JP2018060001A - 補助露光装置及び露光量分布取得方法 - Google Patents

補助露光装置及び露光量分布取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板上に塗布されたレジスト膜に対して、マスクのパターンを転写する通常の露光処理とは別に、紫外光を照射する補助露光を行う場合において、より確実にレジストパターンの線幅の面内均一性を高くさせる。
【解決手段】補助露光装置１２３は、ウェハＷ上に塗布されたレジスト膜にマスクのパターンを転写する露光処理とは別に、レーザ光源１３５からの所定の波長の光をウェハ上のレジスト膜に照射する補助露光を行う。補助露光装置１２３は、レーザ光源１３５からの光をウェハＷに向けて反射する第１の全反射ミラー１４１と、該第１の全反射ミラー１４１に反射された後にウェハＷに反射された光を反射する第２の全反射ミラー１４２と、第２の全反射ミラー１４２に反射された光を受光する受光部を有する撮像装置１４３、とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、基板上に塗布されたレジスト膜に対して、マスクのパターンを転写する通常の露光処理とは別に、紫外線を照射する補助露光を行う補助露光装置及びに補助露光の際の露光量分布を取得する露光量分布取得方法関する。
半導体デバイス等の製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、半導体ウェハ（以下、ウェハ）等の基板上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理等が順次行われる。これによりウェハ上に所定のレジストのパターンが形成される。これらの一連の処理は、ウェハを処理する各種処理装置やウェハを搬送する搬送機構等を搭載した基板処理システム及び露光装置により行われる。
露光装置では、例えば、ウェハ上の３５ｍｍ×２５ｍｍの領域を、光源とＮｍｍ×２５ｍｍ（Ｎは例えば１〜３）のスリットとで形成した細長いビームを走査して露光する。
ところで、フォトリソグラフィーによるパターンの微細化が進むにつれて、現像処理後のウェハ上に得られるレジストパターンの線幅を均一にすることが困難になってきており、レジストパターンの線幅の面内均一性が大きな課題となっている。
そこで、レジストパターンの線幅の面内均一性を高めるため、従来は、上述のスリットを用いた露光において、露光ショット毎に均一な光を決められた時間だけ露光していた。ここで露光ショットとは、スリットを用いて走査する場合であって該スリットを介して複数回露光することによりウェハ全体を露光する場合にスリットを介した１回の露光により照射される領域のことをいう。なお、各露光ショットは隣接する露光ショットと一部重複する。
しかし、近年、微細化がさらに進み、露光ショット内での線幅のばらつきの問題が顕著になっている。この対策として、露光ショット毎に露光量を調整する方式が採用されている。
ただし、この方式は、Ｎｍｍ×２５ｍｍのスリットを用いて露光するため、スリットを走査させる方向には露光量を変化させることができるが、１つの露光ショット内では露光量を変化させることはできない。また、スリットの走査方向の幅も数ｍｍ程度と大きく、走査方向の露光量の調整も十分でないため、レジストパターンの線幅の面内均一性の点において改善の余地があった。
このような背景を踏まえ、レジストパターンの線幅の面内均一性を向上させる方法として以下のようなもの考えられている。すなわち、マスクのパターンを転写する通常の露光処理とは別に、該通常の露光処理に用いるビームより小径のビームを用いてウェハ上面の区分された照射区域それぞれを露光することによりウェハ全体の露光（補助露光）を行い、例えば、通常の露光処理と補助露光処理での合計の露光量が所望の分布になるようにする方法である（特許文献１〜３参照）。
しかし、上述のように、補助露光時の光源の出力を調整しても、光源からウェハ上面の区分された照射区域それぞれに至るまでの光路は異なるため、各区域で所望の露光量が得られないことがある。
この点に関し、特許文献１の補助露光装置は、一定の装置稼働時間毎または一定の月日毎に、ウェハの上面と同じ位置に照度計を移動させ、該照度計で補助露光位置の照度を計測し、該計測結果と光出力の指令値との関係を取得している。そのため、実際の露光量を所望の露光量に近づけることができる。
特開２０１３−１８６１９１号公報 米国特許出願公開第２０１５／１４６１７８号明細書 米国特許出願公開第２０１５／１４７１６４号明細書
しかし、特許文献１の補助露光装置では、上述のように、補助露光位置における照度の計測が行われるのは一定の装置稼働時間毎または一定の月日毎であり、言い換えると、計測間隔が広い。したがって、計測と計測の間に、装置環境が変化すること等により、光源からウェハ上面のそれぞれの照射区域までの光路の状態が変化し、光出力の指令値に対する照度すなわち露光量として所望のものが得られなくなり、その結果、レジストパターンの線幅の面内均一性が低くなることがある。
