JP5406510B2 - 走査露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、走査露光装置および該走査露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

走査露光装置では、一般的に、露光期間における走査速度は一定である。これは主に次の２つの理由からである。１つは、基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート）の露光レートが一定の場合において、基板の露光量を一定とするためである。もう１つは、一定速度（即ち、加速度がゼロ）の状態であれば、ステージの駆動による走査露光装置の振動が少ないためである。

近年、露光装置には高解像度と高生産性とが同時に求められている。このような要求に対する１つの解として、特許文献１には、走査速度が一定の期間のみでなく加速および減速の期間においても基板を露光する方式が開示されている。この方式では、露光時の走査速度に応じて露光レートを調整することで、露光ムラを生じることなく加速減速時の露光を可能とし、即ちスループット向上を可能にしている。

特許文献２には、マスクステージの駆動によって生じる投影光学系の姿勢誤差、偏心、振動、またはマスクステージのピッチングによる像ずれを補正するために、露光時に走査位置および加速度に応じて補正を行なうことが開示されている。
特開平７−１３５１５８号公報 特開平９−１９９３８６号公報

スループットを向上させる上では、原版ステージおよび基板ステージの速度が一定速度に制御されている期間のほか原版ステージおよび基板ステージの速度が変化している期間においても基板を走査露光する方式が有利である。

しかしながら、原版ステージおよび基板ステージの速度変化によって引き起こされる原版ステージおよび基板ステージの変形を無視することはできない。原版ステージおよび基板ステージの変形によって原版および基板が変形するので、これによって基板ステージ上の基板に転写される像も歪む。

なお、特許文献２には、原版ステージおよび基板ステージの変形に起因して基板に転写される像に生じる歪みを補正することについては、開示も示唆もされていない。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、基板に転写される像の品質を維持しつつスループットを向上させることを目的とする。

本発明の第１の側面は、原版を保持する原版ステージと、基板を保持する基板ステージと、原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、前記原版ステージおよび前記基板ステージの速度が一定速度に制御されている期間のほか前記原版ステージおよび前記基板ステージの速度が変化している期間においても基板を走査露光する走査露光装置に係り、前記走査露光装置は、前記原版ステージの速度変化による前記原版ステージの変形および前記基板ステージの速度変化による前記基板ステージの変形の少なくとも１つに起因して基板に転写される像に生じる歪みが補正されるように、前記基板ステージの現在位置における加速度によって定まる補正値に従って走査露光を制御する制御部を備える。

本発明の第２の側面は、デバイスを製造するデバイス製造方法に係り、前記デバイス製造方法は、上記の走査露光装置を用いて基板を露光する工程と、該基板を現像する工程とを含む。

本発明によれば、例えば、基板に転写される像の品質を維持しつつスループットを向上させることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の走査露光装置の概略構成を示す図である。走査露光装置ＥＸ１は、照明系ＩＬと、原版ステージ駆動機構１１と、投影光学系７と、基板ステージ駆動機構１２と、測定部１３、１４と、制御部１５とを備えている。照明系ＩＬは、例えば、光源１と、前段照明光学系３と、開口絞り４と、後段照明光学系５とを含む。原版ステージ駆動機構１１は、原版６を保持した原版ステージ９を駆動する。投影光学系７は、原版６のパターンの像を基板ステージ１０によって保持された基板８に投影する。

基板ステージ駆動機構１２は、基板ステージ１０を駆動する。測定部（例えば、レーザ干渉計）１３は、原版ステージ９の位置、回転および傾きを測定する。測定部（例えば、レーザ干渉計）１４は、基板ステージ１０の位置、回転および傾きを測定する。制御部１５は、照明系ＩＬ、測定部１３、原版ステージ駆動機構１１、投影光学系７、基板ステージ駆動機構１２および測定部１４を制御する。

光源１から射出された光束２は、前段照明光学系３、開口絞り４および後段照明光学系５を介して原版６に入射し原版６を照明する。原版６のパターンは、投影光学系７によって基板８に投影され、これにより基板８が露光される。基板８には、レジスト（感光材料）が塗布されていて、露光によってレジストに潜像が形成される。この潜像は、現像工程を経て物理的なパターン、即ちレジストパターンとなる。この明細書では、基板８に塗布されたレジストに潜像が形成されることを像或いはパターンが転写されると表現する。

