JP4199754B2 - パターンの露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びこれを用いたパターンの露光方法に関する。

従来、ステップアンドリピート方式の投影露光装置やステップアンドスキャン方式の投影露光装置を用いてパターンを露光する際は、最適なフォーカス位置や露光光の光軸に対する基板の傾斜を測定する。フォーカス位置を測定するためのフォーカスセンサとしては、例えば、図４に示す斜入射方式のオートフォーカス計測系（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ計測系、以下「ＡＦ系」ともいう）が使われる。図４に示すＡＦ系は、光源２と、複数の長方形のスリットが開口された送光スリット４と、受光スリット８と、受光部１０とから構成される。受光スリット８の開口サイズは、送光スリット４の像が通過できる程度の大きさを有している。このＡＦ系は、投影露光装置の支持部１６の上に載置した基板１２上（より具体的には、後述する図５Ａに示す感光性被膜２０の表面）に、送光スリット４からのスリット像の結像光束(以下、「ＡＦ光」ともいう)１４を斜入射させ、基板１２上にスリット像３を結像させ、その反射光を受光部１０によって光電検出する計測系である。なお、スリット像３は、例えば長手方向の１辺が２ｍｍ程度の長方形である。

上記ＡＦ系では、基板１２上の露光領域の反りや凹凸を検出し、投影露光装置の縮小投影レンズの像面に感光性被膜２０（図５Ａ参照）の表面を合わせる（即ちフォーカスを合わせる）ための補正量を算出する。具体的には、送光スリット４に二次元に配列された多数のスリットが設けられており、各スリットを通過した各スリット像の光を光電検出原理によって受光部１０で計測する。そして、この計測結果から支持部１６の上下量（フォーカスオフセット）と支持部１６の傾斜量（レベリングオフセット）が決定され、これらの補正量に基づいて支持部１６を駆動する。なお、支持部１６の上下量を合わせる動作をフォーカシングといい、支持部１６の傾きを合わせる動作をレベリングという。

従来の露光装置を用いてパターンを露光する際、露光しようとするパターン像のフォーカスを合わす方法として、基板外周部においてオートフォーカスを行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

通常、半導体プロセスにおける露光工程では、半導体チップ数の収率向上のため、基板の外周部から一部が外れるパターンを露光している。図５Ｂに基板１２の外周部から外れるパターンを露光する例を示す。図５Ｂ中の５及び６は、投影露光装置による１露光（１ショット）の範囲を示すものであり、送光スリット４を通した場合には、図５Ｂに示すように複数のスリット像が感光性被膜２０上に投影される。１ショットの領域の大きさは、投影露光装置の性能にもよるが最大で２６ｍｍ×３３ｍｍ程度である。通常、レチクルには露光スループットを上昇させるために数個のチップパターンが周期的に設けられており、この数個のチップパターンを同時に感光性被膜２０上に露光する。従って、パターンの一部が基板１２の外周部から外れる領域（以下、「外れショット領域」という）６を露光しても、この外れショット領域６内には感光性被膜２０上に完全な１チップパターンが露光されうる。このように外れショット領域６についても露光することによって、半導体チップ数の収率向上を図っている。

このような外れショット領域６を露光するに先立ち、この位置でフォーカス調整を行う際は、基板１２から外れた部分において光源２から入射した光が反射しないため、スリット像の一部を受光部１０で計測することができなくなる。

この現象を、図５Ａ，Ｂを参照しながら説明する。図５Ａは、図４に示す投影露光装置の概略断面図である。外れショット領域６でフォーカス調整を行う際は、外れショット領域６にＡＦ光１４ａ，１４ｂ（図５Ａ参照）を斜入射させ、スリット像３ａ，３ｂ（図５Ｂ参照）を結像する。ここで、ＡＦ光１４ａの反射光は受光部１０で計測できるが、ＡＦ光１４ｂは反射しないため（図５Ａ参照）、ＡＦ光１４ｂの反射光は受光部１０で計測できない。即ち、ＡＦ光の一部の反射光が得られないため、フォーカシング及びレベリングの測定精度が低下し、パターン形成がうまくいかなくなる場合がある。

