JP2006013310A - 露光方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、走査型露光装置において露光処理前の装置検査時間を増加させることなく、レチクルパターン面測定を行うことを目的とする。
【解決手段】 レチクルに形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に走査露光する走査露光方法において、レチクルステージ及び基板ステージを露光時と同じステージ駆動状態で走査させる他の検査工程と並行してレチクルパターン面測定を行うことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体素子、又は液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程でレチクルパターンをウエハ等の基板上に露光する際に使用される走査露光方法、及び走査型露光装置に関する。

半導体素子等を製造する際に、ステッパーのような一括露光型の投影露光装置の他に、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査型の投影露光装置（走査型露光装置）も使用されつつある。この種の露光装置の投影光学系においては、限界に近い解像力が求められているため，解像力に影響する要因（例えば大気圧、環境温度等）を測定して、測定結果に応じて結像特性を補正する機構が備えられている。また、解像力を高めるために投影光学系の開口数が大きく設定され、その結果として焦点深度がかなり浅くなっているため，斜入射方式の面位置測定系により基板としてのウエハの表面の凹凸の投影光学系の光軸方向の位置を測定（ウエハパターン面測定）し、この計測結果に基づいて露光中にウエハの表面を投影光学系の像面に合わせ込むオートフォーカス機構が備えられている。走査型露光装置における斜入射光学系を用いるウエハパターン面測定について補足すると、露光中にウエハステージをスキャンしながら測定を行うため、ウエハ測定位置の反射率が変動して、受光信号が大き過ぎて受光系が飽和したり、逆に小さ過ぎてＳ／Ｎが悪化したりすると、面位置測定精度が悪化する。そのため、特開平１０−６４９８０号公報で提案されているように、露光前にウエハ測定位置の反射率を事前にウエハステージをスキャンして測定しておいて、スキャン露光中にはウエハ測定位置の反射率に応じた投光手段の出射光量にするといった露光前処理が行われる。なお、露光前に実施される露光前処理はこの限りでなく、特開２０００−２６０６９９号公報で提案されているようなステージ上のウエハチャックに置かれたウエハの位置を正しく測定し、レチクルとの位置合わせ誤差が許容範囲内になる様に位置合わせするアライメントと呼ばれる処理や特開平９−４５６０８号公報で提案されているようなウエハパターン構造に起因する段差データをオフセット量として管理するために露光前にウエハパターン面を予め測定する処理などがあげられる。

ところで、従来はレチクルパターン面における投影光学系の光軸方向の凹凸測定（レチクルパターン面測定）はウエハの表面の凹凸測定ほど重要視されていなかった。なぜなら、レチクルパターン面の投影光学系における光軸方向のずれは、像面において１／（投影光学系の倍率の２乗）のずれ量となるためである。例えば、投影光学系の倍率が４倍の場合、レチクルパターン面における投影光学系の光軸方向における５０ｎｍのずれは像面のずれに換算すると約３ｎｍになるからである。しかしながら近年になってより解像力を高めるために投影光学系の開口数がより大きく設定され、更に焦点深度が浅くなってきておりレチクルパターン面の凹凸による結像誤差も無視できなくなってきている。そのため、露光装置においてより高い結像性能を得るためには、ウエハのみならず、レチクル側でもパターン面測定し、この計測結果も含めて露光中にウエハ表面位置と投影光学系の像面を合わせこむ必要がある。そこでウエハパターン面測定をするための斜入射方式の焦点位置検出系がレチクルステージ側にも配置されている。

レチクルパターン面測定、補正値の計算は次のように行われる。予め、出荷前に基準となるレチクルを用意し、レチクルステージとウエハステージを露光時と同様な状態にしてレチクルパターン面の複数点で測定を行う。この測定値よりレチクルパターン面の近似面を求める。次に投影光学系の像面位置をウエハの表面の高さをふりながら露光して求め、レチクルパターン面の近似面と対応づけて記憶しておく。出荷後、露光を行う際には、露光前処理としてユーザが使用するレチクルパターン面の複数点において測定を行い、測定結果からレチクルパターン面の近似面を計算する。この近似面を出荷前に予め求めておいた基準レチクルパターン面の近似面と比較してずれ量を求め、投影光学系の像面位置のずれ量に換算する。この換算は理論的に求めることができる。例えば、投影光学系の倍率が４倍でレチクルパターン面の投影光学系の光軸方向におけるずれ量が１６０ｎｍであるとすると、前述したように像面位置のずれ量は１／（投影光学系の倍率の２乗）であるので１０ｎｍである。
特開平１０−６４９８０号公報 特開２０００−２６０６９９号公報 特開平９−４５６０８号公報

