CN105388708B - 投影曝光装置和方法、光掩模以及基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

投影曝光装置和方法、光掩模以及基板的制造方法。在投影曝光装置中，使掩模图案高精度地对准并转印到基板的投射区域上。在中间掩模上形成与多个投射区域变形对应的掩模图案，并按照步进和重复方式，将掩模图案转印到形成有多个投射区域的基板上。按照全局对准方式，计测样本用对准标记的位置坐标，根据全局对准区域的形状误差，检测投射区域的形状误差。进而，选择具有与该形状误差对应的、即变形情况处于相同的趋势的范围形状的掩模图案。

Description

投影曝光装置和方法、光掩模以及基板的制造方法

技术领域

本发明涉及将在中间掩模(reticle)等光掩模上形成的图案转印到基板上的投影曝光装置，尤其是，涉及针对变形后的基板的对准(位置对准)。

背景技术

使用投影曝光装置制造的半导体元件、液晶显示元件、封装基板等器件大多为多层结构，通过将图案重叠并转印来制造基板。在对基板转印第2层以后的图案的情况下，需要准确地进行在基板上预先形成的投射(shot)区域与掩模上的图案图像的位置对准，即光掩模与基板的位置对准。

作为位置对准方式，已知有全局对准(GA)方式。在此，沿着基板上的格子限定出多个投射区域，在格子上以确定各投射区域的方式形成有对准标记。而且，设定包含多个投射区域的全局对准区域，检测限定出该区域的样本用对准标记的位置坐标。

在转印第2层以后的图案时，因工作台的位置对准精度误差、基板伸缩等而产生投射区域间的排列误差。因此，根据计测出的样本用对准标记的位置坐标与所设计的样本用对准标记的位置坐标之差，计算投射区域间的排列误差，通过偏移校正、缩放校正等来进行位置对准(例如参照专利文献1)。另一方面，关于与基板伸缩对应的缩放校正，通过调整投影光学***的变倍透镜的位置，能够对掩模图案的投影图像进行放大/缩小校正(参照专利文献2)。

关于基板的变形，不仅有沿着坐标轴的纵横的线性伸缩，还存在朝对角方向、其它方向的伸缩等各种变形，还存在变形为菱形、梯形等的情况。这样的变形难以通过缩放校正来修正。因此，已知有如下方法：在掩模基板和工件基板的光路上，设置与工件基板同样地变形的板，转印对应于变形的掩模图案图像(参照专利文献3)。

专利文献1：日本特开2006-269562号公报

专利文献2：日本特开2004-29546号公报

专利文献3：日本特开2011-248260号公报

基板的变形情况是不一样的，基板会产生各种各样的形变。尤其是在陶瓷或树脂制的基板的情况下，基板会伴随复杂的形变而变形。在由于这样的基板的形变或者装置特性等，而使得投射区域的形状实际上与设计中确定的形状不同的情况下，依靠以沿着坐标轴方向的伸缩为前提的缩放校正，无法进行应对。

投影曝光装置是用于高精度、高分辨率的图案形成的曝光装置，根据半导体芯片等用途，基板大多使用硅晶片。在硅晶片的情况下，由于其材质，投射区域的变形表现得不明显。

但是，为了即使对利用陶瓷或树脂成型而得的基板(例如内插基板)也形成高分辨率的图案，需要使用投影曝光装置。在该情况下，即使为了校正投射区域的排列误差而通过GA方式进行位置对准，也不能应对投射区域自身的复杂变形。其结果是，在各层之间，有可能产生通孔的位置偏差，图案的重合精度变差。

因此，要求即使针对各种各样的投射区域的变形也能够高精度地进行位置对准。

发明内容

本发明的投影曝光装置是按照步进和重复方式将掩模图案转印到基板上的(缩小、等倍等的)投影曝光装置，具有：扫描部，其使基板相对于在光掩模上形成的掩模图案的投影区域间歇地相对移动，所述基板形成有二维排列的多个投射区域和沿着多个投射区域的排列而设置的多个对准标记；以及曝光控制部，其按照步进和重复方式，将掩模图案转印到多个投射区域上。

