JP2008277579A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、原版のパターン面の変形によるデフォーカスを低減させる露光装置を提供する。
【解決手段】
原版からの光を投影する投影光学系を有し、該原版のパターン面と前記投影光学系とを介して基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の光軸方向における該パターン面の複数箇所の位置をそれぞれ検出する検出手段と、該パターン面に直交する方向において該原版に力を加える手段と、を有し、前記検出手段により検出された該パターン面の複数箇所の位置が予め定められた許容範囲内になるように、前記力を加える手段に力を発生させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路や液晶表示素子等の製造工程において、マスク、レチクル等の原版のパターンをウェハ、ガラスプレート等の基板に露光する露光装置に関する。

マスク、レチクル等の原版の変形要因を分類すると、自重による撓み、ガラス基板自体の研磨精度、マスク吸着、熱膨張による変形等が考えられる。
このような変形は、マスク毎、露光装置毎に変わってくることがあり、変形量を正確に計測するためには、実際の使用環境であるマスクステージ上で測定する必要がある。
図１、図２に示されるようにマスク１１の上に補正板１２を載せて密着させ、配管１３からマスク１１と補正板１２の間の圧力を変化させることによりマスク１１の撓みを補正している。
その際、マスク１１が変わるたびに、マスク１１の撓み量をレーザ変位計１４により計測し、所定の撓み量内に収まるように何度も圧力を変え計測し、圧力を決めている。
また、最初に決めた圧力も、基板２０を露光している間に、露光装置内の環境、マスク１１の使用状況により、撓み量が変化する場合がある。その場合は、再度、試行錯誤により圧力値を設定し露光している。

図４に従来例のロット処理中のフローチャート図が示され、露光が開始され（ステップ１０１）、ウェハ、ガラスプレート等の基板が準備される（ステップ１０２）。
原版面であるマスク面が計測され、計測値、指定圧力値が保存される（ステップ１０３）。
所定の撓み量内の許容範囲を超えている場合は（ステップ１０３）、エラーが発生する（ステップ１０５）。
所定の撓み量内の許容範囲を超えていない場合は、露光が開始される（ステップ１０６）。
次の基板がある場合（ステップ１０７）には、再び、基板が準備される（ステップ１０２）。
次の基板が無い場合、露光は終了する（ステップ１０８）。
また、特開２００５−８５８３３号公報では、マスク
を露光装置 にセットした状態における各サブフィールドの位置を正確に予想・補正 でき、露光装置 における露光精度を向上させることのできるマスク検査方法等が提案されている。
特開２００５−８５８３３号公報

マスクの自重による撓み、ガラス基板自体の研磨精度、マスク吸着、熱膨張等の要因によるマスクの変形があるため、マスク全体の平面度を高める必要がある。
例えば、マスクの変形要因がマスクの自重による撓みだけの場合、マスクの撓みが最も大きいと予想される中心とマスク基準面の差分が少なければよい。
しかし、上記のマスクの変形要因の中で、ガラス研磨による変形、マスクの吸着による変形、熱膨張による変形については、予測が不可能である。
これらも含め補正する場合は、マスク全面に対して計測を行い補正する必要がある。
次に、マスクの撓みの経時変化分を補正する必要がある。
マスク、レチクルの原版の変形要因は、自重による撓み、ガラス基板自体の研磨精度、マスク吸着による変形、熱膨張による変形等が考えられる。
この中でも、マスク吸着による変形、熱膨張等は、時間が経過すると共に変化する。
時間経過による変化が生じた場合でも、従来例では、一旦決めた圧力値を撓みの許容範囲外になるまで、使用し許容範囲を超えた場合は、露光装置を停止していた。

さらに、上記のようにマスク１１が変わるたびに圧力を決め、また、最初に決めた圧力も、再度、試行錯誤により圧力値を設定する２つの制御圧力の決定工程を自動化する必要がある。
従来例では、マスクの撓み量を、露光装置の調整時、露光開始時、基板２０の搬入時に計測し、許容範囲を超えた場合は露光装置を停止していた。
手動で圧力を設定し計測を繰り返し、最適な圧力値を設定する必要があり、その際には生産ができず、生産性が低下し、人員を必要とした。
そこで、本発明は、例えば、原版のパターン面の変形によるデフォーカスを低減させる露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の露光装置は、原版からの光を投影する投影光学系を有し、該原版のパターン面と前記投影光学系とを介して基板を露光する露光装置であって、前記投影光学系の光軸方向における該パターン面の複数箇所の位置をそれぞれ検出する検出手段と、該パターン面に直交する方向において該原版に力を加える手段と、を有し、前記検出手段により検出された該パターン面の複数箇所の位置が予め定められた許容範囲内になるように、前記原版に力を加える手段に力を発生させることを特徴とする。