なお、特許文献２、３はこの点に関し開示するものではない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上に塗布されたレジスト膜に対して、マスクのパターンを転写する通常の露光処理とは別に、紫外光を照射する補助露光を行う場合において、より確実にレジストパターンの線幅の面内均一性を高くさせることをその目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、基板上に塗布されたレジスト膜にマスクのパターンを転写する露光処理とは別に、光源からの所定の波長の光を前記基板上のレジスト膜に照射する補助露光装置であって、前記光源からの前記光を前記基板に向けて反射する第１の反射部材と、該第１の反射部材に反射され前記基板に反射された光を反射する第２の反射部材と、該第２の反射部材に反射された光を受光する受光部と、を備えることを特徴としている。
前記受光部での受光結果に基づいて、前記基板上のレジスト膜への露光量の分布を取得する取得部を備えることが好ましい。
前記基板を所定の方向に移動させる移動機構と、前記光源からの前記光を前記第１の反射部材に向けて反射するポリゴンミラーと、を備え、前記移動機構により前記基板を移動させることにより、前記ポリゴンミラーで反射し前記第１の反射部材で反射した光で、前記基板を前記所定の方向に走査し、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、当該ポリゴンミラーで反射し前記第１の反射部材で反射した光で、前記基板を前記所定の方向と直交する方向に走査することが好ましい。
前記第１の反射部材は、該第１の反射部材により反射された光が前記基板に対して垂直ではない角度で入射するように設けられていることが好ましい。
前記受光部は、ラインセンサであることが好ましい。
前記受光部は、紫外線に対して感度を有することが好ましい。
別な観点による本発明によれば、基板上に塗布されたレジスト膜にマスクのパターンを転写する露光処理とは別に行われる補助露光処理における、前記基板上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得する露光量分布取得方法であって、前記補助露光処理において、所定の波長の光を出射する前記光源からの前記光を第１の反射部材により前記基板に向けて反射させ、前記第１の反射部材に反射され前記基板に反射された光を前記第２の反射部材により反射させ、前記第２の反射部材に反射された光を受光部に受光させ、該受光部での受光結果に基づいて、前記基板上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得することを特徴としている。
前記補助露光処理において、前記基板を所定の方向に移動させる移動機構により前記基板を移動させると共に、前記光源からの前記光を前記第１の反射部材に向けて反射するポリゴンミラーを回転させ、前記ポリゴンミラーで反射し前記第１の反射部材で反射した光を前記受光部で受光させ、該受光結果に基づいて、前記基板上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得することが好ましい。
前記第１の反射部材により反射された光が前記基板に対して垂直ではない角度で入射するように当該第１の反射部材で反射させることが好ましい。
本発明によれば、より確実にレジストパターンの線幅の面内均一性を高くすることができる。
本発明の第１の実施形態に係る基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板処理システムの構成の概略を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板処理システムの構成の概略を示す背面図である。 図１の補助露光装置の構成の概略を示す横断面図である。 図１の補助露光装置の構成の概略を示す縦断面図である。 補助露光処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。 補助露光処理中の補助露光装置内の様子を示す図である。 補助露光処理中の補助露光装置内の様子を示す他の図である。 補助露光処理中の補助露光装置内の様子を示す別の図である。 本発明の第２の実施形態に係る補助露光装置の構成の概略を説明する図である。 図１０の補助露光装置が有する多重反射防止板の一例を説明する図である。 多重反射防止板の他の例を説明する図である。
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る補助露光装置を含む露光ステーションを搭載した基板処理システム１の構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、各々基板処理システム１の内部構成の概略を模式的に示す、正面図と背面図である。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
