JP2007184357A - センサユニット、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】なるべく基準マークを透過した光だけを検出するように構成したセンサユニット、露光装置及びデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】第１のマーク１０３と、第２のマーク１０４と、前記第１のマークを透過した光を検出する第１のセンサ１０１と、前記第２のマークで反射した光を検出することにより、前記第１のマークの位置を計測する第２のセンサ１０２と、前記第２のマークを透過した光を遮光する遮光部材１０５とを有することを特徴とするセンサユニット１００を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、レチクルのパターンでウェハを露光する露光装置に関し、特に、光を検出するセンサユニットを有する露光装置に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハに投影して回路パターンでウェハを露光する露光装置が従来から使用されている。

露光装置では、形成するパターン線幅が非常に微細化しているため、計測に利用されるパターンが微細化されるなど構成要素毎に細かな改良が加えられており、例えば、投影光学系のフォーカス面を計測するセンサユニットが提案されている。例えば、特許文献１乃至３参照のこと。

ここでのセンサユニットは、基準マークを透過してきた光をセンサで受光することによって投影光学系のフォーカス面を計測するものである。基準マークが配置された基板上には、本計測を行うまでに基準マークの位置調整を行うための粗検知用マークなどが、基準マークと混在して配置されている。その粗検知用マークは、そのマークで反射した光がセンサで検出されることにより、そのマークが検出される反射型のマークである。
特開２００５−１７５４００号公報 特開２００５−１６６７２２号公報 特開２００５−１７５０３４号公報

従来は、基準マークを透過した光を検出する際に、粗検知用マーク等の反射型のマークを透過した光も、同時にセンサで検出してしまっており、それが、わずかにＳ／Ｎ比を悪化させていた。

しかし、計測精度への要求が高まるにつれ、Ｓ／Ｎ比をより一層改善する必要が増し、そのようなわずかなＳ／Ｎ比の悪化も無視できなくなってきた。

そこで、本発明は、なるべく基準マークを透過した光だけを検出するように構成したセンサユニット、露光装置及びデバイス製造方法を提供する。

本発明の一側面としてのセンサユニットは、第１のマークと、第２のマークと、前記第１のマークを透過した光を検出する第１のセンサと、前記第２のマークで反射した光を検出することにより、前記第１のマークの位置を計測する第２のセンサと、前記第２のマークを透過した光を遮光する遮光部材とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、レチクルのパターンで被露光体を露光する露光装置であって、第１のマークと、第２のマークと、前記第１のマークを透過した光を検出する第１のセンサと、前記第２のマークで反射した光を検出することにより、前記第１のマークの位置を計測する第２のセンサと、前記第２のマークを透過した光を遮光する遮光部材とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上記露光装置を用いて前記被露光体を露光する露光ステップと、前記露光された前記被露光体を現像する現像ステップとを有することを特徴とする。

本発明は、高精度な検出が可能なセンサユニット、露光装置及びデバイス製造方法を提供することができる。

以下、図１を参照して、本発明の例示的な露光装置１について説明する。ここで、図１は、露光装置１の概略ブロック図である。露光装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、レチクルステージ２０と、投影光学系３０と、ウェハステージ４０と、センサユニット１００とを有する。

露光装置１は、例えば、ステップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン方式でレチクル（マスク）ＲＣに形成された回路パターンをウェハＷに露光する投影露光装置である。以下、本実施形態ではステップアンドスキャン方式の露光装置を例に説明する。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲＣを照明し、光源部１１と照明光学系１３とを有する。

光源部１１は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができる。レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部１１に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系１２は、光源部１１からの光でレチクルＲＣを照明する光学系である。

レチクルステージ２０は、レチクルＲＣを支持する。レチクルステージ２０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。

レチクルＲＣは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクルＲＣから発せられた回折光は投影光学系３０を通りウェハＷ上に投影される。ウェハＷは被処理体でありレジストが塗布されている。レチクルＲＣとウェハＷとは共役の関係にある。

投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する反射屈折光学系等を使用することができる。

ウェハＷは、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。

ウェハステージ４０は、ウェハＷを支持する。ウェハステージ４０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステージ４０はリニアモータを利用してＸＹ方向にウェハＷを移動することができる。レチクルＲＣとウェハＷは、例えば、同期走査され、レチクルステージ２０とウェハステージ４０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ４０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。ウェハステージ４０及び投影光学系３０は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

本実施例では、センサユニット１００は、投影光学系３０の焦点位置の計測に使用される。

センサユニット１００は、第１のセンサ１０１と、第２のセンサ１０２と、第１のマーク１０３と、第２のマーク１０４と、遮光部材１０５とを有する。

第１のセンサ１０１は、第１のマーク１０３を透過した光を検出する。また、第１のセンサ１０１は、ＣＣＤ等の受光センサである。

第２のセンサ１０２は、第２のマーク１０４で反射した光を検出し、第２のマークの位置を検出する。

第１のマーク１０３は、透過型マークであり、そのマークを透過した光がセンサで検出される。第１のマーク１０３は、図２に示すように基板１０７上に配置される。ここで、図２は、センサユニット１００を示す断面図である。