基板８の露光時は、投影光学系７に対して原版６および基板８が走査される。原版６の走査は、制御部１５による制御の下で、測定部１３によって原版ステージ９の位置を測定しながらその測定結果に基づいて原版ステージ駆動機構１１によって原版ステージ９を駆動することによってなされる。基板８の走査は、制御部１５による制御の下で、測定部１４によって基板ステージ１０の位置を測定しながらその測定結果に基づいて基板ステージ駆動機構１２によって基板ステージ１０を駆動することによってなされる。

走査露光装置ＥＸ１は、原版ステージ９および基板ステージ１０の速度が一定速度に制御されている期間のほか原版ステージ９および基板ステージ１０の速度が変化している期間においても基板８を走査露光するように構成されている。

図２は、走査露光における基板ステージ１０の加速度、走査速度および位置を例示する図である。なお、基板ステージ１０と原版ステージ９とは同期走査されるので、原版ステージ９の加速度、走査速度および位置は、縦軸の値が異なるほかは図２と同様である。

ｔ_ｕｐ区間では、基板８は露光されず、基板ステージ１０は最大加速度（ａ_ｍａｘ）で加速される。そして、ｔ_ｅｘ１、ｔ_ｅｘ２、ｔ_ｅｘ３区間において基板８が露光される。ｔ_ｄｏｗｎ区間では、基板８は露光されず、基板ステージ１０は、負の最大加速度（ａ_ｍｉｎ）で減速される。即ち、この実施形態では、走査露光区間において、基板ステージ１０加速度がａ_ｍａｘからａ_ｍｉｎに変化する。

図３は、基板８とそれを保持した基板ステージ１０を上方から見た模式図である。基板８および基板ステージ１０は、ｙ方向に沿って走査される。図３中のａは、速度変化がない状態（ｔ_ｅｘ２区間）における基板８および基板ステージ１０を示している。図３中のｂは、速度変化がある状態（加速度がゼロ以外の状態）の一例として＋ｙ方向に最大加速度で駆動されている状態（ｔ_ｅｘ１区間の開始時刻）における基板８および基板ステージ１０を示している。速度変化がない状態において長方形の頂点をなすＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２の座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ１，ｙ２）、（ｘ２，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）は、加速度に応じて変化する。つまり、基板ステージ１０は、加速度に応じて変形する。同様に原版ステージ９も加速度に応じて変形する。

傾向としては、ｘ座標が基板ステージ１０の中心に近い２つの点Ｐ１１（ｘ１，ｙ１）、Ｐ１２（ｘ１，ｙ２）は変位量（元の位置からの変位量）が小さい。一方、ｘ座標が基板ステージ１０の中心から遠い２つの点Ｐ２１（ｘ２，ｙ１）、Ｐ２２（ｘ２，ｙ２）は変位量が大きい。更に、２点のｙ座標の違いに着目すると、＋ｙ側にある点Ｐ２１（ｘ２，ｙ１）は−ｘ方向に変位し、−ｙ側の点Ｐ２２（ｘ２，ｙ２）は＋ｘ方向に変位している。

なお、図示されていないが、基板ステージ１０および原版ステージ９の変形により、基板ステージ１０および原版ステージ９の各部分は、ｘおよびｙ方向のみならず、ｚ方向、回転方向、傾き方向についても変位しうる。

原版ステージ９、基板ステージ１０の変形は、測定部１３、１４としてのレーザ干渉計の測定対象面である移動鏡の変形をももたらし、位置、回転、傾きについての測定誤差を生じさせる。

走査露光時に速度変化（正または負の加速度）によって基板ステージ１０が変形すると、それによって基板８が変形しうる。また、走査露光時に速度変化によって原版ステージ９が変形すると、それによって原版６が変形しうる。よって、原版ステージ９の速度変化による原版６の変形および基板ステージ１０の速度変化による基板８の変形の少なくとも１つに起因して、基板８に転写される像に歪みが生じうる。原版６の歪みは、投影光学系７によって基板８に投影される像自体に歪みを生じさせる。基板８の変形は、投影光学系７によって基板８に投影される像自体には変形を生じさせないが、加速度がゼロになって基板８の変形が解消された状態において転写されている像（形成されている潜像）に歪みを生じさせる。