基板処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光ステーション１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。
カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置するカセット載置板２１が複数設けられている。
カセットステーション１０には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。
処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。
例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像処理装置３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成装置３１、ウェハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。
例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。
これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３といった液処理装置では、例えばウェハＷ上に所定の処理液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に処理液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、処理液をウェハＷの表面に拡散させる。
例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う熱処理装置４０や、レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。これら熱処理装置４０、アドヒージョン装置４１、周辺露光装置４２の数や配置についても、任意に選択できる。
例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。
図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。
また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。
シャトル搬送装置８０は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。
図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１００は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。
インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１１０と受け渡し装置１１１が設けられている。ウェハ搬送装置１１０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１１０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１１１及び露光ステーション１２の受け渡し装置１２１との間でウェハＷを搬送できる。
露光ステーション１２は、ウェハ搬送装置１２０と受け渡し装置１２１と露光装置１２２と補助露光装置１２３が設けられている。ウェハ搬送装置１２０は、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送装置１２０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、受け渡し装置１２１、露光装置１２２及び補助露光装置１２３との間でウェハＷを搬送できる。
露光装置１２２は、ウェハＷ上のレジストにフォトマスクのパターンを転写する通常の露光（以下、本露光）を行う露光装置である。
補助露光装置１２３は、露光装置１２２による露光処理とは別に、所定の波長（例えば２６７ｎｍ）の紫外光をウェハ上のレジスト膜に照射する補助露光を行う。補助露光装置１２３による補助露光により、現像処理後に得られるレジストパターンの線幅の面内均一性を向上させることができる。
以上の基板処理システム1には、図1に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理や搬送、ウェハＷの通常の露光、ウェハの補助露光などを実行するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。
