(57)【要約】【課題】  スループットを向上させるとともに、露光むらを低減した露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】  光源と、基板を搭載して移動するステージと、前記ステージの速度を変化させながら前記基板を露光するように、前記光源および前記ステージを制御する制御部と、露光のための光路に挿入可能に配置され、前記ステージの速度変化に応じた透過率分布を有するフィルタと、前記ステージの走査に同期させて前記フィルタを走査させる駆動手段と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
基板を搭載して移動するステージと、
前記ステージの速度を変化させながら前記基板を露光するように、前記光源および前記ステージを制御する制御部と、
露光のための光路に挿入可能に配置され、前記ステージの速度変化に応じた透過率分布を有するフィルタと、
前記ステージの走査に同期させて前記フィルタを走査させる駆動手段と、を備えることを特徴とする走査型露光装置。
【請求項２】
前記フィルタは、走査方向において、端部の透過率が中央部の透過率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記ステージの目標速度にもとづいて前記フィルタの目標速度を算出し、該フィルタの目標速度にもとづいて前記フィルタを走査させることを特徴とする請求項１に記載の走査型露光装置。
【請求項４】
複数のフィルタのうち１つを選択的に前記光路に挿入する挿入手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の走査型露光装置。
【請求項５】
前記挿入手段は、前記ステージの目標速度と前記複数のフィルタの透過率分布とに基づいて、複数のフィルタのうち前記ステージの目標速度と最も相関度が高い透過率分布を有するフィルタを前記光路に挿入することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の走査型露光装置。
【請求項６】
前記フィルタは透過率分布が異なる複数の領域を有し、
前記挿入手段は、前記ステージの目標速度と前記複数の領域の透過率分布とに基づいて、複数の領域のうち前記ステージの目標速度と最も相関度が高い透過率分布を有する領域を前記光路に挿入することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の走査型露光装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された前記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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示デバイスを製造するためのデバイス製造工程において、露光装置が用いられる。露光装置は、レチクル（原版）に描かれた回路パターンをウエハ（基板）に転写する装置である。露光装置にもさまざまなタイプがあるが、パルス光源を用いた走査型露光装置が主流となっており、露光時にウエハを搭載したウエハステージと、レチクルを搭載したレチクルステージが同期して走査される。
【０００３】
パルス光源を用いた走査型露光装置において、ウエハに照射される露光量を一定にして露光むらを低減するために、パルス光源のパルス発光時刻およびパルス発光間隔、ウエハステージの走査速度を適切に設定することが重要である。
【０００４】
図７（Ａ）は、走査露光するときのレチクルステージの速度を示す図、図７（Ｂ）は同じ期間におけるウエハステージの速度を示す図、図７（Ｃ）は同じ期間におけるパルス光源の発光頻度を示す図である。
【０００５】
図７（Ｃ）に示すように、従来はレチクルステージとウエハステージがともに定速のときに、一定の発光頻度によりパルス発光をすることによって、露光量の均一化を図っていた。すなわち、加速時および減速時にはパルス発光を露光に使用していない。
【０００６】
また、特許文献１及び特許文献２には、ウエハステージが加速および減速しているときにも露光を行うことが記載されている。具体的には、ウエハステージの速度に応じて単位時間当たりの露光量を変化させてウエハ上に均一に露光するようにしている。これにより、図２の場合に比べてスループットを向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−２２３６６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように露光量を変化させるためには、パルス光の発光間隔を変化させたり、光源の発光強度を変化させることが考えられる。例えば、露光中のウエハステージの最大速度が５００［ｍｍ／ｓｅｃ］、最小速度が５０［ｍｍ／ｓｅｃ］である場合には、発光間隔または発光強度を１〜１０倍の範囲で変化させる必要がある。