此外，投影曝光装置具有形状误差计测部，所述形状误差计测部根据多个对准标记的位置，计测以所设计的投射区域为基准时的限定出的投射区域的二维形状误差。由于基板的变形等，实际计测出的投射区域的形状、区域位置偏离作为基准的所设计的投射区域的形状(例如矩形)、区域位置，将其计测和检测为“形状误差”。

此处，“二维形状误差”表示因投射区域在与基板上限定的坐标轴不同的方向上进行变形、变动而引起的投射区域的变形，例如，包含沿着坐标轴(1轴或2轴)的缩放(放大、缩小)以外的形状误差。在所设计的投射区域为矩形的情况下，变形为菱形、平行四边形、梯形、桶形、枕形、扇形等非矩形时的与设计的差异、或者旋转偏差等区域整体的位置与所设计的区域位置的差异等也包含在二维形状误差中。这样的投射区域的二维形状误差是由沿着与基板的坐标轴不同的方向的形变、装置的特性等引起的。

在本发明中，在光掩模中，设置有与如下的多个投射区域对应的多个掩模图案，所述多个投射区域相对于所设计的投射区域分别具有不同的二维形状误差。此处，“形状误差不同”包含：投射区域的变形后的形状类型不同的情况，例如为平行四边形、梯形等；正交度的偏差量、即针对坐标轴的角度大小的不同等、变形量不同的情况；以及投射区域的位置变动的变动量的不同。

而且，曝光控制部从多个掩模图案中选择与计测出的形状误差对应的掩模图案，并转印该掩模图案。例如，选择具有变形后的投射区域形状等同的范围(field)的掩模图案、具有正交度的偏差量等变形量一致的范围的掩模图案、具有投射区域的变动位置等同的范围的掩模图案等，关于形状误差，能够选择区域变形的种类、变形量、区域变动量处于相同趋势的掩模图案。

例如，在多个对准标记包含限定出由规定数量的投射区域构成的全局对准区域的样本用对准标记的情况下，曝光控制部基于样本用对准标记的位置，计测全局对准区域的形状误差，并选择与该形状误差对应的掩模图案即可。此外，在与基板上限定出的多个全局对准区域对应地设置有样本用对准标记的情况下，曝光控制部对各全局对准区域计测形状误差即可。此外，曝光控制部能够基于样本用对准标记的位置，计算全局对准区域内的投射区域排列误差，另一方面，基于全局对准区域内的限定出投射区域的对准标记的位置，计测投射区域的形状误差。

在本发明的另一方式的投影曝光方法中，针对形成有二维排列的多个投射区域和沿着多个投射区域的排列而设置的多个对准标记的基板，根据多个对准标记的位置，计测以所设计的投射区域为基准时的变形投射区域的形状误差，使所述基板相对于在光掩模上形成的掩模图案的投影区域间歇地相对移动，并按照步进和重复方式，将掩模图案转印到多个投射区域上，所述投影曝光方法的特征在于，光掩模具有与形状误差分别不同的多个变形投射区域对应的多个掩模图案，从多个掩模图案中选择与计测出的形状误差对应的掩模图案，并转印该掩模图案。

本发明的另一方式的投影曝光装置用光掩模是在按照步进和重复方式将掩模图案转印到基板上的(缩小、等倍等的)投影曝光装置中使用的光掩模，能够使用光掩模来制造基板。

例如，在投影曝光装置中，具有：扫描部，其使基板相对于在光掩模上形成的掩模图案的投影区域间歇地相对移动，所述基板形成有二维排列的多个投射区域和沿着多个投射区域的排列而设置的多个对准标记；以及曝光控制部，其按照步进和重复方式，将掩模图案转印到多个投射区域上。

在本发明的光掩模中具有多个掩模图案，多个掩模图案对应于多个投射区域，在以所设计的投射区域为基准时，所述多个投射区域分别具有不同的二维形状误差。

通过在投影用曝光装置中使用这样的光掩模，能够从多个掩模图案中选择具有与计测出的投射区域的二维形状误差对应的范围(区域)的掩模图案，由此，能够使掩模图案无偏差地与该投射区域重合。例如，选择具有变形后的投射区域形状等同的范围的掩模图案、具有正交度的偏差量等变形量一致的范围的掩模图案、具有投射区域的变动位置等同的范围的掩模图案等，关于形状误差，能够选择区域变形的种类、变形量、区域变动量处于相同趋势的掩模图案。