以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハＷの処理方法においては、まず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、カセットステーション１０に搬入される。カセットＣ内のウェハＷは、ウェハ搬送装置２３により、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、温度調節処理される。その後、ウェハＷは、第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後、ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理され、温度調節される。
次にウェハＷはアドヒージョン装置４１に搬送され、アドヒージョン処理される。その後ウェハＷは、第１のブロックＧ１のレジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。
ウェハＷにレジスト膜が形成されると、次にウェハＷは、第１のブロックＧ１の上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後、ウェハＷは第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理が行われる。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０により、周辺露光装置４２に搬送され、周辺露光処理される。
周辺露光後、ウェハＷは周辺露光装置４２から第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２に搬送される。その後ウェハＷは、インターフェイスステーション１３のウェハ搬送装置１１０によって露光ステーション１２に搬送される。
露光ステーション１２内に搬送されたウェハＷは、露光ステーション１２内のウェハ搬送装置１２０により、露光装置１２２に搬送され、ウェハＷ上のレジスト膜に対して本露光が行われる。次いで、ウェハＷは、補助露光装置１２３に搬送され、ウェハＷ上のレジスト膜に対して補助露光が行われる。
露光ステーション１２での露光後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置１１０によって露光ステーション１２から第４のブロックＧ４の受け渡し装置６０に搬送される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像処理装置３０に搬送され、現像される。現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される。
その後ウェハＷは、カセットステーション１０のカセットＣに搬送される。こうして、一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。
なお、以上の例では、露光装置１２２による本露光後に補助露光装置１２３による補助露光を行うこととしていたが、補助露光は本露光の前に行ってもよい。また、露光前ベーク処理を行う場合は、露光前ベーク処理の後に補助露光を行ってもよいし、露光前ベーク処理の前に補助露光を行ってもよい。
続いて、補助露光装置１２３について説明する。図４及び図５はそれぞれ、補助露光装置１２３の構成の概略を示す横断面図及び縦断面図であり、図５では、後述のレーザ光源１３５とミラー１３６〜１３８の図示を省略している。
補助露光装置１２３は、図４及び図５に示すように、筐体１３０を有する。筐体１３０の側面には、ウェハＷを搬入出する、図示しない搬入出口が形成されている。筐体１３０の内部には、ウェハＷを吸着保持するウェハチャック１３１が設けられている。ウェハチャック１３１は、水平な上面を有し、当該上面には、例えば、ウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをウェハチャック１３１上に吸着保持できる。
ウェハチャック１３１には、図５に示すように、本発明に係る「移動機構」としてのチャック駆動部１３２が取り付けられている。筐体１３０の底面には、筐体１３０内の一端側（図５中のＸ方向負方向側）から他端側（図５中のＸ方向正方向側）まで延伸するガイドレール１３３が設けられている。チャック駆動部１３２は、ガイドレール１３３上に設けられている。
チャック駆動部１３２には、例えばモータ（図示せず）が内蔵されており、ウェハチャック１３１を回転させると共に、ガイドレール１３３に沿って移動自在に構成されている。チャック駆動部１３２が上述のように移動自在に構成されることによって、周辺露光装置４２の外部との間でウェハＷの受け渡しを行う受渡位置Ｐ１とウェハＷに対して補助露光処理を行う補助露光位置Ｐ２との間でウェハを移動させることができ、また、補助露光処理中に所定の方向（Ｘ方向）にウェハＷを移動させることができる。