図４は、図３に示す点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２における基板の変形を例示する図である。点線は、基板が変形していない場合（加速度がゼロの場合）におけるスリット光で露光されるべき露光対象領域であり、実線は、基板が変形した場合（加速度がゼロ以外の場合）における露光対象領域を模式的に示している。点Ｐ１１では基板が縮小する方向に変形しているために、露光対象領域よりも広い領域がスリット光で露光される。基板が停止して基板の変形が解消された状態では、目的とする像よりも大きい像が基板に転写されていることになる。

基板ステージ１０の変形量およびそれに依存する基板８の変形量は、例えば、シミュレーションによって計算することができる。まず、基板ステージ１０およびそれによって保持される基板８を機械変形シミュレーション上でモデル化し、基板ステージ１０に加速度を与えた時の基板ステージ１０および基板８の評価対象点の変位量を計算する。基板ステージ１０の回転や傾きを移動鏡（レーザ干渉計による測定対象面）の２点の測定値に基づいて計算するシステムにおいては、該移動鏡の変形による回転および傾き誤差も合わせて計算する。同様の計算を加速度を変えて行なえば、基板ステージ１０および基板８の評価対象点の変位量を加速度の関数として求めることができる。

以上の計算結果に基づいて、基板ステージ１０の座標ｘ、ｙと加速度Ａの関数として、測定誤差（ｅ_ｘ：ｘ向における誤差、ｅ_ｙ：ｙ方向における誤差、ｅ_ｚ：ｚ方向の誤差、ｅ_ｙａｗ：回転誤差、ｅ_{ｐｉｔｃｈ}：傾き誤差）を（１）式に従って求めることができる。なお、走査露光装置における基板ステージの走査方向をｙ方向とすると、加速度Ａは、ｙの２階微分（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）で与えられる。制御部１５は、基板ステージ１０の位置（ｘ、ｙ）および加速度Ａに基づいて決定される測定誤差ｅ_ｘ、ｅ_ｙ、ｅ_ｚ、ｅ_ｙａｗ、ｅ_{ｐｉｔｃｈ}を補正値として基板ステージ１０の位置、回転および傾きを制御する。これによって、基板ステージ１０の速度変化による基板ステージ１０の変形に起因する基板８に転写される像の歪みを補正することができる。なお、基板ステージの位置（ｘ、ｙ）に対する補正値の敏感度が許容値よりも小さい場合には、補正値を加速度Ａのみの関数として与えてもよい。また、基板ステージ１０の加速度と原版ステージ９の加速度とは、投影光学系７の投影倍率に従う比例関係にあるので、基板ステージ１０の加速度Ａの関数は、原版ステージ９の加速度の関数であると考えることもできる。

ｅ_ｘ＝ｆ_ｘ（ｘ，ｙ，Ａ）
ｅ_ｙ＝ｆ_ｙ（ｘ，ｙ，Ａ）
ｅ_ｚ＝ｆ_ｚ（ｘ，ｙ，Ａ）
ｅ_ｙａｗ＝ｆ_ｘ（ｘ，ｙ，Ａ）
ｅ_{ｐｉｔｃｈ}＝ｆ_ｘ（ｘ，ｙ，Ａ）
・・・（１）式
ｘ方向における加速度も考慮すべき場合には、（１）式に代えて（２）式を用いればよい。なお、ｘ”＝ｄ^２ｘ／ｄｔ^２、ｙ”＝ｄ^２ｙ／ｄｔ^２である。

ｅ_ｘ＝ｆ_ｘ（ｘ，ｙ，ｘ”，ｙ”）
ｅ_ｙ＝ｆ_ｙ（ｘ，ｙ，ｘ”，ｙ”）
ｅ_ｚ＝ｆ_ｚ（ｘ，ｙ，ｘ”，ｙ”）
ｅ_ｙａｗ＝ｆ_ｘ（ｘ，ｙ，ｘ”，ｙ”）
ｅ_{ｐｉｔｃｈ}＝ｆ_ｘ（ｘ，ｙ，ｘ”，ｙ”）
・・・（２）式
更に、原版ステージ９の変形によって生じる基板８に転写される像の歪みも考慮して測定誤差ｅ_ｘ、ｅ_ｙ、ｅ_ｚ、ｅ_ｙａｗ、ｅ_{ｐｉｔｃｈ}を修正してもよい。制御部１５は、基板ステージ１０の位置（ｘ、ｙ）および加速度Ａに基づいて決定される当該修正された測定誤差ｅ_ｘ、ｅ_ｙ、ｅ_ｚ、ｅ_ｙａｗ、ｅ_{ｐｉｔｃｈ}を補正値として基板ステージ１０の位置、回転および傾きを制御することができる。これによって、原版ステージ９の速度変化による原版ステージ９の変形および基板ステージ１０の速度変化による基板ステージ１０の変形に起因する基板８に転写される像の歪みを補正することができる。

