JP2010283171A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
例えば、ステージの移動中のアライメント計測が可能でスループットの点で有利な露光装置を提供する。
【解決手段】
基板（３６）を保持して移動するステージ（３０）と、前記ステージ（３０）上のマーク（６１）の像を検出するラインセンサ（６０ａ，６０ｂ）と、前記ラインセンサ（６０ａ，６０ｂ）の長手方向と直交する方向に前記ステージ（３０）を移動させながら前記ラインセンサ（６０ａ，６０ｂ）により前記像を検出するように前記ステージ（３０）および前記ラインセンサ（６０ａ，６０ｂ）を制御し、前記ラインセンサ（６０ａ，６０ｂ）の出力に基づいて、前記ステージ（３０）上の前記マーク（６１）の位置を算出する処理部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、にリソグラフィーに利用される露光装置に関するものである。

例えば液晶パネル等の製造工程において、露光装置は、プレートに形成されたパターンに対し重ねあわせて走査露光を行なう。当該パターンの形成にあたって熱処理が施されている場合がある。この場合、図１２に示される露光装置のプレートステージ３０に積載されたプレート３６は、熱変形していることがある。よって、プレート３６の熱変形や倍率を計測する必要がある。

そこで、図１２に示されるように、プレートステージ３０上にプレート３６が積載された後、プレートステージ３０およびマスクステージ２０を移動して、マスク２３に形成されたアライメントマークと、プレート３６に形成されたアライメントマークとの相対位置を観察光学系４０により計測する。この計測結果から、マスク２３に対してプレート３６位置決めすることができる。または、マスクステージ２０とプレートステージ３０とを移動してマスク２３に形成されたアライメントマークおよびプレート３６に形成されたアライメントマークの複数組のそれぞれに関して、観察光学系４０を用いて相対位置を計測する。この計測により、マスク２３を基準としたプレート３６の伸縮倍率を求めることができる（特許文献１）。

特開平０９−１９９３９８号公報

液晶パネル等の製造工程においては、露光装置におけるプレート１枚当たりの処理時間を１秒でも早くすることが生産コストを削減するために重要となっている。

一方、マスクステージに搭載されたマスク（原版）とプレートステージに搭載されたプレート（基板）との走査露光中の相対位置は、精度良く計測しなければならない。走査露光を行なっているときは、マスクステージ２０およびプレートステージ３０は、同期を取りながら、例えば７００ｍｍ／ｓｅｃのスピードでＹ方向に移動（走査）する。走査露光のための両ステージの加速に伴って、露光装置の構造体に歪が生じると、走査露光中のマスク２３とプレート３６との相対位置は、目標とするものからずれうる。この点にも留意が必要である。

従来は、マスクステージ２０とプレートステージ３０とを共に静止させた状態で、アライメント計測をしている。一方、マスク２３とプレート３６とを走査移動しながらアライメント計測しようとした場合、プレート２３およびマスク３６は、例えば７００ｍｍ／ｓｅｃのスピードで移動することを考慮しなければならない。

しかし、アライメント計測に使用されている従来のスコープのＣＣＤカメラは、シャッター時間がＮＴＳＣ方式で３３ｍｓｅｃ、プログレッシブ方式でも最短で５ｍｓｅｃ程度である。そのため、最短の５ｍｓｅｃの場合でも、７００ｍｍ／ｓｅｃの速度では、アライメントマーク像が３.５ｍｍ移動する。ミクロンオーダーの計測精度が要求される場合、スコープの倍率を１０倍から６０倍程度とし、視野は１ｍｍ以下となる。そのため、ＣＣＤカメラのシャッター開時間中に３．５ｍｍも被写体が移動した場合、計測は不可能である。
本発明は、例えば、ステージの移動中にアライメント計測が可能でスループットの点で有利な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、基板を保持して移動するステージと、
前記ステージ上のマークの像を検出するラインセンサと、前記ラインセンサの長手方向と直交する方向に前記ステージを移動させながら前記ラインセンサにより前記像を検出するように前記ステージおよび前記ラインセンサを制御し、前記ラインセンサの出力に基づいて、前記ステージ上の前記マークの位置を算出する処理部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ステージの移動中のアライメント計測が可能でスループットの点で有利な露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例の露光装置および露光方法を説明する。
図１を参照して、液晶用のガラス基板のような大型の基板にマスクのパタ−ンを転写する本発明の実施例１の走査型露光装置を説明する。投影光学系１０を挟んで垂直方向の上側にマスクステージ２０が配置され、下側にプレート３６（基板）を保持して移動するプレートステージ３０（ステージ）が配置されている。これらマスクステージ２０とプレートステージ３０は、それぞれ個別に移動可能であり、これらの移動位置はともにレーザ干渉測長器５０により計測制御可能である。