例如，多个掩模图案具有平行四边形、菱形、梯形、桶形、枕形的任意一个范围形状。如果考虑到还存在投射区域实质上未变形、而形状与所设计的投射区域相同的情况，则在光掩模上设置具有与所设计的投射区域形状等同的范围的掩模图案即可。

根据本发明，在投影曝光装置中，能够使掩模图案高精度地对准且高精度地转印到基板的投射区域上。

附图说明

图1是作为第1实施方式的投影曝光装置的概略框图。

图2是示出排列有投射区域的基板的图。

图3是示出形成有多个掩模图案的中间掩模的图。

图4是示出由基板的变形引起的投射区域的形状误差的图。

图5是示出基于步进和重复方式的曝光动作的过程的图。

图6是示出全局对准区域的变形形状的一例的图。

图7是示出第2实施方式的全局对准区域的形状误差和投射区域的形状误差的图。

标号说明

10：投影曝光装置；36：对准标记摄像部(形状误差计测部)；38：图像处理部(形状误差计测部)；40：工作台；42：工作台驱动部(扫描部)；50：控制部(操作部、曝光控制部)；W：基板；P2～P8：变形掩模图案；SA：投射区域；SM：样本用对准标记；AM：对准标记；ARM：全局对准区域；R：中间掩模(光掩模)。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是作为第1实施方式的投影曝光装置的概略框图。以下，以如下曝光过程为前提进行说明：在基板上形成第1层图案，在第2层以后，使掩模图案与基板的投射区域重合。

投影曝光装置10是按照步进和重复方式使在中间掩模(光掩模)R上形成的掩模图案转印到基板(工件基板)W上的曝光装置，具有放电灯等光源20、投影光学***34。中间掩模R由石英材料等构成，形成了具有遮光区域的掩模图案。此处，基板W应用了硅、陶瓷、玻璃或树脂制成的基板(例如内插基板)。

从光源20放射的照明光经由反射镜22入射到积分器24，从而照明光量变得均匀。变得均匀的照明光经由反射镜26入射到准直透镜28。由此，将平行光入射到中间掩模R。光源20由灯驱动部21驱动控制。

在中间掩模R上形成有掩模图案，以掩模图案位于投影光学***34的光源侧焦点位置的方式，将中间掩模R搭载在中间掩模用工作台30上。在中间掩模R的前方(光源侧)设置有光圈(未图示)，照明光仅入射到部分的掩模图案。

在搭载有中间掩模R的工作台30、搭载有基板W的工作台40上限定了彼此正交的X-Y-Z的3轴坐标系。工作台30由工作台驱动部32驱动，能够以使中间掩模R沿着焦平面移动的方式在X-Y方向上移动。此外，工作台30还能够在X-Y坐标平面上旋转。此处，工作台30的位置坐标由激光干涉仪或线性编码器(未图示)测定。

透过中间掩模R的掩模图案的范围(区域)的光被投影光学***34作为图案光投影到基板W上。基板W以其曝光面与投影光学***34的像侧焦点位置一致的方式被搭载在基板用工作台40上。

工作台40由工作台驱动部42驱动，能够以使基板W沿着焦平面移动的方式，在X-Y方向上移动。此外，工作台40能够在与焦平面(X-Y方向)垂直的Z轴方向(投影光学***34的光轴方向)上移动，此外，还能够在X-Y坐标平面上旋转。工作台40的位置坐标由未图示的激光干涉仪或线性编码器测定。

控制部50控制工作台驱动部32、42，对中间掩模R、基板W进行定位，并控制灯驱动部21。而且，执行基于步进和重复方式的曝光动作。在控制部50所设置的存储器(未图示)中，存储有中间掩模R的掩模图案位置坐标、在基板W上形成的投射区域的所设计的位置坐标、步进移动量等。

配置在投影光学***34附近的对准标记摄像部36是拍摄在基板W上形成的对准标记的照相机(或显微镜)，在投射曝光之前拍摄对准标记。图像处理部38基于从对准标记摄像部36发送来的图像信号，检测对准标记的位置坐标。此外，也可以通过TTL方式检测对准标记。