筐体１３０の内部には、チャック駆動部１３２等によりＸ方向（主走査方向）に搬送されるウェハＷ上のレジストに所定の波長の紫外光を照射する走査露光ユニット１３４が設けられている。走査露光ユニット１３４は、ウェハＷに所定ピッチで設けられた露光区域に紫外光ビームを照射する。１つの露光区域に照射すする光ビームの単位を「ショット」とすると、走査露光ユニット１３４は、１ショットの光ビームを断続的に照射するものであり、１ショット毎に照射位置をずらすことにより、ウェハＷ上のレジストに主走査方向と直交する方向（Ｙ方向）に光ビームを走査する。なお、ウェハＷの直径が３００ｍｍである場合、上記露光区域は例えば０．５ｍｍピッチで設けられ、光ビームの直径は１．４ｍｍである。
走査露光ユニット１３４は、レーザ光源１３５、ミラー１３６〜１３８と、ポリゴンミラー１３９、ｆθレンズ１４０及び第１の全反射ミラー１４１を有し、これら走査露光ユニット１３４の構成部材はウェハチャック１３１に保持されたウェハＷより上方に位置する。
レーザ光源１３５は、略平行光束とされた光を、具体的には紫外光レーザビームを断続的に出射する光源であり、Ｘ方向負方向側に向けて光を出射する。このレーザ光源１３５は、筐体１３０におけるＹ方向正方向側の端部であってＸ方向正方向側の端部に配置されている。
ミラー１３６は、レーザ光源１３５からの光をＹ方向負方向側に向けて反射し、ミラー１３７は、ミラー１３６で反射された光をＸ方向正方向側に向けて反射する。ミラー１３８は、ミラー１３７で反射された光を、Ｙ方向正方向側に向けて、すなわち、ポリゴンミラー１３９に向けて反射する。なお、例えば、ミラー１３６とミラー１３７との間の光路に、レーザ光源１３５からの光の状態を調整するビームコンディショナを設けてもよい。
ポリゴンミラー１３９は、反射面が多角形状に配置され該多角形の中心を回転軸として高速回転できるようにした光偏向器であり、ミラー１３８により反射された光をｆθレンズ１４０に向けて順次角度を変えて反射する。このポリゴンミラー１３９に対しては、不図示のポリゴンミラー駆動手段が設けられており、ポリゴンミラー１３９は上記駆動手段により所定速度で回転される。
ｆθレンズ１４０は、該ｆθレンズ１４０を透過した後の光の進行方向を該ｆθレンズ１４０に入射する前のものから変更するものであり、ポリゴンミラー１３９で反射された光の進行方向を所定方向（Ｙ方向負方向）側に変更する。
第１の全反射ミラー１４１は、ポリゴンミラー１３９により順次角度を変えて反射されｆθレンズ１４０を透過した光を、ウェハチャック１３１に保持されたウェハＷの表面に向けて反射するものであり、ポリゴンミラー１３９で反射された光によるウェハＷのＹ方向の走査を可能とするものである。
なお、第１の全反射ミラー１４１は、本発明に係る「第１の反射部材」の一例であり、該ミラー１４１により反射された光がウェハＷに対して垂直ではない角度で入射するように設けられている。また、第１の全反射ミラー１４１のＹ方向の寸法はウェハＷの直径と同じ、またはそれよりやや大きく、Ｘ方向の寸法は、該ミラー１４１により反射されさらにウェハＷにより反射された光が当該ミラー１４１に入射しないような大きさである。
さらに、筐体１３０の内部には、第２の全反射ミラー１４２と、撮像装置１４３とが走査露光ユニット１３４より上方に設けられている。
第２の全反射ミラー１４２は、本発明に係る「第２の反射部材」の一例であり、第１の全反射ミラー１４１に反射されさらにウェハＷにより反射された光を、Ｘ軸方向正方向に向けて、すなわち、撮像装置１４３の方向に向けて反射する。
撮像装置１４３は、第２の全反射ミラー１４２により反射された光を受光し、ウェハＷの露光状態を撮像するものである。
この撮像装置１４３は、不図示の受光部とレンズとを有する。撮像装置１４３において、受光部は、例えばラインセンサから構成され、第２の全反射ミラー１４２により反射された光を受光し、また、レンズは、第２の全反射ミラー１４２により反射された光を上記受光部に集光するものである。撮像装置１４３の受光部は、レーザ光源１３５から出力される紫外光と同じ波長の光に対して感度を有する素子から構成されることが好ましい。ただし、レーザ光源１３５から出力された光は、レジスト膜が形成されたウェハＷに反射されること等によりその波長が可視光域に変化する場合もあり、かかる場合は紫外光ではなく可視光に感度を有する素子を用いてもよい。
筐体１３０の内部であって補助露光位置Ｐ２には、位置検出センサ１４４が設けられている。位置検出センサ１４４は、例えばＣＣＤカメラ（図示せず）を有し、補助露光位置Ｐ２において、ウェハチャック１３１に保持されたウェハＷの中心からの偏心量や、ウェハＷのノッチ部Ｎの位置を検出する。補助露光装置１２３では、位置検出センサ１４４によってノッチ部Ｎの位置を検出しながら、チャック駆動部１３２によってウェハチャック１３１を回転させて、ウェハＷのノッチ部Ｎの位置を調整することができる。
補助露光装置１２３の上述の構成部分のうち、チャック駆動部１３２、レーザ光源１３５、ポリゴンミラー駆動手段、撮像装置１４３等は、制御部２００と接続されており、制御部２００によりその動作が制御される。
次に、以上のように構成された補助露光装置１２３を用いて行われる補助露光処理について説明する。図６は、補助露光処理の一例を説明するためのタイミングチャートである。図７〜図９は、補助露光処理中の補助露光装置１２３内の様子を示す図である。なお、以下では、補助露光を行う際に補助露光装置１２３内に前のウェハＷが残っている例で説明する。