プレートステージ３０は本体ベース３１上に配置したＹステージ３２およびＸステージ３３を有する。なお、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する方向とする。このＸＹステージ上にθＺステージ３４が搭載され、この上にプレートチャック３５を配置し、それにより露光されるべきプレート３６を支持する。従って、プレート３６は、プレートステージ３０によりＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能であると共にＸＹ面内でも回転可能に支持されることになる。θＺステージ３４は、露光時、プレート３６の表面を投影光学系１０のプレート側焦点面に一致させるためのものである。投影光学系１０の下部にはフォーカス検出機構４２が複数個配置されている。フォーカス検出機構４２はプレート３６の高さ、および傾きを検出するためのものである。

マスクステージ２０は、マスクステージ基板２１と、その上に配置されたＸＹθステージ２２とを備え、この上に投影されるべきパタ−ンを有するマスク２３を配置される。従って、マスク２３はＸおよびＹ方向に移動可能であると共にＸＹ面内で回転可能に支持されることになる。マスクステージ２０の上方には、マスク２３とプレート３６の像を投影光学系１０を介して観察できる観察光学系４０が配置され、さらにその上方に照明光学系４１が配置されている。

マスクステージ２０およびプレートステージ３０は共にレーザ干渉測長器５０により位置計測制御される。レーザ干渉測長器５０はレ−ザヘッド５１、干渉ミラ−５２，５３、およびθＺステージ３４に取り付けられた第１の反射ミラ−５４とマスクステージ基板２１に取り付けられた第２の反射ミラ−５５を有する。ここで、レーザ干渉測長器５０のレーザビーム位置は、マスクステージ２０については上下方向（投影光学系１０の光軸方向）では、ほぼ投影光学系１０のマスク側焦点面に、水平面内ではほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定される。プレートステージ３０については水平面内では、ほぼ投影光学系１０の光軸位置に設定されているが、上下方向では投影光学系１０のプレート側焦点面から下側に距離Ｌだけ変位した位置を通るように設定されている。

本実施例１は、走査露光中にリアルタイムにプレート３６の置き位置や伸縮を計測するオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂが搭載された走査型露光装置である。オフアクシススコープ６０ａ、６０ｂを構成するカメラは、プレート３６に形成されたステージ上のアライメントマーク６１（マーク）の像を検出するラインセンサである。オフアクシススコープ６０ａ、６０ｂは、図２に示されるように露光光軸を挟んでＹ方向に前後に搭載され、走査露光の方向がＹ軸プラス方向及びマイナス方向のどちらにも対応できる。
レーザ干渉測長器５０（処理部）は、オフアクシススコープ６０ａ、６０ｂ（ラインセンサ）の長手方向と直交する方向にプレートステージ３０（ステージ）を移動させながらオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂによりアライメントマーク６１（マーク）の像を検出するようにプレートステージ３０およびオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂを制御し、オフアクシススコープ６０ａ、６０ｂの出力に基づいて、プレートステージ３０上のアライメントマーク６１の位置を算出する。
アライメントマーク６１は、長手方向における幅が異なり、レーザ干渉測長器５０（処理部）は、オフアクシススコープ６０ａ、６０ｂによりアライメントマーク６１（マーク）の像を複数回検出するようにプレートステージ３０およびオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂを制御し、プレートステージ３０の移動方向におけるアライメントマーク６１の位置を算出する。
さらに、レーザ干渉測長器５０（処理部）は、長手方向におけるアライメントマーク６１の位置を算出する。さらに、レーザ干渉測長器５０（処理部）は、プレート３６を露光するときのプレートステージ３０の目標走査速度にしたがってプレートステージ３０を移動させる。さらに、レーザ干渉測長器５０（処理部）は、算出されたアライメントマーク６１の位置に基づいて、プレート３６を露光するときのプレートステージ３０の走査移動を制御する。アライメントマーク６１は、プレートステージ３０に保持されたプレート３６上（基板上）のマークおよびプレートステージ３０に形成されたマークの少なくとも一方を含む。