控制部50按照步进和重复方式，依次在基板W上形成的各投射区域中转印中间掩模R的掩模图案。即，控制部50使工作台40按照投射区域间隔间歇地移动，在作为曝光对象的投射区域被定位到掩模图案的投影位置时，驱动光源20，使图案光投影到投射区域。

在进行掩模图案的转印之前，控制部50按照全局对准方式，检测投射区域的排列误差，进行基板W的投射区域与掩模图案的投影区域的位置对准。此外，在本实施方式中，检测因基板的变形等引起的投射区域的形状误差，投影出与该形状误差相符的掩模图案，由此进行投射区域与图案投影区域的位置对准。此时，检测全局对准区域的形状误差，将该误差视作投射区域的形状误差。

图2是示出排列有投射区域的基板的图。图3是示出形成有多个掩模图案的中间掩模的图。图4是示出由基板的变形引起的投射区域的形状误差的图。使用图2～图4，对投射区域的形状误差进行说明。

如图2所示，在基板W上形成有投射区域SA，投射区域SA按照X-Y坐标系，以恒定间隔排列成矩阵状。而且，沿着投射区域SA的排列，在各投射区域的四角形成有位置对准用的对准标记AM。

在全局对准方式中，设定包含规定数量(1以上)的投射区域的全局对准区域，通过统计运算计算投射区域的排列误差以及校正值。此处，针对相邻的4个投射区域SA的每一个，设定样本用(计测用)对准标记SM，从而限定出全局对准区域ARM。在基板W上，还设定有其他全局对准区域(此处未图示)，作为一例，此处，合计4个全局对准区域分别以相同的排列形成有投射区域。

根据所设计的样本用对准标记SM的位置坐标与实际计测出的样本对准标记SM的位置坐标之差，检测全局对准区域ARM内的投射区域的直线度的偏差、旋转误差、由基板W的线性伸缩引起的缩放误差。控制部50基于检测出的统计误差，计算各投射区域的偏移值、缩放值、旋转量的校正值，使工作台40沿着X-Y坐标轴移动，或者沿着X-Y坐标平面旋转。

在投射区域的排列误差中，缩放误差是由基板变形引起的误差，能够通过缩放校正值进行校正。但是，关于沿着与X方向或Y方向不同的方向的投射区域自身的变形，不能求出校正值。投射区域的排列误差以维持具有沿着X轴的边和沿着Y轴的边的正交度(90°)的投射区域SA的矩形形状为前提。

但是，在树脂制的基板W上中，因热收缩等产生复杂的变形，投射区域的矩形形状变形为不能维持正交度的形状(此处称作非矩形形状)。在产生正交度的偏差的情况下，矩形形状变化为平行四边形(菱形)、梯形等。此外，因正交度的偏差程度的不同，非矩形形状也发生变化。

图4示出了投射区域的变形情况。投射区域VP1在基板未变形的状态下维持矩形的形状，是作为基准的投射区域形状。在基板W产生线性伸缩的情况下，基准的投射区域VP1维持矩形形状，仅尺寸发生变化。投射区域VP2、VP3表示线性变形的形状。

另一方面，在关于X方向/Y方向朝+/-方向相对的边产生相同程度的正交度偏差时，投射区域变化为平行四边形。投射区域VP4是朝-X方向产生正交度偏差的平行四边形(菱形)形状，投射区域VP6朝-Y方向产生了正交度的偏差。此外，投射区域VP5、VP7表示正交度的偏差更大的非矩形。此外，有时还朝+X方向、+Y方向产生正交度的偏差。

此外，关于基准投射区域VP1，如投射区域VP’所示，还存在如下情况：以相对的边靠近的方式产生正交度的偏差，变形为梯形形状的投射区域VP’。这样，基板W的形变引起的、投射区域的从矩形到非矩形的变形是各种各样的。

在本实施方式中，在基板的同一图案形成层(此处为第2层)中，与变形为各种各样的非矩形的投射区域对应地，在中间掩模R上形成有多个掩模图案(变形掩模图案)。如图3所示，此处，在中间掩模R上形成有8个掩模图案，各掩模图案的范围形状(图案区域形状)对应于投射区域的变形形状。