本発明によれば、前記投影光学系の光軸方向における該パターン面の複数箇所の位置をそれぞれ検出する検出手段と、該パターン面に直交する方向において該原版に力を加える手段と、を有する。
さらに、前記検出手段により検出された該パターン面の複数箇所の位置が予め定められた許容範囲内になるように、前記原版に力を加える手段に力を発生させる。
このため、原版の平坦度を高くすることにより、原版のパターン面の変形によるデフォーカスを低減させ、露光不良が少ないパターン転写を実現する。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

まず、マスク全体の平坦度を自動で高める本発明の実施例１を説明する。
図１には、本発明の実施例１の露光装置の構成が概略的に示されている。
露光装置は、マスク、レチクル等の原版からの光を投影する投影光学系を有し、原版のパターン面と投影光学系とを介してウェハ、ガラスプレート等の基板を露光する装置である。
露光装置は、マスクステージ１０を有し、その上には原版であるマスク１１が装填され、バキュームチャックにより吸着保持されている。
また、マスク１１上には、マスク１１の撓みを補正するための補正板１２が装着されている。原版に力を加える手段である補正板１２は、パターン面に直交する方向において原版であるマスク１１に力を加える手段である。
補正板１２には、マスク１１と補正板１２との間の圧力を調整するための配管１３があり、露光装置は圧力を制御するための制御系を備えている。

配管１３よる圧力制御により、圧力を適切な圧力値に変更し、図２に示されるように撓んでいたマスク１１が、図３に示されるマスク基準面３０まで持ち上げられる。
また、マスク１１面とのマスク基準面３０の距離を測るためのX方向に移動可能な変位計１４が備えられ、それを制御するための制御系を備えている。
Y方向への移動は、マスクステージ１０をスキャン駆動させ、レーザ変位計１４はマスク１１全面を計測する。
検出手段であるレーザ変位計１４は、投影光学系の光軸方向におけるパターン面の複数箇所の位置をそれぞれ検出する手段である。
この検出手段であるレーザ変位計１４により検出されたパターン面の複数箇所の位置が予め定められた許容範囲内になるように、原版に力を加える手段である補正板１２に力を発生させる。
このレーザ変位計１４は、予めマスク１１の基準面３０をレーザ変位計１４の原点として調整され、マスク１１面とのマスク基準面３０の距離を測定する。

次に、図５を参照して、本発明の実施例１を説明する。
マスク１１の平坦度は、自重による撓み、ガラス基板自体の研磨制度、マスク吸着時の変形、熱膨張等により影響を受け、マスク１１全面に対して計測を行い補正される。
図５に示されるステップ２０２では、マスク１１面全体の計測を行う。
その際の圧力値をP1とし変位計測値の平均値をd1とし、計測値d1及び圧力値P1を保存する。
ステップ２０３では、補正圧力の計算を行う。補正計算では、以下の式を使用する。

補正圧力値をP2とすると、Kは前回計測時の係数となり、今回の場合は装置調整時等で計測された時の値を使用か、工場出荷時の初期値を用いる。
P2の圧力値で、圧力制御する。
ステップ２０４では、ステップ２０１と同様にマスク全面に対して計測を行う。
その際の圧力値をP2とし変位計測値の平均値をd2とし、計測値d2及び圧力値P2を保存する。

ステップ２０５では、計測値d2が定められた許容範囲に入っているかどうかを判定し、許容範囲に入っていない場合は、ステップ２０３に戻り、P1・P2・d1・d2から式（２）に従いKを算出し保存する。
そこで、式（１）とK・P2・d2から次の指定圧力P3を算出する。その値で圧力制御する。
ステップ２０４では、再度マスク全面に対して計測を行い、その際の圧力値をP3とし変位計測値の平均値をd3とし、計測値d3及び圧力値P3を保存する。
ステップ２０５では、計測値d3が定められた許容範囲に入っているかどうかを判定し、許容範囲に入っていない場合は、再度ステップ２０３に戻り計測を繰り返す。
許容範囲内に入っている場合は、マスク面はデフォーカスしない程度に平坦であると判断でき終了（ステップ２０６）する。