【０００９】
しかしながら、様々な理由によりパルス光の発光間隔や光源の発光強度の可変幅は制限されることが多い。例えばエキシマレーザにおいては、以下のような理由により可変幅が制限される。
（１）発光間隔の可変幅の制限
露光光の光学性能として中心波長安定性、線幅安定性、エネルギ安定性が重要であるが、パルス光の発光間隔によりこれらの特性が変化してしまう。例えば、発光間隔を大きく変化させた場合には、光源を収容するチャンバ内部におけるガスの影響によりエネルギ安定性が悪化する現象が生じうる。また、チャンバ内部の音響波の影響により特定の発光間隔において線幅安定性が悪化する現象が生じうる。そのため、エキシマレーザは発光間隔が所定の有限範囲内である場合に所定の光学性能を満たす設計になっている。
（２）発光強度の可変幅の制限
現行のエキシマレーザの発光強度は、定格発光強度に対して、±１５［％］程度の範囲でしか変化させることができない。なぜなら、発光強度が低過ぎると、チャンバ内部の励起状態を安定に保つことができずにパルス毎のエネルギ安定性が悪化してしまい、発光強度が高過ぎると、チャンバ内部にある光学素子にダメージを与えてしまい、光学素子の寿命を縮めてしまうためである。
【００１０】
すなわち、このような制限により、露光むらが十分に低減されないという問題があった。本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、スループットを向上させるとともに、露光むらを低減した露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明では、光源と、基板を搭載して移動するステージと、前記ステージの速度を変化させながら前記基板を露光するように、前記光源および前記ステージを制御する制御部と、露光のための光路に挿入可能に配置され、前記ステージの速度変化に応じた透過率分布を有するフィルタと、前記ステージの走査に同期させて前記フィルタを走査させる駆動手段と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スループットを向上させるとともに、露光むらを低減した露光装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】濃度フィルタの透過率分布を示す図
【図２】露光時のステージ速度および照度を示す図
【図３】走査型露光装置の構成図
【図４】本発明における露光シーケンスを示す図
【図５】走査露光における各パラメータを示す図
【図６】変形例を示す図
【図７】露光時のステージの速度を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図３に本実施例における走査型露光装置の概略図を示す。
露光装置は、光源９からの光束を用いてレチクル（原版）を照明する照明光学系８と、レチクル２１を搭載して移動するレチクルステージ２２と、投影光学系２３と、ウエハ（基板）２６を搭載して移動するウエハステージ２５等を備える。
【００１５】
光源９としてエキシマレーザが使用され、光源制御部３１により光源９が制御される。照明光学系８は、ビーム整形光学系１０と、オプティカルインテグレータ１１と、絞りターレット１２と、ハーフミラー１３と、コンデンサレンズ１５，１８と、可変スリット１６と、マスキングブレード１７、濃度フィルタ４０と、ミラー１９等を備える。
【００１６】
光源９からの光束は、ビーム整形光学系１０によって所定の形状に整形されて、オプティカルインテグレータの光入射面に導光される。オプティカルインテグレータ１１は複数の微小なレンズにより構成され、光出射面近傍において多数の２次光源を形成する。オプティカルインテグレータ１１からの光束は、絞りターレット１２の絞りを通過する。絞りは前述の２次光源面の大きさを制限する。絞りターレット１２には複数の絞りが埋設され、複数の絞りには照明モード番号が付されている。複数の絞りとして、例えばコヒーレンスファクタσ値を複数種設定するために用意された、円形開口面積が互いに異なる複数の開口絞りや、輪帯照明のために用意されたリング形状絞りや、四重極絞りなどが挙げられる。これらの絞りの中から必要な絞りが選択され、光路に挿入される。絞りターレット１２を通過した光束は、一部の光がハーフミラー１３によって反射されて光電変換装置１４に導光される。
【００１７】