レーザ干渉測長器５０は、プレートステージ３０を走査方向に移動させながらオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂにより複数回検出したときのオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂの出力に基づいてプレート３６の走査方向における位置を算出する。レーザ干渉測長器５０は、さらに走査方向に直交する方向におけるプレート３６の位置を算出する場合もある。レーザ干渉測長器５０は、プレートステージ３０の目標走査速度を設定する。レーザ干渉測長器５０は、プレートステージ３０の目標走査速度とオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂの出力に基づいてプレート３６の走査方向における位置を算出する。レーザ干渉測長器５０は、レーザ干渉測長器５０の出力に基づいてプレートステージ３０の駆動を制御する。すなわち、算出工程の結果に基づいて、プレートステージ３０の駆動を制御する。

図２は、図１の破線部Ａの詳細構成図である。図２（ａ）は、図１と同じく本実施例１の露光装置のオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂの側面図で、図２（ｂ）は、本実施例１の露光装置のオフアクシススコープ６０ａ、６０ｂの平面図である。プレート３６を搭載して移動するプレートステージ３０をＹ方向プラス側に駆動しながら走査露光を行なう場合は、オフアクシススコープ６０ａを使用する。プレートステージ３５をＹ方向マイナス側に駆動しながら走査露光を行なう場合は、オフアクシススコープ６０ｂを使用する。

次に、図３を参照して、オフアクシススコープ６０ａで計測するプレート３６上のアライメントマーク６１の形状について説明する。
図３は、図２における破線部Ｂの詳細構成図である。プレート３６上に敷設されたアライメントマーク６１はＸ軸およびＹ軸に対して角度を有した形状である。さらに計測精度を向上させるため、Ｘ方向に複数個並べて敷設されている。

次に、このマーク６１の計測方法を図４、図５、図６、図７を用いて説明する。
図４は、ラインセンサで構成されたオフアクシススコープ６０ａによりアライメントマーク６１を計測したときの計測波形図である。上述したように走査露光中は７００ｍｍ／ｓｅｃでプレート３６が駆動しているため、計測波形の端部は残像が残る。オフアクシススコープ６０ａに対するアライメントマーク６１の位置のＸ座標については、計測波形の端部に残像が残る場合がある。この場合、図３に示されるアライメントマーク６１のように、Ｙ方向に対して対称なパターンであれば、図６に示されるように残像を含めた波形の中心をＸ座標とすることができる。

さらに、図３で示されるように平均化による精度向上を目的として、アライメントマーク６１がＸ方向に複数敷設されている場合は、複数個検出される波形の平均値からＸ座標を求めることができる。図５に示されるように１つのアライメントマーク６１に対して、複数回計測を行なった場合は、図６（ｄ）で示される計算式のように計測回数分平均化を行なう。これにより、オフアクシススコープ６０ａに対するアライメントマーク６１のＸ座標を求めることができる。

オフアクシススコープ６０ａに対するアライメントマーク６１のＹ座標については、図５で示すようにプレート３６がＹ方向プラス側に駆動している場合を説明する。
図４に示すラインセンサの出力波形から、オフアクシススコープ６０ａのシャッターが開いた直後のアライメントマーク６１のＸ方向長さをＬ１’、オフアクシススコープ６０ａのシャッターが閉じる直前のアライメントマーク６１のＸ方向長さをＬ１’’と見なす。このため計測中のアライメントマーク６１のＸ方向長さはＬ１＝(Ｌ１’’＋Ｌ１’)／２とすることができる。ここで、オフアクシススコープ６０ａのシャッターの開口時間が、例えば、５ｍｓｅｃである場合について説明する。この場合、シャッターの開口後２.５ｍｓｅｃ後に、図３で示すアライメントマーク６１のＸ方向長さがＬ１となる位置で、かつ、オフアクシススコープ６０ａの計測領域中心が来る位置に、プレート３６が移動したこととなる。

さらに、図５で示されるように、この計測をｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２、ｔ＝ｔ３と、１つのアライメントマーク６１に対して複数回計測を実施し、図７に示されるようにｔ１〜ｔ３の各時間に対するアライメントマーク６１のＸ方向長さをグラフ化する。この図７のグラフとプレート３６の駆動速度から、オフアクシススコープ６０ａに対するアライメントマーク６１のＹ方向位置が、Ｘ方向長さが最大となる場所になる時間ｔ０を求めることができる。さらに、アライメントマーク６１のＸ方向長さが最大となる場所から各時間でのオフアクシススコープ６０ａに対するアライメントマーク６１のＹ座標を求めることができる。

