(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度にアライメントまたはキャリブレーションを行う露光装置を提供する。【解決手段】露光装置は、投影光学系の結像特性を計測する計測部を備える。前記計測部は、マスクを配置すべき位置に配置された第１計測パターンＰを有するプレート１５と、基板ステージに配置された第２計測パターン９と、マスクステージを駆動する駆動機構および前記基板ステージを駆動する駆動機構とは別に設けられ、前記第１計測パターンが目標とする像高位置に配置されるように前記プレートを移動するプレート移動機構１６と、前記第１計測パターンＰ、前記投影光学系および前記第２計測パターン９からの光を検出する検出器１０と、を含む。前記計測部は、前記検出部による検出結果から前記結像特性を求める。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクを保持するマスクステージと、基板を保持する基板ステージと、前記マスクのパターンを前記基板の上に投影する投影光学系と、前記投影光学系の結像特性を計測する計測部と、を備え、前記マスクステージと前記基板ステージとを走査方向に駆動しながら前記基板を露光する露光装置であって、
前記計測部は、
前記マスクを配置すべき位置に配置された第１計測パターンを有するプレートと、
前記基板ステージに配置された第２計測パターンと、
前記マスクステージを駆動する駆動機構および前記基板ステージを駆動する駆動機構とは別に設けられ、前記第１計測パターンが目標とする像高位置に配置されるように前記プレートを移動するプレート移動機構と、
前記第１計測パターン、前記投影光学系および前記第２計測パターンからの光を検出する検出器と、
を含み、
前記計測部は、前記検出器による検出結果から前記結像特性を求めることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記プレート移動機構は、前記走査方向と該走査方向と直交する方向との双方に前記プレートを移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記プレート移動機構は、前記マスクステージの上に搭載されて、前記走査方向と直交する方向に前記プレートを移動可能とし、前記プレートは、前記マスクステージの駆動によって前記走査方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
露光領域に応じて前記目標とする像高位置を決定し、前記計測部が前記決定された像高位置における前記結像特性を計測するように前記プレート移動機構を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記露光領域の両端および中点に対応する少なくとも３つの目標とする像高位置を決定することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記プレートは、複数の計測パターンを有し、前記制御部は、前記マスクのパターンに応じて前記複数の計測パターンから前記結像特性の計測に使用する計測パターンを決定することを特徴とする請求項４または５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記複数の計測パターンは、線幅、ピッチ、線の方向の少なくともいずれかが互いに異なるラインアンドスペースパターンであることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
前記計測部は、前記プレートおよび前記プレート移動機構をそれぞれ含む組を複数有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記結像特性は、前記投影光学系のフォーカス位置またはディストーションであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記計測部の計測結果に基づいて前記投影光学系の結像特性を補正するように前記基板ステージの駆動を制御することを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０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、
前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