ハーフミラー１３を通過した光束はコンデンサレンズ１５を介して可変スリット１６およびマスキングブレード１７に導光される。可変スリット１６は、光束の一部を遮光して矩形状または円弧形状のスリット光を形成する。マスキングブレード１７は、移動可能な遮光部を備え、走査露光時に遮光部を同期して走査させることによって、レチクル上の露光すべきパターン以外の領域が露光されることを防ぐ。また、可変スリット１６およびマスキングブレード１７の近傍には濃度フィルタ４０が配置されるが、濃度フィルタ４０の詳細については後述する。なお、図３では、ウエハステージの走査方向に対応する方向についても「走査方向」として示している。
【００１８】
スリット光はコンデンサレンズ１８、ミラー１９、レンズ２０を介してレチクル２１上に照度および入射角が均一化されて結像する。ここで、レチクルのパターン面はマスキングブレード１７の光学的共役面となっている。レチクル２１を透過したスリット光は、投影光学系２３を介してウエハ２６上に結像される。ここで、ウエハ２６の表面はレチクル２１のパターン面の光学的共役面となっている。また、ウエハ２６の表面にはフォトレジスト層（感光剤を塗布した層）が形成されている。露光時には、ウエハ２６を搭載したウエハステージ２５とレチクル２１を搭載したレチクルステージ２２は同期して走査され、これによりレチクル２１のパターンがウエハ２６上に転写される。ウエハステージおよびレチクルステージの制御は、ステージ制御部２８により行われる。これらの制御部２８、３１により、各ステージの速度を変化させながらウエハを露光することが可能となる。
【００１９】
また、投影光学系２３の周辺にウエハ２６の表面位置を検出するためのフォーカス検出系２４が配置される。フォーカス検出系２４は、ウエハ２６の表面に光を照射する発光部と、ウエハ２６の表面で反射された光を受光する受光部とを備え、ウエハ２６のＺ方向に関する表面位置を検出する。露光時には、フォーカス検出系２４の出力にもとづいて、投影光学系２３の結像面にウエハ２６の表面を一致させるようにウエハステージ２６が駆動される。
【００２０】
ウエハステージ２５上には光電変換装置２７が搭載される。ウエハに露光をする前に、光電変換装置２７と光電変換装置１４との相関関係を取得しておき、露光時には光電変換装置１４の出力とその相関関係とにもとづいて、ウエハ上の光量としてモニタするようにしている。これらの演算処理は、露光量に関する制御を行う露光量制御部２９で行われる。
【００２１】
露光装置全体の制御を行う主制御部３０は、各制御部３１、２８、２９と通信可能になっており、さらに入力装置３２、記憶装置３３、表示装置３４と通信可能になっている。主制御部３０は、入力装置３２に入力、または記憶装置３３に記憶された積算露光量に関する情報にもとづいて、露光条件を決定する。積算露光量に関する情報として、ステージの移動距離とウエハ面に照射されるべき積算露光量との関係である、露光量プロファイル、積算露光量の要求精度、絞り形状などが挙げられる。算出される露光条件として、ウエハステージ２５の走査速度の最大値、ショットに対応する速度プロファイル、光源の発光周波数、光源の発光パルス数、露光開始パルス数、可変スリットの駆動目標値などが挙げられる。これらの露光条件のうち、光源９の発振周波数、発光パルス数、露光開始パルス数は、光源制御部３１に設定され、ウェハステージ１７の走査速度はステージ制御部２８に設定される。なお、入力装置への入力は、マンマシンインターフェイス若しくはメディアインターフェイスのいずれで行われてもよい。
【００２２】
光源制御部３１は、主制御系３０から送られた露光条件と、露光量演算部２９から送信される露光量に関する信号とにもとづいて、所望の露光量になるように、光源９の発振周波数とレーザ出力を制御する。
【００２３】
以下、本発明の特徴である濃度フィルタ４０について説明する。
図１（ａ）は、濃度フィルタ４０を示す図である。濃度フィルタ４０は、露光のための光路に挿入可能に配置され、ステージの速度変化に応じた透過率分布を有する。すなわち、濃度フィルタ４０は、図１（ｂ）に示すように、走査方向に関して透過率分布を有し、端部の透過率が中央部の透過率よりも小さくなっている。濃度フィルタ４０は駆動部（駆動手段）４１により、ウエハステージ２５の走査に同期して走査される。駆動部４１として、リニアモータやボールねじを用いた回転モータなど、公知のものを適用できる。また、駆動部４１はフィルタ制御部４２により制御され、フィルタ制御部４２は主制御部３０と通信可能となっている。
【００２４】
照度をＩ（ｔ）［Ｗ／ｍ２］、スリット光の幅をＷ［ｍｍ］、走査速度をＶ（ｔ）［ｍｍ／ｓ］とすると、ウエハ上の積算露光量Ｄ（ｔ）［Ｊ／ｍ２］は式（１）で表される。
Ｄ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）×Ｗ／Ｖ（ｔ）      （１）