本実施例１によれば、計測にはオフアクシススコープを用い、計測結果からプレート位置や伸縮を計算し、リアルタイムに補正を実施しながら、走査露光を実施する。露光動作中にリアルタイムにプレートの伸縮、即ち、シフト成分及び倍率成分を計測することができるため、露光処理にかかる時間を短縮する。さらに、マスクステージとプレートステージの同期駆動中に計測することにより、露光光軸とオフアクシススコープの相対位置関係（ベースライン）を、走査露光中の露光装置の構造体の歪みを加味して計測する。このため、ベースライン計測の精度が向上する。

次に、図８および図９を参照して、マスクステージ２０とプレートステージ３０が同期駆動中に、露光光軸に対するオフアクシススコープのＸ座標及びＹ座標（ベースライン）計測を実施する本発明の実施例２の走査型露光装置の構成について説明する。
図９は、図８の破線部Ｃを示し、ＴＴＬアライメントスコープ１００とオフアクシススコープ６０の位置関係を示す。図９（ａ）は、図８と同じく側面図であり、ＴＴＬアライメントスコープ１００とオフアクシススコープ６０の位置関係を示している。図９（ｂ)は、平面図で、装置の上部からＴＴＬアライメントスコープ１００とオフアクシススコープ６０の位置関係を示す。ＴＴＬアライメントスコープ１００は、ラインセンサで構成される。

次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施例２の走査型露光装置において、マスクステージ２０とプレートステージ３０が同期駆動中の露光光軸に対するオフアクシススコープ６０の位置（ベースライン）計測方法を説明する。
図１０（ａ）は、ｔ＝ｔ１の時にプレートステージ３０上に敷設されたアライメントマーク６１が、オフアクシススコープ６０の計測位置に来たときの状態を示す。オフアクシススコープ６０に対するアライメントマーク６１のＸ座標およびＹ座標の計測方法については、図４、図５、図６、図７を参照して上記にて説明したとおりである。この結果、求められたオフアクシススコープ６０に対するアライメントマーク６１の相対位置を図１０（ａ）に示されるようにＤ１とする。

図１０（ｂ）は、マスク２３に敷設されたキャリブレーションマーク６２が、光軸中心位置に来たとき（ｔ＝ｔ２）の図９の破線部Ｄの状態を示す。
キャリブレーションマーク６２とｔ＝ｔ１時に計測したアライメントマーク６１が光軸中心で一致し、かつ、アライメントマーク６１をキャリブレーションマーク６２が挟み込むように、アライメントマーク６１をプレート３６に設ける。さらに、キャリブレーションマーク６２をマスク２３に設ける。この状態で、ＴＴＬアライメントスコープ１００を使用してアライメントマーク６１とキャリブレーションマーク６２の相対位置を計測する。ＴＴＬアライメントスコープ１００で使用する観察光は、露光光と波長の異なる光を使用し、プレート３６が露光されないようする。

図１１は、本発明の実施例２の走査型露光装置におけるＴＴＬアライメントスコープ１００で計測した波形を示す。マスク２３およびプレート３６が７００ｍｍ／ｓｅｃで駆動中に計測を実施するため、アライメントマーク６１およびキャリブレーションマーク６２の端部に残像が残る。しかし、図１０（ｂ）で示すように、アライメントマーク６１およびキャリブレーションマーク６２がＹ方向に対して対称な形状であれば、波形の中心位置をＸ座標とすることができる。図１１に示す波形から、キャリブレーションマーク６２に対するアライメントマーク６１のＸ座標を求めることができる。

さらに、図１１に示す波形のＬｍ１’とＬｍ１’’の平均値から図１０示されるＬｍ１が求められ、ｔ＝ｔ２時にＴＴＬアライメントスコープ１００の視野に対して、キャリブレーションマーク６２のＸ方向長さがＬｍ１となる位置であったことを検知できる。精度向上のため、Ｘ方向に並んでキャリブレーションマーク６２を敷設すれば、平均化効果を用いてキャリブレーションマーク６２のＹ座標を求めることができる。