（ステップ１：ウェハ搬出入）
ウェハＷに対して補助露光処理を行う際は、まず、ウェハ搬送装置１２０のアーム（ＡＲＭ１）が補助露光装置１２３内に挿入され、受渡位置Ｐ１にあるウェハチャック１３１に吸着された前のウェハＷが保持される。それとともに、ウェハチャック１３１に接続されたポンプ（Ｃｈｕｃｋ ＶＡＣ）による吸着動作がＯＦＦにされる。そして、前のウェハＷを保持したアームが上下に動かされ、該アームが補助露光装置１２３から引き抜かれることにより前のウェハＷが取り出される。次いで、補助露光対象のウェハＷを保持した別のアーム（ＡＲＭ２）が補助露光装置１２３内に挿入され、該アームが上下に動かされ、補助露光対象のウェハＷがウェハチャック１３１に載置される。その後、上記ポンプによる吸着動作がＯＮにされることにより、補助露光対象のウェハＷが吸着され、該ウェハＷがウェハチャック１３１に保持され、図７に示すように、ウェハＷの受渡位置Ｐ１での受け渡しが完了する。ウェハＷの受け渡し完了後、アームが補助露光装置１２３から引き抜かれる。
（ステップ２：露光準備）
上記ステップ１と後述のステップ３及びステップ４と並行して、制御部２００は、補助露光用のデータをロードし、該データに基づいて、レーザ光源１３５を駆動するためのデータすなわちウェハＷ上の露光区域毎の照度のデータを算出し決定する。補助露光用のデータは例えば過去の補助露光結果等に基づいて定められ、制御部２００の不図示の記憶部に予め記憶されている。なお、実際のウェハＷの露光区域のピッチは上述のように例えば０．５ｍｍであるが、補助露光用のデータ内におけるウェハＷの露光区域はそれより大きくし、例えば３．５ｍｍピッチとしてもよい、言い換えると、実際のウェハＷにおいて所定の範囲にある露光区域に対しては共通の照度データを用いてもよい。
（ステップ３：ウェハＷのＸ軸方向への移動）
ステップ１において、受渡位置Ｐ１のウェハチャック１３１にウェハＷが保持された後、チャック駆動部１３２によって、ウェハチャック１３１すなわちウェハＷが図８に示すように補助露光位置Ｐ２に移動される。
（ステップ４：アライメント）
ウェハＷが補助露光位置Ｐ２に移動されると、チャック駆動部１３２によってウェハＷが回転され、位置検出センサ１４４によりウェハＷのノッチ部Ｎの位置が検出される。そして、制御部２００が、位置検出センサ１４４での検出結果に基づいて、ウェハチャック１３１に保持されたウェハＷの中心のウェハチャック１３１の中心からの偏心量及び偏心方向を算出する。
（ステップ５：データ補正）
制御部２００は、ステップ２で算出したレーザ光源１３５の駆動データを、ステップ４で算出したウェハＷの上記偏心量及び偏心方向に基づいて補正する。なお、レーザ光源１３５の駆動データは、レーザ光源１３５を制御する不図示のレーザ制御手段に入力されるデータである。
（ステップ６：露光開始角合わせ）
ステップ５後またはステップ５と並行して、チャック駆動部１３２によってウェハチャック１３１が回転され、該ウェハチャック１３１に保持されたウェハＷのノッチ部Ｎの位置が、ガイドレール１３３の延在する方向から所定の角度ずれるようにされる。
（ステップ７：Ｘ軸方向露光開始位置合わせ）
ステップ６と並行して、チャック駆動部１３２によってウェハチャック１３１がＸ軸方向に移動され、ウェハＷの基準となる位置（例えば中心）がＸ軸方向に関し所定位置になるようにされる。
（ステップ８：露光処理）
ステップ６及びステップ７の位置合わせ後、補助露光が行われる。具体的には、ステップ５で補正されたデータに基づいてレーザ光源１３５が駆動されると共に、ポリゴンミラー１３９が回転されることにより、レーザ光源１３５から出射された後ポリゴンミラー１３９で反射され次いで第１の全反射ミラー１４１で反射された光で、ウェハＷをＹ方向に走査する。また、チャック駆動部１３２によってウェハチャック１３１すなわちウェハＷが図９に示すようにＸ方向に移動されることにより、レーザ光源１３５から出射されポリゴンミラー１３９で反射され第１の全反射ミラー１４１で反射された光で、ウェハＷがＸ方向に走査される。
（ステップ９：露光位置撮像）
ステップ８と並行して、第１の全反射ミラー１４１で反射されウェハＷで反射された光が撮像装置１４３により受光され、これにより、第１の全反射ミラー１４１で反射された光で露光されたウェハＷ上の領域が、第２の全反射ミラー１４２を介して撮像装置１４３により撮像される。この撮像の際、撮像装置１４３のラインセンサは、より具体的には、該ラインセンサの画素露光時間は、レーザ光源１３５の発光タイミングを制御するパルス信号と、ポリゴンミラー１３９の回転角度を示すエンコーダ信号と、同期される。また、撮像装置１４３のラインセンサは、より具体的には、当該ラインセンサにおける撮像周期は、チャック駆動部１３２の位置すなわちウェハＷのＸ方向の位置を示すエンコーダ信号と同期される。
（ステップ１０：搬出位置移動）
ステップ８の補助露光が完了すると、チャック駆動部１３２によって、ウェハチャック１３１すなわちウェハＷが受渡位置Ｐ１に移動される。