を含む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、アライメント及びフォーカス等のキャリブレーションを高精度に行う露光装置およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイス（半導体素子、液晶表示素子等）をフォトリソグラフィ工程で製造する際にマスクのパターンを基板に投影露光する露光装置が使用されている。マスクのパターンを感光基板に正確に転写するために、マスクと基板の位置合わせ（アライメント）及び焦点位置合わせ（フォーカスキャリブレーション）を高精度に行うことが露光装置に要求される。
【０００３】
アライメントまたはフォーカスキャリブレーションの方式の一つとして、マスクに対する基板の相対位置計測またはマスクパターンの焦点位置の計測を、投影光学系を介して行うＴＴＬ（Through The Lens）方式が挙げられる。図１はＴＴＬ方式のフォーカスキャリブレーション機能を持つ露光装置の一例の概略図である。図１に示すように照明光学系１から射出した露光光は、マスクステージ３に搭載された実デバイスパターンが描写されているマスク２を透過し、投影光学系４に入射した光は、基板５に到達する。マスク２のパターン面と基板５は投影光学系４により共役な位置関係になっている。そのため、マスク２の実デバイスパターンは、基板５上に投影光学系４を介して投影され転写される。基板５は基板ステージ６に搭載されている。
【０００４】
以下にフォーカスキャリブレーションの一例を示す。マスク２（もしくはマスクステージ３）上に配置されている計測用パターンを照明光学系１で照射するために、主制御部７からマスクステージ制御部８に指令を出し、不図示の干渉計等を用いてマスクステージ３を移動させる。計測パターンの例を図２に示す。計測パターンは光が透過する所定の線幅とピッチのパターン部と遮光する周辺部で構成されている。基板ステージ６上の基板側マーク９がマスク２（もしくはマスクステージ３）上の計測パターンに対応した配置になるように主制御部７から基板ステージ制御部１１に指令を出し、不図示の干渉計等を用いて基板ステージ６を移動させる。
【０００５】
基板側マーク９はマスク２（もしくはマスクステージ３）上の計測パターンに対応した透過パターンである。基板側マーク９の下には基板側マーク９を透過した露光光量を検出する検出器１０が配置されている。基板ステージ６を投影光学系４の光軸方向（Ｚ方向）に微小駆動させ、検出光量が最大となるＺ0の座標位置を処理部１２で算出する。このときの検出光量とＺ方向の座標位置との関係を示したものが図３である。検出光量が最大となる位置は、マスク２の計測パターンと基板側マーク９とが共役な位置関係である場合であり、その光量の最大値を探すことで焦点位置を算出する。算出された焦点位置情報を処理部１２から主制御部７に送信し、主制御部７から基板ステージ制御部１１に指令を出し、基板ステージ６を焦点位置のずれ分だけＺ方向に駆動することでマスクパターンの焦点位置を基板５に合わせることが可能となる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、基板側マークを照明し、投影光学系によりマスク側マークの投影像の反射光を、投影光学系及び２つのマークを介して光量変化を検出することで焦点位置を算出し、フォーカスキャリブレーションを行う方法が示されている。他にも、マスク側マークを照明し、投影光学系及び基板側マークを透過した透過光を検出器で受光し、基板ステージを投影光学系の光軸に垂直な平面内に駆動したときの光量変化を検出することでマスクと基板の相対位置を計測する方法も示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３４８０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＴＴＬ方式のアライメント及びキャリブレーションを高精度に行うために、露光条件に応じて、投影光学系の有効領域内の計測点や計測対象のマークの種類を変更可能とすることが求められる。前述した特許文献１に提案された手法では、基板側マークが基板ステージとともに駆動するので投影光学系の有効領域内の計測点を任意に設定することはできるが、さらに基板側マークと光量の検出器が一体になっているため計測対象のマークの種類が限定される。
【０００９】