此处，掩模图案P1具有与基准投射区域VP1对应的范围形状。而且，掩模图案P2～P7具有与投射区域VP2～VP7对应的范围形状。在该情况下，掩模图案与该范围形状对应地形成了图案。例如，在投射区域VP4的情况下，直线状的布线线路沿着正交度的偏差(θ)发生倾斜。

因此，通过计测变形后的投射区域形状，选择与该变形后的非矩形对应的(即，变形的程度、变形的特征处于相同的趋势)掩模图案，能够使掩模图案的投影图像与该变形后的投射区域高精度地重合。此外，投射区域也能够设定为矩形以外的形状(例如存在部分缺口的部分的矩形等)，即使针对那样的投射区域，只要根据形状误差准备掩模图案即可。

针对仅具有缩放误差的投射区域VP2、VP3，可以通过投影光学***的调整等进行缩放校正，在中间掩模R上仅形成与依靠缩放校正不能应对的形状误差对应的掩模图案。此外，还能够选择与由投影光学***的调整引起的图案图像形变对应的掩模图案。

图5是示出基于步进和重复方式的曝光动作的过程的图。图6是示出全局对准区域的变形形状的一例的图。

如上述那样，在基板W上限定出4个全局对准区域ARO、ARP、ARN、ARM，针对全局对准区域分别计测投射区域的排列误差以及形状误差(S101)。投射区域的形状误差直接利用全局对准区域的形状误差，因此，测定样本用对准标记SM的位置坐标，并根据全局对准区域的正交度的偏差、缩放误差，计算投射区域的形状误差。

图6示出了基板变形导致的全局对准区域ARM的正交度的偏差。针对全局对准区域ARM，在通过统计运算计测出变形为菱形、平行四边形形状时，针对其中的投射区域SA，也视作具有相同的矩形形状。

进而，基于投射区域的排列误差，计算缩放值、偏移量、旋转量等校正值，并且，选择具有与投射区域的形状对应的范围形状的掩模图案(S102)。进而，通过工作台30的移动，以照明光透过选择出的掩模图案的方式对中间掩模R进行定位，并且以曝光对象的投射区域与图案投影区域一致的方式进行步进和重复式的曝光(S103)。在对1个全局对准区域结束了曝光后，对其它全局对准区域也进行相同的曝光动作(S104)。通过针对基板多层地进行这样的曝光动作，制造出基板。

由此，根据本实施方式，针对中间掩模R，形成与在基板的规定的图案形成层中形成的投射区域变形对应的多个掩模图案，并按照步进和重复方式，将掩模图案转印到形成有多个投射区域的基板上。按照全局对准方式，计测样本用对准标记的位置坐标，并根据全局对准区域的形状误差，检测投射区域的形状误差。进而，选择具有与该形状误差对应的、即变形情况处于相同趋势的范围形状的掩模图案。

接下来，使用图7，对作为第2实施方式的投影曝光装置进行说明。在第2实施方式中，与全局对准独立地计测投射区域的形状误差。

图7是示出第2实施方式的全局对准区域的形状误差和投射区域的形状误差的图。

在第2实施方式中，基于全局对准区域ARM的样本用对准标记SM，计测投射区域的排列误差，另一方面，通过对准标记摄像部36拍摄在各投射区域SA的四角处限定的对准标记AM，并计算各投射区域的位置坐标的平均值等统计值，由此计算投射区域SA的形状误差。

此处，投射区域SA变形为梯形形状，并且，产生旋转偏差(投射区域整体相对于X轴或Y轴的旋转)，旋转偏差量根据投射区域的位置而不同。由此，能够针对各个投射区域准确地计测形状误差。此外，在第1实施方式的全局对准方式的情况下，也可以计测全局对准区域的旋转偏差，并将其视作投射区域的旋转偏差来进行计测。

此外，也可以在不求出形状误差的平均值的情况下计算各个形状误差。或者，也可以计算位于全局对准区域中的特定位置的投射区域的形状误差，针对其它投射区域，也估计为相同的形状误差。

在第1和第2实施方式中，根据沿着与X-Y坐标轴不同的方向的基板的形变，准备考虑了正交度的偏差的掩模图案，也可以准备与除此以外的投射区域的变形对应的掩模图案。例如，能够形成枕形、桶形、扇形、鱼糕形等的掩模图案。