そこで、従来の投影露光装置を用いて外れショット領域６にパターンを露光する際は、外れショット領域６の近傍に配置された、外れるパターンが存在しない領域（以下、「完全ショット領域」という）５で調整したフォーカスに基づいて、外れショット領域６を露光する。例えば、基板１２の周辺に一定幅の禁止帯１３（図５Ｂ参照）を設定する。禁止帯１３では、露光する際に、この位置でフォーカス調整が行われない。そして、外れショット領域６にパターンを露光する際に、基板１２上の禁止帯１３より内側の位置、例えば完全ショット領域５でフォーカスを計測・調整し、その後に本来露光するショット位置である外れショット領域６にパターンを露光する。完全ショット領域５でフォーカスを計測する際は、ＡＦ光１４ａ，１４ｂの反射光の双方とも受光部１０で計測することができる。即ち、一部の反射光を受光できない外れショット領域６の代わりに完全ショット領域５のフォーカスを計測・調整し、そのフォーカスで外れショット領域６を露光する。
特開２０００−３１０５５号公報

しかしながら、上述した基板１２の外周部（例えば外れショット領域６）のフォーカス調整には、次の課題がある。基板１２の外周部では、感光性被膜２０の膜厚が大きく変動する場合が多く、このときＡＦ系によるフォーカス計測にずれが生じることがある。フォーカス合わせは感光性被膜２０の表面で行うため、外れショット領域６における感光性被膜２０の膜厚と完全ショット領域５における感光性被膜２０の膜厚とが異なると、外れショット領域６のベストフォーカスと完全ショット領域５のベストフォーカスとが異なる。このとき、完全ショット領域５のベストフォーカスで外れショット領域６を露光すると、フォーカスのずれによりパターン形成がうまくいかなくなる場合がある。例えば、基板１２の外周部における感光性被膜２０の膜厚と基板１２の中心における感光性被膜２０の膜厚との差は、約０．１μｍに達することがあり、最近の高解像度投影露光装置の焦点深度（ＤＯＦ）は０．６μｍ程度であるから、パターン形成はこのような不均一性の影響を受けることになる。

上記課題を解決するため、本発明は、基板の外周部におけるフォーカス調整を高精度に行うことができる露光装置及びこれを用いたパターンの露光方法を提供する。

本発明のパターンの露光方法は、感光性被膜が形成された基板を載置する支持部と、
前記支持部の周囲の一部のみに近接する平面部分を有し、前記支持部に載置された前記基板表面の略法線方向に沿って移動自在であるとともに、前記支持部の周囲に沿っても移動自在に設けられた可動部と、
前記支持部に載置されたときの前記基板の外周部上の前記感光性皮膜の表面と前記可動部の前記平面部分とに跨った領域に光を照射し、前記領域で反射した反射光を検出してフォーカス位置を測定するオートフォーカス計測系と、
前記検出された反射光に基づいて前記略法線方向における前記可動部の位置を調整する調整部とを含む露光装置を用いたパターンの露光方法であって、
前記支持部に載置された前記基板の外周部上の前記感光性被膜の表面と前記可動部の前記平面部分とに跨った領域に光を照射する工程（ａ）と、
前記照射した光のうち前記領域で反射した反射光に基づいて前記略法線方向における前記可動部の位置を調整した後、前記領域に投影されるべきパターンのフォーカスを調整する工程（ｂ）と、
前記フォーカスを調整した後、前記領域に前記パターンを露光する工程（ｃ）とを含む第１の露光工程を行い、
前記第１の露光工程の後、前記平面部分を前記可動部とともに前記支持部の周囲に沿って移動させ、
前記平面部分の移動の後、前記工程（ａ）、前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）を含む第２の露光工程を行うことを特徴とする。

本発明の露光装置及びパターンの露光方法によれば、基板の外周部において感光性被膜の膜厚が大きく変動した場合でも、ＡＦ系によるフォーカス計測を高精度に行うことができる。よって、安定したパターン形成が可能となる。