以上のように、各計測点における変位差を平均化し、平均値を０に近づけていくことにより、最終的にはデフォーカスされない変位差まで、補正していくことが可能になる。
また、マスク１１全面の計測に時間がかかる場合は、最初にマスク１１中心の変位差の一点計測のみで実施例１の方法で行い、次に、マスク１１全面に対して実施例１を行う。
これにより、ステップ２０３〜２０５を繰り返す工程数を減らし、時間的にも短縮する。

次に、図６を参照して、ロット処理中のマスクの経時変化を自動補正し、マスク平坦度を保つ本発明の実施例２を説明する。
本実施例２の装置構成は実施例１と同じで、検出手段であるレーザ変位計１４によりマスク等の原版上の少なくとも１つの検出点に対する経時的な変化量を算出する。
さらに、この変化量が許容範囲を越えたときに、原版に力を加える手段である補正板１２に前記力を発生させる。
実施例２を行う前提として、実施例１を実施し、ある程度のマスク平坦度が保たれているとする。
ロットの露光が開始された（ステップ３０１）際、ステップ３０２にて、ロット先頭基板２０が装置内に搬入される。
基板２０の搬入中もしくは基板２０の搬入後に、マスク面計測（ステップ３０３）を行う。
マスク面計測（ステップ３０３）は、マスク全面に対して計測を行うか、予め決められた数点を計測する。

計測点数は、装置性能により、全体の動作を遅らせないような計測点数を決定する。
変位計計測値の平均値をd1、そのときの圧力値をP1とし保存する。
計測値d1が定められた許容範囲に入っているかどうかを判定（ステップ３０４）する。
許容範囲に入っていない場合は、再度マスク面計測する圧力計算を（ステップ３０５）行う。
圧力値は、初回のマスク面計測（ステップ３０３）の変位計計測値の平均値をd1、圧力値をP1とし、Kは、以前計測したときに保存された係数、もしくは装置調整時に保管された数値を使用し、変更する圧力値P2を求めることができる。
その圧力値で装置のマスクと補正板の間の圧力を制御する。
再度マスク面計測（ステップ３０３）を行い、変位計計測値の平均値d2と、そのときの圧力値をP2とし保存する。
計測値d2が定められた許容範囲に入っているかどうかを判定（ステップ３０４）し、入ってない場合は、P1・P2・d1・d2から式（２）に従いKを算出し保存する。
式（１）とK・P2・d2から次の指定圧力P3を算出する。
ステップ３０３に戻り、マスク面計測を繰り返す。

ステップ３０４で許容範囲内に入っている場合は、マスク面はデフォーカスしない程度に平坦であると判断でき、露光動作（ステップ３０６）する。
露光終了後、次の基板２０がある場合は、基板準備（ステップ３０２）に戻り、ロットの基板がなくなるまで繰り返す。
以上の様に、基板毎にマスク面の変位差を計測し、各計測点における変位差を平均化し、平均値を０に近づけていくことにより、最終的にはデフォーカスされない変位差まで、補正していくことが可能になる。
以上により、マスク１１の吸着による変形、熱膨張による変形等の経時変化を補正し、露光することができる。

次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。
ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）では、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。
ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明の実施例１の露光装置の構成を一部断面して概略的に示した図である。 本発明の実施例１のマスク、補正板、変位計が示されるマスクの撓みの状態図である。 本発明の実施例１のマスクの撓み補正後の状態図である。 従来例のロット処理中のフローチャート図である。 本発明の実施例１の調整時の圧力補正のフローチャート図である。 本発明の実施例２のロット処理中のフローチャート図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図７に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１０：マスクステージ
１１：原版
１２：補正板
１３：圧力配管
１４：レーザ変位計
２０：基板
２１：プレートステージ

Claims (3)

1. 原版からの光を投影する投影光学系を有し、該原版のパターン面と前記投影光学系とを介して基板を露光する露光装置であって、
   前記投影光学系の光軸方向における該パターン面の複数箇所の位置をそれぞれ検出する検出手段と、
   該パターン面に直交する方向において該原版に力を加える手段と、を有し、
   前記検出手段により検出された該パターン面の複数箇所の位置が予め定められた許容範囲内になるように、前記原版に力を加える手段に力を発生させることを特徴とする露光装置。
2. 前記検出手段により前記原版上の少なくとも１つの検出点に対する経時的な変化量を算出し、
   前記変化量が前記許容範囲を越えたときに、前記原版に力を加える手段に前記力を発生させることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 請求項１または２記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
   
   
   
   
   

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