此外，也可以与由基板的形变以外的原因引起的投射区域的形状误差(变形)对应地准备掩模图案。例如，可以形成用于对投影光学***的失真进行校正的掩模图案，或者，准备与由基板凹凸引起的投射区域的形状变形对应的掩模图案。

此外，关于对准标记，只要是孔等作为指标的标记即可。光掩模不限于1张，可以准备多个中间掩模，在各中间掩模中形成1个或多个掩模图案。在该情况下，对多个中间掩模进行定位控制。

Claims (13)

1.一种投影曝光装置，其特征在于，具有：

扫描部，其使基板相对于在光掩模上形成的掩模图案的投影区域间歇地相对移动，所述基板形成有二维排列的多个投射区域和沿着所述多个投射区域的排列而设置的多个对准标记；

曝光控制部，其按照步进和重复方式，将掩模图案转印到所述多个投射区域上；以及

形状误差计测部，其根据所述多个对准标记的位置，计测以所设计的投射区域为基准时的规定的投射区域的二维形状误差，

所述光掩模具有与如下的多个投射区域对应的多个掩模图案，该多个投射区域相对于所设计的投射区域分别具有不同的形状误差，

所述曝光控制部从所述多个掩模图案中选择与计测出的形状误差对应的掩模图案，并转印该掩模图案。

2.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，

所述多个对准标记包含样本用对准标记，所述样本用对准标记限定出由规定数量的投射区域构成的全局对准区域，

所述曝光控制部基于样本用对准标记的位置，计测全局对准区域的形状误差，并选择与该形状误差对应的掩模图案。

3.根据权利要求2所述的投影曝光装置，其特征在于，

与在所述基板上限定出的多个全局对准区域对应地设置有样本用对准标记，

所述曝光控制部针对各全局对准区域，计测形状误差。

4.根据权利要求2或3所述的投影曝光装置，其特征在于，

所述曝光控制部基于样本用对准标记的位置，计算全局对准区域内的投射区域排列误差，另一方面，基于全局对准区域内的限定出投射区域的对准标记的位置，计测投射区域的形状误差。

5.根据权利要求4所述的投影曝光装置，其特征在于，

投射区域的形状误差至少包含投射区域的正交度的偏差。

6.根据权利要求5所述的投影曝光装置，其特征在于，

投射区域的形状误差至少包含投射区域的旋转偏差。

7.一种投影曝光方法，在所述投影曝光方法中，

针对形成有二维排列的多个投射区域和沿着所述多个投射区域的排列而设置的多个对准标记的基板，根据所述多个对准标记的位置，计测以所设计的投射区域为基准时的变形投射区域的形状误差，

使所述基板相对于在光掩模上形成的掩模图案的投影区域间歇地相对移动，

按照步进和重复方式，将掩模图案转印到所述多个投射区域上，

所述投影曝光方法的特征在于，

所述光掩模具有与形状误差分别不同的多个变形投射区域对应的多个掩模图案，从所述多个掩模图案中选择与计测出的形状误差对应的掩模图案，并转印该掩模图案。

8.一种投影曝光装置用光掩模，其特征在于，

所述光掩模具有与如下的多个投射区域对应的多个掩模图案，该多个投射区域形成在基板上，并且在以所设计的投射区域为基准时分别具有不同的二维形状误差。

9.根据权利要求8所述的投影曝光装置用光掩模，其特征在于，

所述多个变形掩模图案具有与如下的投射区域对应的掩模图案，该投射区域相对于所设计的投射区域产生了正交度的偏差或旋转偏差。

10.根据权利要求8所述的投影曝光装置用光掩模，其特征在于，

所述多个掩模图案具有平行四边形、菱形、梯形、桶形、枕形中的任意一个范围形状。

11.根据权利要求8～10中的任意一项所述的投影曝光装置用光掩模，其特征在于，

所述光掩模还具有如下掩模图案：该掩模图案具有与所设计的投射区域的形状等同的范围。

12.一种投影曝光装置，其中，所述投影曝光装置具有权利要求8所述的投影曝光装置用光掩模。

13.一种基板的制造方法，其中，在投影曝光装置中使用权利要求8所述的投影曝光装置用光掩模来制造基板。