本発明の露光装置は、基板上の感光性被膜に光を斜入射させ、その反射光を検出してフォーカス位置を測定するＡＦ系を有する。基板は特に限定されないが、例えば、半導体チップの製造工程で一般に使用されるウエーハ等であればよい。感光性被膜についても特に限定されず、例えば半導体チップの製造工程で一般に使用されるフォトレジスト等であればよい。

そして、本発明の露光装置は、上記基板を載置する支持部と、この支持部の周囲に近接し、かつこの支持部に載置された上記基板表面の略法線方向に沿って移動自在に設けられた、平面を有する可動部と、上記基板の外周部上の上記感光性被膜の表面と上記可動部の上記平面とに跨った領域に光を照射できる光源と、この光源から照射された光のうち上記領域の少なくとも一部で反射した反射光を受光して、この反射光の強度を測定する受光部と、上記反射光の強度に基づいて上記略法線方向における上記可動部の位置を調整する調整部とを含む。

上記支持部は特に限定されないが、例えば慣用のウエーハステージ等が使用できる。上記可動部に設けられた平面は、その表面が上記光源から照射された光を反射することができればよい。例えばその表面が、金属材料やシリコン等で形成されていればよい。また、上記可動部と上記支持部との間隔は、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度であればよい。上記光源及び上記受光部は、例えば一般の投影露光装置に設けられたＡＦ系で使用されるものと同様のものが使用できる。上記光源から発せられる光の波長は、例えば５３０〜８００ｎｍ程度であればよい。なお、上記光源は、上記領域以外に、上記基板の外周部より内側に形成された上記感光性被膜の表面（以下、「中央部」ともいう）に対しても光を照射することができる光源であってもよい。この場合、上述した完全ショット領域及び外れショット領域のいずれの位置においてもフォーカス計測が可能となる。また、本発明の露光装置は、上記領域に光を照射する第１の光源と、中央部に光を照射する第２の光源とを有していてもよい。上記受光部についても同様である。

上記調整部は、上記受光部で測定された反射光の強度に基づいて、例えば上記反射光の強度が最も強くなるように上記略法線方向における上記可動部の位置を調整する。上記調整部としては、例えば、上記可動部を上記略法線方向に沿って駆動する駆動装置と、上記可動部の位置を制御する制御装置（例えば演算装置が組み込まれた制御装置）とを含む調整部が使用できる。これにより、上述した外れショット領域でフォーカス計測した場合でも、上記受光部で受光される上記反射光の光量の低下を防止できるため、フォーカシングやレベリングの測定精度の低下を防止できる。即ち、本発明の露光装置によれば、上記基板の外周部において上記感光性被膜の膜厚が大きく変動した場合でも、ＡＦ系によるフォーカス計測を高精度に行うことができるため、安定したパターン形成が可能となる。通常、上記調整部によって上記反射光の強度が最も強くなるように上記可動部の位置を調整すると、上記基板の外周部上の上記感光性被膜の表面と上記可動部の上記平面とが略面一になる。この場合、外れショット領域で上記光源からの光が基板の外側に照射されても、上記可動部の上記平面で反射するため、上記受光部で受光される上記反射光の光量を、例えば完全ショット領域でフォーカス計測した場合と同程度にすることができる。

次に、本発明のパターンの露光方法について説明する。なお、本発明のパターンの露光方法は、上述した本発明の露光装置を用いたパターンの露光方法である。よって、以下の説明において、上述した本発明の露光装置の説明と重複する内容は省略する場合がある。

本発明のパターンの露光方法は、上記基板の外周部上の上記感光性被膜の表面と上記可動部の上記平面とに跨った領域に光を照射する工程と、上記照射した光のうち上記領域の少なくとも一部で反射した反射光の強度を測定する工程と、上記反射光の強度に基づいて、例えば上記反射光の強度が最も強くなるように上記略法線方向における上記可動部の位置を調整した後、上記領域に投影されるべきパターンのフォーカスを調整する工程と、上記フォーカスを調整した後、上記領域に上記パターンを露光する工程とを含む。上記工程のうち、パターンのフォーカスを調整する工程及びパターンを露光する工程については特に限定されず、例えば従来のパターンの露光方法で行われる工程と同様であればよい。