本発明において、上述のように、走査方向に透過率分布をもつ濃度フィルタ４０がウエハステージに同期して走査されるため、光源からウエハまでの光の透過率はＴ（ｔ）として表せる。
【００２５】
したがって、単パルス当りの露光量をＥ（ｔ）［Ｊ／ｍ２］、レーザの発振周波数をｆ（ｔ）［Ｈｚ］、光源からウエハまでの光の透過率をＴ（ｔ）とすると、照度は以下の式で表せる。
Ｉ（ｔ）＝Ｅ（ｔ）×ｆ（ｔ）×Ｔ（ｔ）      （２）
式（１）、式（２）から以下のようになる。
Ｄ（ｔ）＝Ｅ（ｔ）×ｆ（ｔ）×Ｔ（ｔ）×Ｗ／Ｖ（ｔ）      （３）
【００２６】
本発明では、スループットを向上させるために、ウエハステージを加速及び減速している間にも露光を行う。そこで、均一な積算露光量を得るために、照度Ｉ（ｔ）がウエハステージの走査速度（目標速度）に比例するように、濃度フィルタ４０の透過率分布および走査速度（目標速度）を設定している。具体的には、図２（ａ）のようなウエハステージの走査速度に対して図２（ｂ）のような照度となるように、透過率分布およびフィルタ走査速度を設定して、１ショットを露光するときの積算露光量の変動を低減させている。
【００２７】
また、透過率分布が異なる複数の濃度フィルタを格納するホルダーと、ホルダーから取り出された濃度フィルタを光路に挿入するハンド（挿入手段）とを備える。挿入手段の構成は特に限定されるものではなく、駆動部４１が挿入機能を兼ねていても良い。このように複数の濃度フィルタを選択的に挿入可能にすることで透過率分布を変更可能としている。なお、濃度フィルタ４０の配置場所については、図３の構成にかぎるものではなく、たとえば、レチクルの近傍に構成してもよい。また、本実施例では、単パルス当りの光量Ｅ（ｔ）、発振周波数Ｆ（ｔ）、露光光幅Ｗ（ｔ）を変化させて微調整することによって、照度が走査速度に比例するようにしている。
【００２８】
つぎに、本実施例における露光シーケンスについて説明する。図４は、露光シーケンスを表すフローチャートである。
【００２９】
Ｓ１０１において、濃度フィルタ４０の透過率を計測する必要があるかどうかを判断する。主制御部は、記憶装置３３を参照して透過率に関するデータがない場合には透過率を計測する必要があると判断してＳ１０２に移る。透過率に関するデータがある場合には、予め設定された条件にしたがい、透過率を計測する必要があるかどうかを判断する。例えば、前回透過率を計測した時点から一定期間が経過している場合には透過率を計測するようにしてもよい。透過率の計測が不要と判断された場合には、Ｓ１０３に移る。なお、この判断は露光装置が自動的に行わずにユーザが行うようにしてもよい。
【００３０】
Ｓ１０２において、濃度フィルタ４０の透過率を計測する。濃度フィルタ４０およびウエハステージを所定の速度で走査させるとともに照度Ｉで光電変換装置２７に光を照射させて、光電変換装置２７の出力を得ることによって透過率分布を計測する。計測した結果は、記憶装置３３に記憶される。その後、Ｓ１０３に移る。
【００３１】
Ｓ１０３において、ウエハステージ上にウエハを搬入する。プリアライメント、アライメント、フォーカス計測などの各種処理がなされる。
【００３２】
Ｓ１０４において、露光条件を算出する。具体的には、予め設定された積算露光量、照度、露光光幅にもとづいて走査速度の最大値、ショットに対応する速度プロファイル、露光開始パルス数を算出する。この際に走査速度の最大値が装置（例えば、駆動機構や制御系）によって決まる上限値を超えた場合には、装置の照度を調整して再度設定することによって、走査速度の最大値が上限値を超えないようにする。つぎに、照度とウエハステージの速度のスケールを合わせて偏差を求める。
【００３３】
例えば、図５（ａ）のように、露光開始および露光終了の付近で照度がウエハステージの速度よりも大きい場合には、露光開始および露光終了の付近で過度に露光をすることになる。そこで、露光開始および露光終了の付近で照度を低くするために、単パルスあたりの露光量、発振周波数、露光光幅のいずれかを可変幅の範囲内で調整する。図５（ｂ）は、単パルスあたりの露光量を調整した例を示す。なお、単パルスあたりの露光量、発振周波数、露光光幅の２つ以上を用いて照度を調整してもよい。
【００３４】
Ｓ１０５において、露光条件の判定を行う。具体的には、照度とウエハステージの速度との偏差が所定値より小さいかどうか判定する。所定値よりも小さい場合には、Ｓ１１１に移って露光条件を設定する。所定値よりも大きい場合には、Ｓ１０６に移る。
【００３５】
Ｓ１０６において、フィルタ制御部４２は、濃度フィルタの変更を行う。ここで、Ｓ１０４で算出されたウエハステージの速度プロファイルにもとづいて、相関度が最も高い透過率分布をもつ濃度フィルタを選択し、その濃度フィルタに切り替えることが好ましい。