（ステップ１１：送出角合わせ）
ステップ１０と並行して、チャック駆動部１３２によってウェハＷが所定角度回転される。これにより、補助露光装置１２３からウェハＷを指定角度で送出することができる。
補助露光装置１２３では上述のように補助露光処理を行っているため、レジストパターンの線幅の面内均一性を向上させることができる。
また、補助露光装置１２３では、ウェハＷに照射され該ウェハＷから反射した光を撮像装置１４３の受光部で受光している。したがって、照射領域毎に該照射領域に照射された実際の光の照度を検知することができる。
さらに、ウェハＷに照射され該ウェハＷから反射した光を撮像装置１４３の受光部で受光しているため、該受光結果に基づいて、ウェハＷ上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得することができる。より具体的には、ウェハＷの露光位置を撮像装置１４３のラインセンサで撮像しているため、ラインセンサでの撮像結果を制御部２００で合成することにより、ウェハＷ上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得することができる。なお、露光量の分布の取得すなわち撮像結果の合成は制御部２００ではなく撮像装置１４３内の制御部で行ってもよく、言い換えると、制御部２００と撮像装置１４３のいずれによって本発明に係る「取得部」を構成することができる。
また、補助露光装置１２３によれば、ウェハＷ上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得しているため、例えば、上述のステップ２において、露光量の分布の情報に基づいてレーザ光源１３５の駆動データを算出することで、レジストパターンの線幅の面内均一性をより確実に向上させることができる。
なお、一連の補助露光処理の終了後に、ステップ２においてロードした補助露光用のデータを露光量の分布の情報に基づいて補正し、該補正した補助露光用のデータを記憶し、次の補助露光処理時には、ステップ２において、補正した補助露光用のデータを読み出し、これに基づき、レーザ光源１３５の駆動データを算出してもよい。この場合も、レジストパターンの線幅の面内均一性をより確実に所望のものにすることができる。
また、補助露光装置１２３によれば、ウェハＷに照射され該ウェハＷから反射した光を撮像装置１４３の受光部で受光しているため、補助露光の際の露光量が不足しているか否かを判別することができる。判別の結果、露光量が不足している場合は、再度、補助露光装置１２３により補助露光を再度行ってもよい。再度の補助露光の際の露光量は、先の補助露光における露光量を考慮した上で決定される。
以上の例では、ウェハＷに対するＹ方向の光の走査は、ポリゴンミラー１３９を回転させることにより行っていたが、ガルバノミラーのミラー部分の角度を変化させることにより行ってもよい。また、ウェハＷに対するＸ方向の光の走査は、ウェハをＸ方向に移動させることにより行っていたが、ガルバノミラーのミラー部分の角度を変化させることにより行ってもよい。
なお、本実施形態に係る補助露光装置は、レジスト材料として光増感化学増幅型レジスト材料を用いる場合にも適用することができる。光増感化学増幅型レジスト材料を用いる場合、レジスト膜の所定箇所に電離放射線又は４００ｎｍ以下の波長を有する非電離放射線を照射するパターン露光工程と、上記パターン露光工程後の上記レジスト材料膜に、パターン露光工程における非電離放射線の波長よりも長波長を有する非電離放射線を照射する別の露光工程がある。該別の露光工程に本実施形態に係る補助露光装置による露光処理を適用してもよい。
（第２の実施形態）
図１０は本発明の第２の実施形態に係る補助露光装置の構成の概略を説明する図である。
図１０の補助露光装置１２３は、多重反射防止板１５０を有する。多重反射防止板１５０は、基板Ｗに照射され乱反射された光が、第１の全反射ミラー１４１及び／または第２の全反射ミラー１４２により再度反射され基板に戻るのを防ぐ多重反射防止材である。
図１１は、多重反射防止板１５０を説明する図であり、多重反射防止板１５０のみ断面で示している。
多重反射防止板１５０は、例えば、図１１に示すように、ポリゴンミラー１３９（図５参照）に反射され第１の全反射ミラー１４１に反射されウェハＷに向かう光が通過する第１のスリット１５１と、第１の全反射ミラー１４１により反射されウェハＷにより鏡面反射された光が通過する第２のスリット１５２とを有する。
なお、多重反射防止板１５０は、光を吸収する材料等から形成される。
このような多重反射防止板１５０を設けることによってレジストパターンの線幅の面内均一性をより確実に向上させることができる。
図１２は、多重反射防止板の他の例を説明する図である。
図１２の例では、第１と第２の二つの多重反射防止板１６１、１６２から成り、第１と第２の多重反射防止板１６１、１６２はそれぞれ所定の方向からの光のみを透過する部材から成る。