レチクルステージ、ウエハステージ、投影光学系を搭載する筐体のそれぞれの状態が相互に影響を与えるため、それぞれの状態により姿勢差が発生する。例えば、ウエハステージがスキャンしている場合と静止している場合でレチクルステージ、筐体の姿勢が異なる。そのため、露光前にウエハステージを静止した状態でレチクルパターン面測定しても、露光時においてウエハステージをスキャンしている際の投影光学系に対するレチクルパターン面の位置は異なる。そこで、露光前のレチクルパターン面測定においてもウエハステージを露光時と同様にスキャンする必要がある。

しかしながら、上記を実現しようとすると先に示した他の露光前処理と並行してレチクルパターン面測定を行えないため、レチクルパターン面測定時間分の前処理時間が増加してしまう。

既存の露光前処理の中から露光時と同様にウエハステージをスキャンする処理を検出する工程及び、この処理に同期してレチクルステージをスキャンしてレチクルパターン面測定を行う工程を設ける。

レチクルパターン面測定時に露光時と同様にウエハステージをスキャンする必要があるか否かを検出する段階を設ける。同時に測らなければいけないのは、露光の補正のための測定の場合である。同時に測らなくてもよいのは、レチクルホルダとレチクル間の異物挟み検査の場合である。

本発明によれば、スループットを落とすことなく高精度なレチクルパターン面測定が可能となる。この測定結果に基づいて投影光学系の像面位置を算出できるため、スループットを落とすことなく、よりレチクルのパタ−ンの正確で安定した像が得られるという利点がある。

以下、発明の実施の形態について実施例を参照しながら詳細に説明する。

図２は本発明の走査露光方法を用いるスリット・スキャン方式の投影露光装置の部分概略図である。

図２において、レチクルＲは光源１と、照明光整形光学系２〜リレーレンズ８よりなる照明光学系とにより長方形のスリット状の照明領域２１により均一な照度で照明され、スリット状照明領域２１内のレチクルＲの回路パターン像が投影光学系１３を介してウエハＷ上に転写される。光源１としては、Ｆ２エキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザあるいはＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ光源、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等のパルス光源、又は水銀ランプと楕円反射鏡とを組み合わせた構成等の連続光源が使用できる。

連続光源の場合、露光のオン又はオフは照明光整形光学系２〜８内のシャッタにより切り換えられる。但し、本実施例では後述のように可動ブラインド（可変視野絞り）７が設けられているため、可動ブラインド７の開閉によって露光のオン又はオフを切り換えてもよい。

図２において、光源１からの照明光は、照明光整形光学系２により光束径が所定の大きさに設定されてフライアイレンズ３に達する。フライアイレンズ３の射出面には多数の２次光源が形成され、これら２次光源からの照明光は、コンデンサーレンズ４によって集光され、固定の視野絞り５を経て可動ブラインド（可変視野絞り）７に達する。図２では視野絞り５は可動ブラインド７よりもコンデンサーレンズ５側に配置されているが、その逆のリレーレンズ系８側へ配置してもかまわない。

視野絞り５には、長方形のスリット状の開口部が形成され、この視野絞り５を通過した光束は、リレーレンズ系８に入射する。スリットの長手方向は紙面に対して垂直な方向である。可動ブラインド７は後述の走査方向（Ｙ方向）の幅を規定する２枚の羽根（遮光板）７Ａ，７Ｂ及び走査方向に垂直な非走査方向の幅を規定する２枚の羽根（不図示）より構成されている。走査方向の幅を規定する羽根７Ａ及び７Ｂはそれぞれ駆動部６Ａ及び６Ｂにより独立に走査方向に移動できるように支持され、不図示の非走査方向の幅を規定する２枚の羽もそれぞれ独立に駆動できるように支持されている。本実施例では、固定の視野絞り５により設定されるレチクルＲ上のスリット状の照明領域２１内において、更に可動ブラインド７により設定される所望の露光領域内にのみ照明光が照射される。リレーレンズ系８は両側テレセントリックな光学系であり、レチクルＲ上のスリット状の照明領域２１ではテレセントリック性が維持されている。

レチクルＲはレチクルステージＲＳＴに保持されている。レチクルステージＲＳＴは干渉計２２で位置を検出しレチクルステージ駆動部１０により駆動される。レチクルＲの下部には光学素子Ｇ１が保持され、レチクルステージＲＳＴ走査駆動時にはレチクルＲと共に走査される。スリット状の照明領域２１内で且つ可動ブラインド７により規定されたレチクルＲ上の回路パターンの像が、投影光学系１３を介してウエハＷ上に投影露光される。