【００３６】
Ｓ１０７において、濃度フィルタの透過率を計測する必要があるかどうかを判断する。主制御部は、記憶部３３を参照して透過率に関するデータがない場合には透過率を計測する必要があると判断してＳ１０８に移る。透過率に関するデータがある場合には、予め設定された条件にしたがい、透過率を計測する必要があるかどうかを判断する。例えば、前回透過率を計測した時点から一定期間が経過している場合には透過率を計測するようにしてもよい。透過率の計測が不要と判断された場合には、Ｓ１０９に移る。なお、この判断は露光装置が自動的に行わずにユーザが行うようにしてもよい。
【００３７】
Ｓ１０８において、濃度フィルタ４０の透過率を計測する。濃度フィルタ４０およびウエハステージを所定の速度で走査させるとともに照度Ｉで光電変換装置２７に光を照射させて、光電変換装置２７の出力を得ることによって透過率分布を計測する。計測した結果は、記憶装置３３に記憶される。その後、Ｓ１０９に移る。
【００３８】
Ｓ１０９において、露光条件を算出する。具体的には、予め設定された積算露光量、照度（発振周波数、単パルスあたりの光量）、露光光幅にもとづいて走査速度の最大値、ショットに対応する速度プロファイル、露光開始パルス数を算出する。この際に走査速度の最大値が装置（例えば、駆動機構や制御系）によって決まる上限値を超えた場合には、装置の照度を調整して再度設定することによって、走査速度の最大値が上限値を超えないようにする。つぎに、照度とウエハステージの速度のスケールを合わせて偏差を求める。
【００３９】
Ｓ１１０において、露光条件の判定を行う。具体的には、照度とウエハステージの速度との偏差が所定値より小さいかどうか判定する。所定値よりも小さい場合には、Ｓ１１１に移って露光条件を設定する。所定値よりも大きい場合には、Ｓ１０６に移る。
【００４０】
Ｓ１１１において、設定された露光条件を各制御ユニットに送信する。光源の発振周波数、単パルスあたりの光量、発光パルス数は光源制御部に送り、走査速度の最大値、速度プロファイルはステージ駆動制御系に送る。
【００４１】
Ｓ１１２において、設定された露光条件にもとづいて露光を行う。Ｓ１１３において、各ショットの露光結果の判定を行う。具体的には、露光中の光品位（レーザの波長、線幅の性能）を確認する処理と、各ショットに対する露光量を確認する処理とを行う。光品位を確認する処理では、露光中にモニタリングされたレーザ波長および線幅を設定値と比較して、誤差やパルス毎のばらつきを算出する。算出された値が設定値を超えた場合には、そのショットは露光エラーとする。また、露光量を確認する処理では、露光中にモニタリングされた光電変換装置１４の出力と設定値とを比較して、誤差やパルス毎のばらつきを算出する。算出された値が設定値を超えた場合には、そのショットはエラー露光とする。上述のエラー露光が生じた場合には、エラー情報をオペレータに通知する。Ｓ１１４において、未露光のショットが存在する場合にはＳ１０４に移り、すべてのショットが露光された場合にはＳ１１５に移る。Ｓ１１５において、ウエハステージからウエハを回収する。Ｓ１１６において、露光をすべきウエハがある場合にはＳ１０３に移る。
【００４２】
上述の実施例において、制御系の構成は適宜変更が可能である。例えば、上述した各制御部の機能の一部または全部を主制御部にもたせてもよく、逆に主制御部の機能の一部を各制御部にもたせてもよい。
【００４３】
（変形例）
上述の構成に代えて、図６に示すような濃度フィルタを用意してもよい。この濃度フィルタは、走査方向および非走査方向の両方に透過率が異なる分布を有しており、ショットサイズに対して大きなサイズとなっている。この構成により、濃度フィルタを走査方向および非走査方向に駆動させることによって、１枚の濃度フィルタによって様々な透過率の変化を与えることができる。例えば、ウエハステージの走査速度が一定の場合には領域Ａを露光光が通過するように濃度フィルタを駆動し、走査速度を変化させる場合には領域Ｂを露光光が通過するように濃度フィルタを駆動する。
【００４４】
（デバイス製造方法）
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
８  照明光学系
９  光源
２１  レチクル
２２  レチクルステージ
２５  ウエハステージ
２６  ウエハ
４０  フィルタ
４１  駆動部
４２  フィルタ制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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