本発明のパターンの露光方法によれば、上述したように、外れショット領域でフォーカス計測した場合でも受光される上記反射光の光量の低下を防止できるため、フォーカシングやレベリングの測定精度の低下を防止できる。即ち、本発明のパターンの露光方法によれば、上記基板の外周部において上記感光性被膜の膜厚が大きく変動した場合でも、ＡＦ系によるフォーカス計測を高精度に行うことができるため、安定したパターン形成が可能となる。通常、上記反射光の強度が最も強くなるように上記可動部の位置を調整すると、上記基板の外周部上の上記感光性被膜の表面と上記可動部の上記平面とが略面一になる。この場合、上述したように、受光される上記反射光の光量を、例えば完全ショット領域でフォーカス計測した場合と同程度にすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、参照する図面においては、説明を分かりやすくするためにハッチングを省略している場合がある。また、参照する図面において、背景技術で説明した図４，５と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る露光装置について図面を参照して説明する。参照する図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略断面図である。また、参照する図１Ｂは、図１Ａの露光装置を用いてパターンを露光する際のショット領域を示す平面図である。

図１Ａに示すように、第１実施形態に係る露光装置１は、基板１２上の感光性被膜２０に光を斜入射させ、その反射光を検出してフォーカス位置を測定するオートフォーカス計測系を有する。上記オートフォーカス計測系は、光源２と、送光スリット４と、受光スリット８と、受光部１０とを有する。更に、露光装置１は、基板１２を載置する支持部１６と、支持部１６の周囲に近接し、かつ支持部１６に載置された基板１２の表面の略法線方向に沿って移動自在に設けられた、平面２１ａを有する可動部２１と、可動部２１の位置を調整する調整部２２とを含む。

光源２は、基板１２の外周部上の感光性被膜２０の表面と可動部２１の平面２１ａとに跨った領域に光を照射することができる。また、受光部１０は、光源２から照射された光のうち上記領域の少なくとも一部で反射した反射光を受光して、この反射光の強度を測定する。そして、調整部２２は、上記反射光の強度に基づいて上記略法線方向における可動部２１の位置を調整する。

例えば調整部２２は、後述するように上記反射光の強度が最も強くなるように可動部２１の位置を調整する。調整部２２により可動部２１の位置を調整した結果、基板１２の外周部上の感光性被膜２０の表面と可動部２１の平面２１ａとが略面一になった場合において、図１Ｂに示す外れショット領域６でフォーカス調整を行う際は、外れショット領域６にＡＦ光１４ａ，１４ｂ（図１Ａ参照）を斜入射させ、スリット像３ａ，３ｂ（図１Ｂ参照）を結像する。この場合、ＡＦ光１４ａの反射光は、図１Ａに示すように感光性被膜２０で反射され受光部１０で受光される。一方、ＡＦ光１４ｂの反射光は、図１Ａに示すように可動部２１の平面２１ａで反射され受光部１０で受光される。これにより、図１Ｂに示す外れショット領域６でフォーカス計測した場合でも、受光部１０で受光される上記反射光の光量の低下を防止できるため、フォーカシングやレベリングの測定精度の低下を防止できる。即ち、露光装置１によれば、外れショット領域６で直接フォーカス計測することができるため、基板１２の外周部において感光性被膜２０の膜厚が大きく変動した場合でも、フォーカス計測を高精度に行うことができる。従って、外れショット領域６でパターン形成する際、例えば完全ショット領域５（図１Ｂ参照）と同程度に安定したパターン形成が可能となる。

また、図１Ｂに示すように、可動部２１は支持部１６（図１Ａ参照）の周囲を連続的に取り囲む形状（リング状）に形成されている。これにより、基板１２の外周部の全周に亘って外れショット領域のフォーカス計測を高精度に行うことができる。なお、可動部２１の平面２１ａの幅Ｗ（図１Ｂ参照）は、例えば５〜４０ｍｍ程度である。