そこで、本発明は、高精度にアライメントまたはキャリブレーションを行う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】
【００１０】
本発明は、マスクを保持するマスクステージと、基板を保持する基板ステージと、前記マスクのパターンを前記基板の上に投影する投影光学系と、前記投影光学系の結像特性を計測する計測部と、を備え、前記マスクステージと前記基板ステージとを走査方向に駆動しながら前記基板を露光する露光装置であって、前記計測部は、前記マスクを配置すべき位置に配置された第１計測パターンを有するプレートと、前記基板ステージに配置された第２計測パターンと、前記マスクステージを駆動する駆動機構および前記基板ステージを駆動する駆動機構とは別に設けられ、前記第１計測パターンが目標とする像高位置に配置されるように前記プレートを移動するプレート移動機構と、前記第１計測パターン、前記投影光学系および前記第２計測パターンからの光を検出する検出器と、を含み、前記計測部は、前記検出部による検出結果から前記結像特性を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高精度にアライメントまたはキャリブレーションを行う露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＴＴＬ方式のフォーカスキャリブレーション機能を持つ従来の露光装置を示す図である。
【図２】フォーカスキャリブレーションに用いる計測用パターンの例である。
【図３】検出光量から焦点位置を算出する例である。
【図４】第１実施形態の露光装置の概略図である。
【図５】第１実施形態のプレートの例である。
【図６】第１実施形態の計測時の露光装置の状態を示す図である。
【図７】第２実施形態の露光装置の概略図である。
【図８】第２実施形態の露光方法のフローチャートである。
【図９】第２実施形態のＸ方向の露光範囲の例である。
【図１０】第２実施形態のＸ方向の計測位置の例である。
【図１１】第２実施形態の計測時の露光装置の状態を示す図である。
【図１２】第２実施形態の焦点位置のずれ量と補正量の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
〔第1実施形態〕
図４は、本発明に係る走査型の露光装置の概略図である。なお、図４において図１と同一の部材に関しては同様の参照符号を付して説明は省略する。図４(Ａ)は露光装置全体の正面図、図４(Ｂ)はマスクステージ３周辺の詳細を示す平面図である。まず、走査露光を行う形態について説明する。図４に示すように、照明光学系１から射出された露光光は、マスクステージ３に搭載された実デバイスパターンが描写されているマスク（レチクル）２を透過し、投影光学系４に入射し、感光性の基板（ウエハ）５に到達する。マスク２の実デバイスパターン面と基板５は投影光学系４により共役な位置関係になっている。そのためマスク２の実デバイスパターンは投影光学系４を介し基板５上に投影され転写される。基板５は基板ステージ６に保持されている。マスクステージ３と基板ステージ６が図４のＹ方向に同期走査することでマスク２上の実デバイスパターンが基板５に露光される。
【００１５】
次に、フォーカスキャリブレーションを行う形態について説明する。実デバイスパターンを露光する際の露光条件（露光領域、照明モード、マスクパターン等）を入力する入力部１３と、入力部１３により入力された情報から計測条件（計測位置、パターン）を決定する決定部１４が構成される。プレート１５には線幅、ピッチ、方向等の異なるラインアンドスペースパターンからなる種々のマスク側マーク（第１計測パターン）Ｐが描画されている。プレート１５は、第１計測パターンがＰが目標とする像高位置に配置されるように、プレート移動機構１６によって移動させる。プレート移動機構１６はアクチュエータによってプレートを移動してもよいし、可動機構を設けることで手動で移動してもよい。図４(Ｂ)に示す通り、プレート１５及びプレート移動機構１６の組は、Ｘ方向に間隔を置いて複数配置されている。本実施形態の露光装置は、プレート１５及びプレート移動機構１６の組を複数有しているが、組の数や、組の配置位置は限定されない。
【００１６】