図５は、本発明の第１実施形態の走査露光装置ＥＸ１における基板ステージ制御システムの構成を示す図である。なお、図５では、説明の簡単化のために基板ステージ１０のｘ方向の位置ｘおよびｙ方向の位置ｙの制御についてのみ示されているが、典型的には、基板ステージ１０は、ｚ方向の位置ｚ、ｚ軸周りの回転ｙａｗ、ｘ軸周りの回転ｐｉｔｃｈについても制御されうる。

図５に示す例では、制御部１５は、目標値生成部１６、演算器１７、駆動指令部１８、補正部１９および２階微分器２０を含みうる。目標値生成部１６は、目標値として基板ステージ１０のｘ方向の目標位置ｒ_ｘ、およびｙ方向の目標位置ｒ_ｙを生成する。演算器１７は、目標位置ｒ_ｘ、ｒ_ｙと現在位置ｘ、ｙとの偏差を演算するほか、当該偏差を補正値ｅ_ｘ、ｅ_ｙで修正して、当該修正された偏差を駆動指令部１８に供給する。駆動指令部１８は、当該修正された偏差に従って駆動指令を生成しそれを基板ステージ駆動機構１２に送る。基板ステージ駆動機構１２は、基板ステージ駆動機構１２から受けた駆動指令に従って基板ステージ１０を駆動する。

測定部１４は、基板ステージ１０の現在位置ｘ、ｙを測定し、演算器１７、補正部１９および２階微分器２０に供給する。２階微分器２０は、現在位置ｙ（走査方向に直交するｘ方向における加速度も考慮する場合には、現在位置ｘおよびｙの双方）を２階微分して加速度Ａ（ここでは、ｙ”）を出力する。補正部１９は、（１）式に従って補正値ｅ_ｘ、ｅ_ｙを演算し、それらを演算器１７に供給する。

以上のように、基板ステージ１０の加速度に応じて基板に転写される像の歪みを補正することによって、基板ステージ１０に速度変化があるときであっても走査露光をし、良好な像を基板に転写することができる。これにより、基板に転写される像の品質を維持しながらスループットを向上させることができる。

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態の走査露光装置の概略構成を示す図である。なお、この実施形態として言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。

前述のように、基板ステージ１０の変形によって基板８が変形し、これは、基板８の変形が解消されたときに、転写された像に歪みを生じさせる。また、原版ステージ９の変形によって原版６が変形し、これは、投影光学系７によって基板８に投影される像自体に歪みを生じさせる。

上記のようにして生じる基板８に形成される像の歪みは、基板８の面内における位置（別の観点では、基板ステージ１０の位置）に応じて異なりうる。

投影光学系７によって基板８に投影される像の歪みは、投影光学系７の収差を制御することによって補正されうる。よって、制御部１５は、投影光学系７に含まれる光学素子７１を駆動することによって基板８に投影される像の歪みを制御し、これによって基板８に最終的に転写される像の歪みを補正する。制御部１５はまた、原版６を照明する光の波長（光源１が発生する光の波長）を制御することによって、基板８に最終的に転写される像の歪みを補正する。

基板８に投影される像の歪みは、例えば、露光中心からの距離の１乗に比例する成分、３乗に比例する成分等の様々な成分に分解することができる。制御部１５は、このような成分を前述のように光学素子７１を駆動すること、および、原版６を照明する光の波長を制御することの少なくとも一方によって制御することによって、基板８に最終的に転写される像の歪みを補正する。

以下、具体例を説明する。走査露光において、スリット形状に整形された露光光が入射する領域の中心座標を（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）とする。当該領域の露光中における基板ステージ１０の加速度をＡとする。この露光によって基板８に形成される像の歪みをＤ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，Ａ）とする。Ｄ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，Ａ）は、（３）式に示すように、成分Ｄ_１、Ｄ_２、・・・、Ｄ_ｎに分解することができる。制御部１５は、成分Ｄ_１、Ｄ_２、・・・、Ｄ_ｎを補正値として、光学素子７１の駆動、および、原版６を照明する光の波長の制御の少なくとも一方によって基板に投影される像を光学的に制御して基板８に最終的に転写される像の歪みを補正する。