アライメントマーク６１のＹ座標についても同様に、図１１に示されるＬｐ１’とＬｐ１’’の平均値から図１０に示されるＬｐ１が求められる。さらに、ｔ＝ｔ１時にＴＴＬアライメントスコープ１００の視野に対してアライメントマーク６１のＸ方向長さがＬｐ１となる位置であったことを検知できる。キャリブレーションマークの時と同様に、Ｘ方向に並んでアライメントマークを敷設すれば、平均化効果を用いてキャリブレーションマーク６２に対するアライメントマーク６１のＹ座標を求めることができる。

さらに、この処理を図５に示すように１つのアライメントマーク６１およびキャリブレーションマーク６２に対して、複数回計測する。この複数回の計測により、ＴＴＬアライメントスコープ１００に対するアライメントマーク６１およびキャリブレーションマーク６２のＹ座標をさらに精度良く求めることができる。この結果、求められらキャリブレーションマーク６２（光軸中心）に対する、アライメントマーク６１のずれ量を図１０（ｂ）に示されるようにＤ２とする。
図１０に示されるようにプレート３６の駆動速度をｖとすれば、ｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ２の間にプレート３６に敷設されたアライメントマーク６１の駆動量Ｓは、ｓ＝(t２‐t１)×ｖで求めることができる。以上の結果からベースラインＢＬは、ＢＬ＝ｓ−Ｄ１＋Ｄ２で求めることができる。

（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程と、を経ることにより形成、製造される。現像された基板を加工する工程には、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む。

本発明の実施例１の露光装置の構成図である。 本発明の実施例１におけるオフアクシススコープの構成図である。 本発明の実施例１におけるアライメントマークの例を構成図である。 本発明の実施例１におけるオフアクシススコープに構成されたラインセンサの出力波形の例の説明図である。 本発明の実施例１および実施例２におけるオフアクシススコープによるアライメントマーク計測のタイミング説明図である。 本発明の実施例１におけるオフアクシススコープによるアライメントマークのＸ座標の計測方法の説明図である。 本発明の実施例１におけるオフアクシススコープによるアライメントマークのＹ座標の計測方法の説明図である。 本発明の実施例２の露光装置の構成図である。 本発明の実施例２におけるＴＴＬアライメントスコープとオフアクシススコープの関係の説明図である。 本発明の実施例２におけるベースライン計測の方法の説明図である。 本発明の実施例２におけるＴＴＬアライメントスコープによるキャリブレーションマークとアライメントマークの相対位置を計測する方法の説明図である。 従来例の露光装置の構成図である。

１０：投影光学系 ２０：マスクステージ ２１：マスクステージ基板
２２：ＸＹθステージ ２３：マスク ３０：プレートステージ
３１：本体ベース ３２：Ｙステージ ３３：Ｘステージ
３４：θZステージ ３５：プレートチャック ３６：プレート
４０：観察光学系 ４１：照明光学系 ５０：レーザ干渉測長器
５１：レ−ザヘッド ５２：干渉ミラー ５３：干渉ミラー
５４：第１の反射ミラー ５５：第２の反射ミラー ６０：オフアクシススコープ
６１：アライメントマーク ６２：キャリブレーションマーク
１００：ＴＴＬアライメントスコープ

Claims (7)

1. 基板を保持して移動するステージと、
   前記ステージ上のマークの像を検出するラインセンサと、
   前記ラインセンサの長手方向と直交する方向に前記ステージを移動させながら前記ラインセンサにより前記像を検出するように前記ステージおよび前記ラインセンサを制御し、前記ラインセンサの出力に基づいて、前記ステージ上の前記マークの位置を算出する処理部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記マークは、前記長手方向における幅が異なり、
   前記処理部は、前記ラインセンサにより前記像を複数回検出するように前記ステージおよび前記ラインセンサを制御し、前記ステージの移動方向における前記マークの位置を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記処理部は、前記長手方向における前記マークの位置を算出する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記処理部は、前記基板を露光するときの前記ステージの目標走査速度にしたがって前記ステージを移動させる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
5. 前記処理部は、算出された前記マークの位置に基づいて、前記基板を露光するときの前記ステージの走査移動を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の露光装置。
6. 前記マークは、前記ステージに保持された前記基板上のマークおよび前記ステージに形成されたマークの少なくとも一方を含む、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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