次に、上述した第１実施形態に係る露光装置１を用いたパターンの露光方法について図面を参照して説明する。参照する図２Ａ〜Ｃは、上記パターンの露光方法の一部を説明するための工程図である。なお、図２Ａ〜Ｃにおいて、図１Ａ，Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

まず、図２Ａに示すように、基板１２の外周部上の感光性被膜２０の表面と可動部２１の平面２１ａとに跨った領域に、光源２からＡＦ光１４ａ，１４ｂを照射する。そして、照射したＡＦ光１４ａ，１４ｂのうち上記領域の少なくとも一部で反射した反射光の強度を受光部１０により測定する。この段階で、図２Ａに示すように可動部２１の平面２１ａが感光性被膜２０の表面より図２Ａ中下方に配置されていると、受光部１０はＡＦ光１４ｂの反射光を受光できない。

次に、調整部２２によって可動部２１を図２Ａ中上方に移動させた後、図２Ｂに示すように上記領域に光源２からＡＦ光１４ａ，１４ｂを照射する。そして、照射したＡＦ光１４ａ，１４ｂのうち上記領域の少なくとも一部で反射した反射光の強度を受光部１０により測定する。この段階で、図２Ｂに示すように感光性被膜２０の表面と可動部２１の平面２１ａとが略面一になっていると、受光部１０はＡＦ光１４ａ，１４ｂのいずれの反射光についても受光できる。

次に、調整部２２によって可動部２１を図２Ｂ中上方に更に移動させた後、図２Ｃに示すように上記領域に光源２からＡＦ光１４ａ，１４ｂを照射する。そして、照射したＡＦ光１４ａ，１４ｂのうち上記領域の少なくとも一部で反射した反射光の強度を受光部１０により測定する。この段階で、図２Ｃに示すように可動部２１の平面２１ａが感光性被膜２０の表面より図２Ｃ中上方に配置されていると、受光部１０はＡＦ光１４ｂの反射光を受光できない。

上述のように、段階的に可動部２１を基板１２の表面の略法線方向に沿って移動させながら、上記領域の少なくとも一部で反射した反射光の強度を受光部１０により測定した後、例えば調整部２２に組み込まれた演算装置（図示せず）を用いて上記反射光の強度が最も強くなる位置（例えば図２Ｂの位置）を決定し、その位置まで可動部２１を移動させる。その後、図示はしないが、上記領域に投影されるべきパターンのフォーカスを調整し、上記領域に上記パターンを露光する。これにより、基板１２の外周部において感光性被膜２０の膜厚が大きく変動した場合でも、安定したパターン形成が可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置について図面を参照して説明する。参照する図３Ａは、本発明の第２実施形態に係る露光装置の概略断面図である。また、参照する図３Ｂは、図３Ａの露光装置を用いてパターンを露光する際のショット領域を示す平面図である。なお、図３Ａ，Ｂにおいて、図１Ａ，Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

図３Ａ，Ｂに示すように、第２実施形態に係る露光装置１１は上述した第１実施形態に係る露光装置１（図１Ａ，Ｂ参照）に対し、可動部の形状のみが異なる。図３Ｂに示すように、第２実施形態に係る露光装置１１に設けられた可動部３０は、第１実施形態に係る露光装置１に設けられた可動部２１の一部を切り取った形状に形成されており、支持部１６（図３Ａ参照）の周囲の一部に近接している。そして、この可動部３０は、支持部１６の周囲に沿って移動自在に設けられている。なお、可動部３０を支持部１６の周囲に沿って移動させる場合は、例えば調整部２２に組み込まれた駆動装置（図示せず）により行うことができる。その他の構成は、上述した第１実施形態に係る露光装置１と同様である。よって、露光装置１１によれば、露光装置１と同様に、基板１２の外周部において感光性被膜２０の膜厚が大きく変動した場合でもＡＦ系によるフォーカス計測を高精度に行うことができるため、外れショット領域６（図３Ｂ参照）でパターン形成する際、例えば完全ショット領域５（図３Ｂ参照）と同程度に安定したパターン形成が可能となる。