Ｄ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，Ａ）＝Ｄ_１（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，Ａ）＋Ｄ_２（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，Ａ）＋・・・＋Ｄ_ｎ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，Ａ） ・・・（３）式
ここで、中心座標（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）と基板ステージ１０の位置（ｘ、ｙ）との間には、（４）式に示す関係がある。なお、α、βは定数である。

（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）＝（ｘ＋α、ｙ＋β） ・・・（４）式
よって、（３）式は、基板ステージ１０の位置（ｘ、ｙ）および加速度Ａの関数であると考えることができる。なお、基板ステージの位置（ｘ、ｙ）に対する補正値の敏感度が許容値よりも小さい場合には、補正値を加速度Ａのみの関数として与えてもよい。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態の走査露光装置の概略構成を示す図である。なお、この実施形態として言及しない事項については、第１または第２実施形態に従いうる。本発明の第３実施形態の露光装置ＥＸ３は、ミラープロジェクション方式の走査露光装置である。前述のような像の歪みの補正は、ミラープロジェクション方式の走査露光装置にも適用することができる。

照明光学系５２は、光束５１によって原版５３を照明する。原版５３のパターンの像は、投影光学系であるミラー光学系５５を介して基板５６に投影される。これによって基板５６に像が形成される。原版５３は、原版ステージ５４によって保持され、基板５６は、基板ステージ５７に保持されていて、同期して走査される。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の走査露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

本発明の第１実施形態の走査露光装置の概略構成を示す図である。 走査露光における基板ステージの加速度、走査速度および位置を例示する図である。 基板とそれを保持した基板ステージを上方から見た模式図である。 図３に示す点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２における基板の変形を例示する図である。 本発明の第１実施形態の走査露光装置における基板ステージ制御システムの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態の走査露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態の走査露光装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 光源
３ 前段照明光学系
４ 開口絞り
５ 後段照明光学系
６ 原版
７ 投影光学系
８ 基板
９ 原版ステージ
１０ 基板ステージ
１１ 原版ステージ駆動機構
１２ 基板ステージ駆動機構
１３、１４ 測定部
１５ 制御部
５２ 照明光学系
５３ 原版
５４ 原版ステージ
５５ ミラー光学系
５６ 基板
５７ 基板ステージ

Claims (10)

1. 原版を保持する原版ステージと、基板を保持する基板ステージと、原版のパターンを基板に投影する投影光学系とを有し、前記原版ステージおよび前記基板ステージの速度が一定速度に制御されている期間のほか前記原版ステージおよび前記基板ステージの速度が変化している期間においても基板を走査露光する走査露光装置であって、
   前記原版ステージの速度変化による前記原版ステージの変形および前記基板ステージの速度変化による前記基板ステージの変形の少なくとも１つに起因して基板に転写される像に生じる歪みが補正されるように、前記基板ステージの現在位置における加速度によって定まる補正値に従って走査露光を制御する制御部を備えることを特徴とする走査露光装置。
2. 前記制御部は、前記投影光学系によって基板に投影される像の歪みを前記補正値に従って光学的に制御することによって基板に形成される像を補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
3. 前記制御部は、前記投影光学系に含まれる光学素子を駆動することによって基板に投影される像の歪みを光学的に制御する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の走査露光装置。
4. 前記制御部は、原版を照明する光の波長を制御することによって基板に投影される像の歪みを光学的に制御する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の走査露光装置。
5. 前記補正値は、前記基板ステージの加速度のほか、前記基板ステージの位置によって定まる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の走査露光装置。
6. 前記制御部は、前記基板ステージの目標位置を前記補正値に従って修正することによって基板に転写される像の歪みを補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査露光装置。
7. 前記補正値は、前記基板ステージの加速度のほか、前記基板ステージの位置によって定まる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の走査露光装置。
8. 前記制御部は、前記基板ステージの現在位置における加速度の検出結果に基づいて前記補正値を決定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の走査露光装置。
9. 前記走査露光装置は、前記基板ステージの現在位置を測定する測定部を更に備え、
   前記制御部は、前記測定部によって測定された前記基板ステージの現在位置に基づいて前記基板ステージの現在位置における加速度を求める２階微分器を含み、前記２階微分器の出力に基づいて前記補正値を決定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の走査露光装置。
10. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
    請求項１乃至９いずれか１項に記載の走査露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    該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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