図５にプレート１５の一例を示す。図５のプレート１５にはパターンの方向が異なる４種類の第１計測パターンＰ１〜Ｐ４が描画されているが、第１計測パターンの数や種類は限定されない。プレート移動機構１６はプレート移動機構制御部１７により制御され、投影光学系４の光軸（Ｚ軸）に垂直な平面（ＸＹ平面）内でプレート１５を移動可能になっている。そのため、プレート１５は走査方向およびその直交方向の双方に投影光学系４の有効領域内の任意の像高位置に移動することが可能である。図４のプレート移動機構１６は、マスクステージ３を駆動する機構とは別に間隔をおいて設けられている。しかし、プレート移動機構１６は、マスクステージ３上に搭載されていてもよい。主制御部７からマスクステージ制御部８に指令を出し、マスクステージ３を、マスク２とプレート１５とが互いに干渉しない位置に退避させる。
【００１７】
その後、主制御部７からプレート移動機構制御部１７及び基板ステージ制御部１１に指令を出し、プレート移動機構１６及び基板ステージ６を決定部１４で決定された像高位置（計測位置）、パターンにそれぞれ移動させる。本実施形態では基板側マーク９は基板ステージ６により移動されるが、基板ステージ６とは異なる駆動機構を構成して基板側マーク（第２計測パターン）９を移動させることも可能である。基板側マーク９の下には基板側マーク９を透過した露光光量を検出する検出器１０が配置されている。プレート１５、基板側マーク（第２計測パターン）９、検出器１０およびプレート駆動機構１６は、検出器１０による検出結果から投影光学系４の結像特性を計測する計測部を構成している。計測対象とする投影光学系４の結像特性は、フォーカス位置またはディストーションである。また、計測部は透過光量の検出だけではなく、マークからの反射光を検出するタイプのものであってもよい。
【００１８】
図６に図４の状態からプレート１５と基板側マーク９を計測位置に移動した計測時の露光装置の状態を示す。プレート１５を照明光学系１から射出された露光光で照明し、投影光学系４を介して基板側マーク９を透過した光量を検出器１０で検出する。基板ステージ６をＺ方向に微小駆動させ、検出光量が最大となるＺ0の座標位置を処理部１２で算出して取得する。検出光量が最大となる位置は、プレート１５と基板側マーク９とが共役な位置関係である場合であり、その位置を探すことで焦点位置を算出する。算出された焦点位置情報を処理部１２から主制御部７に送信し、主制御部７から基板ステージ制御部１１に指令を出し、基板ステージ６を焦点位置のずれ分だけＺ方向に駆動することでマスクパターンの焦点位置を基板５に合わせることが可能となる。
【００１９】
〔第２実施形態〕
図７と図８に基づいて露光方法について説明する。図７は、第２実施形態の露光装置を示す概略図である。図７において図４と同一の部材に関しては同様の参照符号を付して説明は省略する。図７(Ａ)は露光装置全体の正面図、図７(Ｂ)はマスクステージ周辺の詳細を示す平面図である。図７(Ａ)は第１実施形態の図４とほぼ同じであるが、Ｙ方向にのみ駆動するマスクステージ３とＸ方向にのみ移動するプレート移動機構１６が１つ構成され、プレート移動機構１６がマスクステージ３の上に搭載されている点が異なる。そのため、本実施形態では、プレート移動機構１６がマスクステージ３と一体になって移動することで、プレート１５が投影光学系４の光軸に垂直な平面（ＸＹ）の任意の位置に移動可能となる。
【００２０】
図８は、図７の構成を用いて、フォーカスキャリブレーションを行い、基板を露光する方法を示すフローチャートである。まず、Ｓ１で、マスク２の実デバイスパターンを基板５に転写する際の露光条件（露光範囲、パターン等）が入力部１３に入力される。図９に本実施形態におけるＸ方向（走査方向と直交する方向）の露光範囲を示す。本実施形態での実デバイスパターンはＹ方向（走査方向）に平行なパターンになっている。Ｓ２で、主制御部７は、マスク２をマスクステージ３にロードする。Ｓ３で、主制御部７は、基板５を基板ステージ６にロードする。Ｓ４で、主制御部７は、焦点位置の補正を行うか否かを判断する。焦点位置を補正しない場合はＳ１２へ進んで露光を行う。
【００２１】
Ｓ５で、決定部１４は、Ｓ１で入力された露光条件から投影光学系４の有効領域内の計測位置、プレート１５の第１計測パターンＰを決定する。図１０に本実施形態におけるＸ方向の計測位置を示す。本実施形態ではＸ方向の露光範囲の両端のＡ点、C点、及び露光範囲の中点（Ｘ＝０）のＢ点を計測する。Ｙ方向に関してはＡ、Ｂ、Ｃ点それぞれの照明範囲の中心を計測する。プレート１５については第１実施形態の図５と同様である。本実施形態では、実デバイスパターンがＹ方向に平行なパターンであるので、同様にＹ方向に平行なパターンである図５の計測パターンＰ１をフォーカスキャリブレーションに使用する。本実施形態では、計測点は３点、第１計測パターンＰは１種類としたが、計測点の数やパターンの種類の数は限定されない。