また、外れショット領域６で露光した後、図３Ｂに示す外れショット領域７でフォーカス計測する場合は、可動部３０を支持部１６の周囲に沿って外れショット領域７の位置に近接する箇所（図中破線で示す箇所）まで移動させる。そして、第１実施形態に係る露光装置１の場合と同様に可動部３０の位置を調整した後（図２Ａ〜Ｃ参照）、フォーカス計測する。第２実施形態に係る露光装置１１の場合は、基板１２の外周部上の複数の外れショット領域でフォーカス計測する際、いずれの外れショット領域においても、可動部３０の反射面である平面３０ａが同一であるため、平面３０ａの表面状態に起因するフォーカス精度のバラツキを防止できる。なお、平面３０ａの大きさは、ショット領域の大きさに応じて適宜設定すればよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では可動部と調整部とが分離した構成の露光装置について例示したが、可動部と調整部とが一体的に形成されていてもよい。

本発明は、基板の外周部におけるフォーカス調整に関して高い精度が要求される露光装置及びパターンの露光方法として有用である。

Ａは本発明の第１実施形態に係る露光装置の概略断面図であり、ＢはＡの露光装置を用いてパターンを露光する際のショット領域を示す平面図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の第１実施形態に係る露光装置を用いたパターンの露光方法の一部を説明するための工程図である。 Ａは本発明の第２実施形態に係る露光装置の概略断面図であり、ＢはＡの露光装置を用いてパターンを露光する際のショット領域を示す平面図である。 従来の投影露光装置におけるオートフォーカス計測系を説明するための概念図である。 Ａは図４に示す投影露光装置の概略断面図であり、ＢはＡの投影露光装置を用いてパターンを露光する際のショット領域を示す平面図である。

符号の説明

１，１１ 露光装置
２ 光源
３，３ａ，３ｂ スリット像
４ 送光スリット
５ 完全ショット領域
６，７ 外れショット領域
８ 受光スリット
１０ 受光部
１２ 基板
１４，１４ａ，１４ｂ ＡＦ光
１６ 支持部
２０ 感光性被膜
２１，３０ 可動部
２１ａ，３０ａ 平面
２２ 調整部

Claims (2)

1. 感光性被膜が形成された基板を載置する支持部と、
   前記支持部の周囲の一部のみに近接する平面部分を有し、前記支持部に載置された前記基板表面の略法線方向に沿って移動自在であるとともに、前記支持部の周囲に沿っても移動自在に設けられた可動部と、
   前記支持部に載置されたときの前記基板の外周部上の前記感光性皮膜の表面と前記可動部の前記平面部分とに跨った領域に光を照射し、前記領域で反射した反射光を検出してフォーカス位置を測定するオートフォーカス計測系と、
   前記検出された反射光に基づいて前記略法線方向における前記可動部の位置を調整する調整部とを含む露光装置を用いたパターンの露光方法であって、
   前記支持部に載置された前記基板の外周部上の前記感光性被膜の表面と前記可動部の前記平面部分とに跨った領域に光を照射する工程（ａ）と、
   前記照射した光のうち前記領域で反射した反射光に基づいて前記略法線方向における前記可動部の位置を調整した後、前記領域に投影されるべきパターンのフォーカスを調整する工程（ｂ）と、
   前記フォーカスを調整した後、前記領域に前記パターンを露光する工程（ｃ）とを含む第１の露光工程を行い、
   前記第１の露光工程の後、前記平面部分を前記可動部とともに前記支持部の周囲に沿って移動させ、
   前記平面部分の移動の後、前記工程（ａ）、前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）を含む第２の露光工程を行うことを特徴とするパターンの露光方法。
2. 前記オートフォーカス計測系は、前記領域に前記光を斜入射させるものであり、
   前記調整部は、前記可動部の略法線方向における位置を調整する際、前記反射光の強度が最も強くなるように調整することを特徴とする請求項１に記載のパターンの露光方法。

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