第１の多重反射防止板１６１は、ポリゴンミラー１３９（図５参照）に反射され第１の全反射ミラー１４１に反射されウェハＷに向かう光を透過する。この第１の多重反射防止板１６１は、該板１６１を透過しウェハＷに鏡面反射され第２の全反射ミラー１４２に向かう光を遮らず且つウェハＷに乱反射され第１の全反射ミラー１４１に向かう光を遮るよう配設される。
第２の多重反射防止板１６２は、ウェハＷに反射され第２の全反射ミラー１４２に向かう光を透過する。この第２の多重反射防止板１６２は、該板１６２を透過し第２の全反射ミラー１４２例えば該ミラー１４２の端部により反射されウェハＷに向かう光を遮るよう配設される。
このような第１及び第２の多重反射防止板１６１、１６２を設けることによってレジストパターンの線幅の面内均一性をより確実に向上させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は基板上にレジスト膜を露光する技術に有用である。
１…基板処理システム
１２…露光ステーション
１２２…露光装置
１２３…補助露光装置
１３０…筐体
１３１…ウェハチャック
１３２…チャック駆動部
１３３…ガイドレール
１３４…走査露光ユニット
１３５…レーザ光源
１３６〜１３８…ミラー
１３９…ポリゴンミラー
１４０…ｆθレンズ
１４１…第１の全反射ミラー
１４２…第２の全反射ミラー
１４３…撮像装置
１４４…位置検出センサ
２００…制御部

Claims (9)

  1. 基板上に塗布されたレジスト膜にマスクのパターンを転写する露光処理とは別に、光源からの所定の波長の光を前記基板上のレジスト膜に照射する補助露光装置であって、
    前記光源からの前記光を前記基板に向けて反射する第１の反射部材と、
    該第１の反射部材に反射され前記基板に反射された光を反射する第２の反射部材と、
    該第２の反射部材に反射された光を受光する受光部と、を備えることを特徴とする補助露光装置。
  2. 前記受光部での受光結果に基づいて、前記基板上のレジスト膜への露光量の分布を取得する取得部を備えることを特徴とする請求項１に記載の補助露光装置。
  3. 前記基板を所定の方向に移動させる移動機構と、
    前記光源からの前記光を前記第１の反射部材に向けて反射するポリゴンミラーと、を備え、
    前記移動機構により前記基板を移動させることにより、前記ポリゴンミラーで反射し前記第１の反射部材で反射した光で、前記基板を前記所定の方向に走査し、
    前記ポリゴンミラーを回転させることにより、当該ポリゴンミラーで反射し前記第１の反射部材で反射した光で、前記基板を前記所定の方向と直交する方向に走査することを特徴とする請求項１または２に記載の補助露光装置。
  4. 前記第１の反射部材は、該第１の反射部材により反射された光が前記基板に対して垂直ではない角度で入射するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の補助露光装置。
  5. 前記受光部は、ラインセンサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の補助露光装置。
  6. 前記受光部は、紫外線に対して感度を有することを特徴する請求項１〜５のいずれか１項に記載の補助露光装置。
  7. 基板上に塗布されたレジスト膜にマスクのパターンを転写する露光処理とは別に行われる補助露光処理における、前記基板上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得する露光量分布取得方法であって、
    前記補助露光処理において、所定の波長の光を出射する光源からの前記光を第１の反射部材により前記基板に向けて反射させ、前記第１の反射部材に反射され前記基板に反射された光を第２の反射部材により反射させ、
    前記第２の反射部材に反射された光を受光部に受光させ、
    該受光部での受光結果に基づいて、前記基板上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得することを特徴とする露光量分布取得方法。
  8. 前記補助露光処理において、前記基板を所定の方向に移動させる移動機構により前記基板を移動させると共に、前記光源からの前記光を前記第１の反射部材に向けて反射するポリゴンミラーを回転させ、
    前記ポリゴンミラーで反射し前記第１の反射部材で反射した光を前記受光部で受光させ、
    該受光結果に基づいて、前記基板上のレジスト膜に対する露光量の分布を取得することを特徴とする請求項７に記載の露光量分布取得方法。
  9. 前記第１の反射部材により反射された光が前記基板に対して垂直ではない角度で入射するように当該第１の反射部材で反射させることを特徴とする請求項７または８に記載の露光量分布取得方法。
JP2016196342A 2016-10-04 2016-10-04 補助露光装置及び露光量分布取得方法 Pending JP2018060001A (ja)

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