【００２２】
Ｓ６で、主制御部７は、プレート１５の第１計測パターンＰ１の中心がＳ５で決定した計測位置（計測点Ａ、Ｂ、Ｃ）に配置されるように、マスクステージ３の駆動機構、プレート移動機構１６を用いて所定の位置に移動する。主制御部７からマスクステージ制御部８に指令を出し、マスクステージ３をＹ方向の所定位置に駆動する。同様に、主制御部７からプレート移動機構制御部１７に指令を出し、プレート移動機構１６によりプレート１５をＸ方向の所定位置に移動する。Ｓ７で、主制御部７は、プレート１５に対応した位置に基板側マーク９が配置されるように、基板ステージ制御部１１に指令を出し、基板ステージ６を所定位置に駆動する。図１１に図７の状態からプレート１５と基板側マーク９を計測位置に移動した計測時の露光装置の状態を示す。図１１(Ａ)は露光装置全体の正面図、図１１(Ｂ)はマスクステージ３の詳細を示す平面図である。
【００２３】
Ｓ８で、主制御部７は、焦点位置のずれを計測する。主制御部７は、基板ステージ６をＺ方向に微小駆動させ、検出光量が最大となるＺ0の座標位置を処理部１２で算出する。Ｓ９で、主制御部７は、Ｓ５で決定された全ての計測点の計測が終了しているか否かを判断する。計測が終了していない場合はＳ６に戻り、次の計測条件の焦点位置のずれを計測する。計測が終了している場合はＳ１０に進む。Ｓ１０で、処理部１２は、計測結果に基づいて焦点位置の補正量を算出する。計測点Ａ、Ｂ、Ｃの焦点位置のずれ量をそれぞれＦＡ、ＦＢ、ＦＣとすると、焦点位置の補正量ＣＦは以下の式１で表現される。ただし、焦点位置の補正量ＣＦがＦＡ、ＦＢ、ＦＣの関数である場合には、式１に限定されない。
ＣＦ＝｛（ＦＡ＋ＦＣ）／２＋ＦＢ｝／２・・・（１）
【００２４】
計測点Ａ、Ｂ、Ｃで計測された焦点位置のずれ量と焦点位置の補正量を図１２に示す。Ｓ１１で、処理部１２は、Ｓ１０で算出された焦点位置の補正量を主制御部７に送信し、主制御部７は、基板ステージ制御部１１に指令を出し、基板ステージ６を焦点位置の補正量分だけＺ方向に駆動し、焦点位置を補正する。本実施形態では、基板ステージ６を駆動して焦点位置を補正したが、焦点位置の補正方法は限定されない。Ｓ１２で、主制御部７は、マスクステージ制御部８及び基板ステージ制御部１１に指令を出し、マスクステージ３及び基板ステージ６を露光位置（Ｘ，Ｙ）に移動する。Ｓ１３で、照明光学系１は、露光光によってマスク２を照明し、マスクステージ３と基板ステージ６とがＹ方向に同期して走査されることで、マスク２上のパターンが投影光学系４を介して基板５に１ショット分だけ転写される。
【００２５】
Ｓ１４で、主制御部７は、全てのショットの露光が終了しているか否かを判断する。露光が終了していない場合はＳ１２に戻り、次のショットを露光する。露光が終了している場合はＳ１５に進む。Ｓ１５で、主制御部７は、露光が完了した基板５を基板ステージ６からアンロードする。Ｓ１６で、主制御部７は、すべての基板５へのパターン転写が終了したか否かを判断する。終了していれば露光完了であり、終了していなければＳ３からＳ１５を繰り返す。本実施形態によると、投影光学系４の有効領域内の任意の計測点、パターンを計測可能なフォーカスキャリブレーションを備えた露光が可能となる。
【００２６】
［デバイス製造方法］
次に、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、前述の走査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、前述の走査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。
【００２７】
以上、本発明の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】
【００２８】
２：マスク。３：マスクステージ。４：投影光学系。５：基板。６：基板ステージ。９：基板側マーク（第２計測パターン）。１０：検出器。１５：プレート。１６：プレート移動機構。２０：制御部。Ｐ、Ｐ１〜Ｐ４：マスク側マーク（第１計測パターン）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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