投影光学系１３の光軸に垂直な２次元平面内で、スリット状の照明領域２１に対するレチクルＲの走査方向を＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）として、投影光学系１３の光軸に水平な方向をＺ方向とする。

この場合、レチクルステージＲＳＴはレチクルステージ駆動部１０に駆動されてレチクルＲを走査方向（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）に走査し、可動ブラインド７の駆動部６Ａ，６Ｂ、及び非走査方向用の駆動部の動作は可動ブラインド制御部１１により制御される。レチクルステージ駆動部１０及び可動ブラインド制御部１１の動作を制御するのが、装置全体の動作を制御する主制御系１２である。

レチクルステージＲＳＴに保持された光学素子Ｇ１と投影光学系１３の間にはレチクル面位置検出系ＲＯが構成されている。

一方、ウエハＷは不図示のウエハ搬送装置によりウエハステージＷＳＴに搬入された後保持され、ウエハステージＷＳＴは、投影光学系１３の光軸に垂直な面内でウエハＷの位置決めを行うと共にウエハＷを±Ｙ方向に走査するＸＹステージ、及びＺ方向にウエハＷの位置決めを行うＺステージ等より構成されている。ウエハステージＷＳＴの位置は干渉計２３により検出される。ウエハＷ上方には、オフ・アクシス方式のアライメントセンサ１６が構成されている。アライメントセンサ１６により、ウエハ上のアライメントマークが検出され、制御部１７により処理され、主制御系１２に送られる。主制御系１２は、ウエハステージ駆動部１５を介してウエハステージＷＳＴの位置決め動作及び走査動作を制御する。

そして、レチクルＲ上のパターン像をスキャン露光方式で投影光学系１３を介してウエハＷ上の各ショット領域に露光する際には、図２の視野絞り５により設定されるスリット状の照明領域２１に対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に、レチクルＲを速度ＶＲで走査する。また、投影光学系１３の投影倍率をβとして、レチクルＲの走査と同期して、＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に、ウエハＷを速度ＶＷ（＝β・ＶＲ）で走査する。これにより、ウエハＷ上のショット領域にレチクルＲの回路パターン像が逐次転写される。

図３を用いてレチクル面位置検出系ＲＯについて説明する。まずレチクル面位置検出系の基本的な検出原理を説明すると、被検面であるレチクルパターン面に光束を斜め方向から照射し、被検面で反射した光束の所定面上への入射位置を位置検出素子で検出し、その位置情報から被検面のＺ方向（投影光学系１３の光軸方向）の位置情報を検出している。本図では１系統についてのみ説明するが、走査方向とほぼ直交する方向に設定された複数の光束を被検面上の複数の計測点に投影し、各々の計測点で求めたＺ方向の位置情報を用いて被検面の傾き情報を算出している。更に、レチクルＲが走査されることにより走査方向にも複数の計測点でのＺ方向の位置情報が計測出来る。これらの位置情報より、レチクルＲのパターン面の面形状が算出可能となる。

次にレチクル面位置検出系の各要素について説明する。図３において、３０はレチクル面位置検出系の光源部である。３１はレチクル面位置検出用の発光光源である。光源３１には、レチクル材質に対して斜入射で十分な反射光量を得るために、可視から赤外光を発するＬＥＤを使用する。３２は駆動回路であり、発光光源３１から発せられる光の強度を任意にコントロール可能なよう構成している。

発光光源３１から発せられた光は、コリメーターレンズ３３、集光レンズ３４，によって光ファイバーなどの光伝達手段３５に導かれている。

光伝達手段３５から発せられた光束は照明レンズ３６により、スリット３７を照明する。スリット３７上にはレチクルＲのパターン面の面位置計測用マーク３７Ａが施されており、該マーク３７Ａは結像レンズ３８によりミラー３９を介して被検面であるレチクルＲのパターン面上に投影されている。結像レンズ３８によりスリット３７とレチクルＲのパターン面の表面は光学的な共役関係になっている。同図では説明し易くするために主光線のみを示している。レチクルＲのパターン面に結像したマーク像に基づく光束はレチクルＲのパターン面で反射し、ミラー４０を介して結像レンズ４１により最結像位置４２上にマーク像を再結像する。再結像位置４２に再結像したマーク像に基づく光束は拡大光学系４３により集光されて位置検出用の受光素子４４上に略結像している。受光素子４４からの信号は図示しないレチクル面位置信号処理系で計測処理され、被検面であるレチクルＲのパターン面のＺ、及び傾きの情報として処理される。

