通の投影倍率（第１設定量）を最大、最小倍率の平均値β_ｇ１＝(β_ｓ２+β_ｓ３)／２と決定する。そうすることで、グループ１を露光する間は光学素子駆動部１３を駆動せずに良好な露光結果を得ることが可能である。同様にして、グループ（第２グループ）２のショット５〜８においても、共通の投影倍率（第２設定量）を最小倍率β_ｓ７と最大倍率β_ｓ８の平均値β_ｇ２＝(β_ｓ７+β_ｓ８)／２に設定することにより、同様な効果が得られる。

グループ３のショット９〜１２においては、全ショットが許容量Tol内に含まれているが、この場合も、共通の投影倍率（第３設定量）をβ_ｇ３＝(β_ｓ９+β_ｓ１１)／２とすることで、グループ１、２と同様な効果が得られる。また、本実施形態では、投影倍率の設定について説明したが、投影光学系１０のディストーションなど、その他の光学特性を設定する際にも、前述の手法を適用することにより、スループットを改善することが可能である。さらに、ウエハ１５の各ショットのデフォーカスの測定値に対して、投影光学系１０のフォーカス位置の補正を行いときに、前述の手法を適用することも可能である。また、投影倍率、ディストーションやフォーカスなどの設定量は大きさと向きを含む。

〔デバイス製造方法〕
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：光源。３：主制御部。９：レチクル（原版）。１０：投影光学系。１３：光学素子駆動部（補正部）。１４：投影光学系。１５：ウエハ（基板）。２４：アライメント計測器。３０：制御部。

Claims (13)

1. １つの基板上の複数のショット領域のそれぞれに予め定められた順番で露光を行う露光装置であって、
   原版のパターンを前記複数のショット領域のそれぞれに投影する投影光学系と、
   前記投影光学系の結像特性を調整する調整部と、
   前記複数のショット領域それぞれのパターンのずれのデータおよび前記露光の順番に基づいて前記複数のショット領域をグループ分けし、該グループ分けされたグループそれぞれに前記結像特性の設定量を決定し、グループ毎に前記結像特性が前記設定量となるように前記調整部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記設定量は、前記グループ内の複数のショット領域で共通であって、前記グループ間で異なり、
   前記制御部は、同一のグループに属するショット領域は露光の順番が連続し、かつ、同一のグループに属するショット領域の前記ずれのすべての値は予め定められた範囲内であるように前記グループ分けを行う、ことを特徴とする露光装置。
2. 前記ずれのデータを格納する格納部を備え、前記制御部は、前記格納部により格納された前記ずれのデータに基づいて前記複数のショット領域をグループ分けすることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記複数のショット領域それぞれについて前記ずれを計測する計測器を備え、前記制御部は、前記計測器により計測された前記ずれのデータに基づいて前記複数のショット領域をグループ分けすることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記ずれは、前記複数のショット領域それぞれの形状のずれを含み、前記結像特性は、前記投影光学系の投影倍率またはディストーションを含む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. 前記調整部は、前記投影光学系を構成する光学素子を駆動する光学素子駆動部を含むことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記ずれは、前記複数のショット領域それぞれのデフォーカスを含み、前記結像特性は、前記投影光学系のフォーカス位置を含む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。
7. 前記制御部は、同一グループに属するショット領域の前記ずれの最大値と最小値との単純平均値に基づいて共通の前記設定量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、同一グループに属するショット領域の前記ずれのすべての値の単純平均値に基づいて共通の前記設定量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。
9. 前記制御部は、同一グループに属するショット領域の前記ずれのすべての値の加重平均値に基づいて共通の前記設定量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。
10. １つの基板上の複数のショット領域を順に露光する露光装置であって、
    原版のパターンを前記ショット領域に投影する投影光学系と、
    前記投影光学系の結像特性を調整する調整部と、
    前記結像特性の設定量を定め、前記結像特性が前記設定量になるように前記調整部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    露光の順番が連続する複数のショット領域のグループについて、前記設定量として共通の第１設定量を設定し、前記グループを露光するときに前記結像特性が前記第１設定量になるように前記調整部を制御し、
    前記グループより１つ前又は後に露光する他のショット領域について、前記設定量として前記第１設定量とは異なる第２設定量を設定し、前記他のショット領域を露光するときに前記結像特性が前記第２設定量になるように前記調整部を制御する、ことを特徴とする露光装置。
11. 前記グループを第１グループとして、前記制御部は、前記１グループとは異なり、前記他のショット領域を含み、露光の順番が連続する複数のショット領域の第２グループについて、前記第２設定量を設定し、前記第２グループを露光するときに前記結像特性が前記第２設定量になるように前記調整部を制御する、ことを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 投影光学系により原版のパターンを１つの基板上の複数のショット領域のそれぞれに投影して前記複数のショット領域のそれぞれに予め定められた順番で露光を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パターンのずれのデータおよび前記露光の順番に基づいて前記複数のショット領域をグループ分けする工程と、
    該グループ分けされたグループそれぞれに前記投影光学系の結像特性の設定量を決定する工程と、
    グループ毎に前記結像特性が前記設定量となるように調整して前記露光を行う工程と、
    を含み、
    前記設定量は、前記グループ内の複数のショット領域で共通であって、前記グループ間で異なり、
    前記グループ分けは、同一のグループに属するショット領域は露光の順番が連続し、かつ、同一のグループに属するショット領域の前記ずれのすべての値は予め定められた範囲内であるように行われる、ことを特徴とする露光方法。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の露光装置を使用し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製造方法。

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