図３は、断面図を示しため、１系統しか図示していないが、実際には複数配置することも可能である。また、図３ではレチクル面位置検出系検出光のレチクルＲパターン面への入射方向を、走査方向と平行な方向から示しているがこれに限定するものでは無く、走査方向と直交する方向あるいは任意の角度の方向から入射する構成でもかまわない。

次に本発明のレチクルパターン面測定方法の概略を図１のフローチャートを用いて説明する。

ｓｔｅｐ１でスタート指令を受け、ｓｔｅｐ２でレチクルＲを図示しないレチクル搬送手段でレチクルステージＲＳＴ上へ搬入、固定する。

ｓｔｅｐ３で露光前処理を実行する制御プログラムにおいて、今回実施する露光前処理の中からウエハステージＷＳＴを露光時と同様もしくは近い状態でスキャンする処理があるか判断する。露光前処理について補足すると、前回実施した結果を利用できる露光前処理は時間短縮のため実施されない。例えば、先に示したようなウエハ測定位置の反射率を事前にウエハステージＷＳＴをスキャンして測定しておくような露光前処理に関しては、１枚目のウエハの測定結果が２枚目以降にも利用できるため２枚目以降の測定は省略できる。そのため、この露光前処理はロット毎の露光前処理として設定されている。このようにそれぞれの露光前処理は、ウエハ１枚毎の処理、ロット毎の処理として設定されている。そのため、具体的には制御プログラムにおいて予め実施する、しないが設定されている露光前処理の中で実施するものを選び出し、その中からウエハステージＷＳＴをスキャンする処理を選び出し、ウエハステージＷＳＴを駆動する加速度、速度などのパラメータが今回の露光時と同様もしくは近い状態の処理があるか比較して判断する。露光時に近い状態とは、レチクルステージＲＳＴをスキャンしてレチクルＲパターン面測定するにあたりレチクルステージＲＳＴ・ウエハステージＷＳＴを露光時と同様な状態で同期させてスキャンした場合に対して投影光学系に対するレチクルＲパターン面の位置の差が無視できる状態をいう。例えば、レチクルＲパターン面の挙動差が無視できる範囲でのウエハステージのスキャン速度の違いなどがあげられる。ウエハステージＷＳＴを駆動する加速度、速度などのパラメータが今回の露光時と同様もしくは近い状態のものがあればｓｔｅｐ４にすすむ。ウエハステージＷＳＴを駆動する加速度、速度などのパラメータが今回の露光時と同様もしくは近い状態のものがなければｓｔｅｐ５にすすむ。

ｓｔｅｐ４でウエハステージＷＳＴが露光時と同様もしくは近い状態でスキャンする処理と並行してレチクルステージをスキャンしてレチクルＲパターン面測定を行う露光前処理を実施する。

ｓｔｅｐ５にすすんだ場合、レチクルＲパターン面測定の目的が異物検出に限定されたものか判断する。レチクルＲパターン面測定の必要性に関して補足すると、レチクルＲパターン面測定目的のひとつとして、レチクルホルダとレチクル間の異物挟み検査があげられる。例えば１枚のウエハを複数のレチクルで露光するような場合には、頻繁にレチクルの交換が発生する。このような場合異物挟み検査は交換毎に発生する可能性があるため毎回レチクルＲパターン面測定による異物検査が必要であるが露光の補正のための測定はウエハ２枚目以降の露光時においては既にレチクルＲパターン面情報が存在するため必ずしも必要ではない。

一方、先に示したようにウエハ２枚目以降の露光前処理は、ウエハ１枚目のデータで代用できるものが多いため処理が少ない。即ち、既存の露光前処理の中にウエハステージＷＳＴが露光時に近い状態でスキャンする処理が含まれる可能性が低い。そのため、既存の前処理と並行してレチクルＲパターン面測定を行えない。ところが異物の挟み検出においてはレチクルＲの変形（平坦度の低下）の度合いが重要であり投影光学系とレチクルＲパターン面の位置関係はさほど重要ではない。即ち、異物の挟み込みの検出においては必ずしもレチクルステージＲＳＴの測定に同期してウエハステージＷＳＴを露光と同じ状態にする必要はない。

この点に着目すれば、レチクルＲパターン面測定の目的が異物挟み検出である場合には露光前処理中にウエハステージを露光時と同様にスキャンする処理がなくとも既存の露光前処理と並行してレチクルＲパターン面測定を行うことにより前処理時間を短縮することが可能である。

レチクルＲパターン面測定の目的が異物検出に限定されたものであればｓｔｅｐ６に進む。レチクルＲパターン面測定の目的が異物検出に限定されたものでなければｓｔｅｐ７に進む。

ｓｔｅｐ６で他の露光処理と並行してレチクルステージＲＳＴをスキャンしてレチクルＲパターン面測定を行う露光前処理を実施する。

ｓｔｅｐ７に進んだ場合、レチクルＲパターン面測定精度向上のためにレチクルステージＲＳＴのみならずこれに同期してウエハステージＷＳＴも露光時と同じ状態でスキャンしてレチクルＲパターン面測定を行う露光前処理を実施する。

ｓｔｅｐ８において異物検出を目的とするレチクルＲパターン面測定タイミングを決定する。ウエハステージＷＳＴ、レチクルステージＲＳＴ双方の測定に影響を与えないタイミングで既存の露光前処理と並行して実施する。

ｓｔｅｐ９でレチクルＲパターン面測定結果より、異物の挟みの判定を行う。

前記実施例において以下の様な変形例が考えられる。

先に示した露光前処理のうち、ウエハステージＷＳＴを露光と同様もしくは近い状態でスキャンする処理を予め次のように変更しておくことが考えられる。前記処理を無条件に同時にレチクルステージＲＳＴを同期させてスキャンしてレチクルＲパターン面測定も行うように変更する。即ち、ウエハステージＷＳＴを露光と同様もしくは近い状態でスキャンする処理はレチクルＲパターン面測定を行う処理を合体した新たな処理に変更する。このようにすれば毎回露光前処理の中からウエハステージＷＳＴを露光と同様もしくは近い状態でスキャンする処理を選び出し、レチクルパターン面測定を同期させて行うよう変更する必要がなくなる。

本発明の実施例のフロー。 本発明の露光装置の説明図。 レチクル面位置検出系の説明図。

符号の説明

１ 光源
２ 照明系整形光学系
３ フライアイレンズ
４ コンデンサーレンズ
５ 視野絞り
６Ａ、６Ｂ 可動ブラインド駆動部
７Ａ、７Ｂ 可動ブラインド
８ リレーレンズ
１０ レチクルステージ制御部
１１ 可動ブラインド制御部
１２ 主制御部
１３ 投影光学系
１５ ウエハステージ制御部
１６ オフ・アクシス方式のアライメントセンサ
１７ 制御部
２１ 照明領域
２２，２３ 干渉計
３０ レチクル面位置検出系の光源部
３１ レチクル面位置検出用の発光光源
３２ 駆動回路
３３ コリメーターレンズ
３４ 集光レンズ
３５ 光伝達手段
３６ 照明レンズ
３７ スリット
３７Ａ マーク
３８、４１ 結像レンズ
３９、４０ ミラー
４２ 最結像位置
４３ 拡大光学系
４４ 受光素子
ＲＳＴ レチクルステージ
ＷＳＴ ウエハステージ
Ｇ１ 補正光学素子
Ｒ レチクル
Ｗ ウエハ
ＲＯ レチクル面位置検出系

Claims (6)

1. 原版に形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に走査露光する走査露光方法において、原版ステージ及び基板ステージを非露光時に露光時と同じステージ駆動状態で走査して原版パターン面測定を行うことを特徴とする走査露光方法。
2. 原版に形成されたパターンの像を投影光学系を介してウエハ上に走査露光する走査露光方法において、露光動作前に露光装置の装置状態を検査する複数の検査項目を制御するプログラムの中から前記基板ステージが露光時と同じステージ駆動状態で走査する検査項目を検出し、該検出した検査項目の動作に同期して原版パターン面測定を行うことを特徴とする請求項１に記載の走査露光方法。
3. 原版に形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に走査露光する走査露光方法において、前記制御プログラムの中から前記基板ステージが露光時と同じステージ駆動状態になる検査項目が検出されなかった際に、原版パターン面測定に同期して前記基板ステージを露光時と同じステージ駆動状態にすることを特徴する請求項２に記載の走査露光方法。
4. 原版に形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に走査露光する走査露光方法において、原版パターン面測定のために前記基板ステージを露光時と同じステージ駆動状態する必要があるかを判定する工程と、必要が無い場合は前記検査項目を実施中の適当なタイミングで原版パターン面測定を行うことを特徴とする請求項２に記載の走査露光方法。
5. 前記原版パターン面測定を露光時と同じステージ駆動状態にする必要がない場合、前記検査項目と並行して前記原版パターン面測定を行うことを特徴とする請求項４記載の走査露光方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の走査露光方法を適用した走査型露光装置。

Images