第２のマーク１０４は、反射型マークであり、そのマークで反射された光がセンサで検出される。第２のマーク１０４は、基板１０７上に配置され、本実施例では、第１のマーク１０３の近傍に配置される。また、本実施例では、第１のマーク１０３と第２のマーク１０４とが同時に形成されているため、製作工程の効率の点で有利である。

遮光部材１０５は、図２に示すように、第２のマーク１０４を透過した光を遮光する。従来は、ノイズとなる光が反射型マークの開口を透過し、透過型のマークからの光を検出するためのセンサに到達してしまっていた。そこで、本実施例では、第１のマーク（透過型マーク）１０３を透過した光を遮らない、基板１０７の裏側の所定部分に、遮光膜を構成している。これにより、第１のマーク１０３を用いて計測を行っている際に、第２のマーク（反射型マーク）１０４を通過した不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止する。その結果、センサユニット１００は、計測誤差を低減し、精度の高い計測を行うことができる。

尚、遮光部材１０５に変わりに吸収膜、あるいは吸収膜と遮光膜の組み合わせであっても、同様の効果を達成することが出来る。そうすることで、基板１０７の内部での反射を積極的に抑えることも可能となる。本実施例によって、光を検出するセンサのＳ／Ｎを劣化させる不要光を透過させることなく反射型のマークを構成することができる。

センサパッケージ１０６上には、第１のセンサ１０１が配置される。また、センサパッケージ１０６は、第１のセンサ１０１と遮光部材１０５とが接触しないようにＵ字形状に形成されている。

以下、図３を参照して、センサユニット１００の別の実施例としてのセンサユニット１００Ａを説明する。ここで、図３は、センサユニット１００Ａを示す断面図である。

センサユニット１００Ａは、遮光部材１０５ａの表面に凹凸を形成することで形成した第２のマーク１０４ａを有している。
図４は、遮光部材１０５ａに形成された第２のマーク１０４ａと第１のマーク１０３ａを形成した例を示している。第１のマーク１０３ａを透過した光を第１のセンサ１０１を使って計測する。実際には、第１のマーク１０３ａのサイズは、図４に示す程大きくはなく、非常に小さいことが多い。そこで計測の前に、まず十分に大きな第２のマーク１０４ａによって第１のマーク１０３ａの位置をおおまかに特定するようにしている。

本実施例では、第２のマーク１０４ａのエッジ部分の散乱によって生じるコントラストによって、第２のマーク１０４ａが検出される。つまり、第２のマーク１０４ａを透過する光は存在しない。この結果、第２のマーク１０４ａから第１のセンサ１０１へ光が到達することがなくなり、Ｓ／Ｎを劣化させることなく、第１のマーク１０３ａを透過した光を検出することができる。また、図示していないが、遮光部材１０５ａと基板１０７との間に吸収性の膜を所望の厚みで構成しても良い。

以上、本実施例の構成を採用することにより、第１のマーク１０３ａからの透過光を検出する際に、第２のマーク（反射型マーク）１０４ａからの不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止することができる。その結果、センサユニット１００Ａは、計測誤差を低減し、精度の高い検出を行うことができる。

以下、図５を参照して、センサユニット１００の別の実施例としてのセンサユニット１００Ｂを説明する。ここで、図５は、センサユニット１００Ｂを示す断面図である。

センサユニット１００Ｂは、本実施例では、遮光部材１０５ｂ_１と遮光部材１０５ｂ_２との二種類の遮光性部材によって第２のマーク１０４ｂを形成している。そのため、第２のマーク１０４ｂは、異なる材料が使用されることにより、反射率が異なる。その結果、第２のセンサ１０２が取得するコントラストによって第２のマークを検出することが出来る。本実施例によっても透過光をモニターするセンサのＳ／Ｎを劣化させる不要光を透過させることなく、第２のマーク１０４ｂを構成することができる。また本実施例によれば、マーク上面の形状を平坦にすることができる。

よって、本実施例においては、第１のマーク１０３ｂを用いての計測中に、第２のマーク（反射型マーク）１０４ｂを通過した不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止することができる。その結果、センサユニット１００Ｂは、計測誤差を低減し、精度の高い検出を行うことができる。

以下、図６を参照して、センサユニット１００の別の実施例としてのセンサユニット１００Ｃを説明する。ここで、図６は、センサユニット１００Ｃを示す断面図である。

センサユニット１００Ｃは、本実施例では、遮光部材１０５ｃ_１と遮光部材１０５ｃ_２との二種類の遮光性部材によって第２のマーク１０４ｃを形成している。
第２のマーク１０４ｃは、マーク部分の内側と外側で、反射で観察した際の材料が異なっている。また、第２のマーク１０４ｃは、遮光部材１０５ｃ_１及び遮光部材１０５ｃ_２を積層する遮光部材１０５を積層する形で構成している。それにより、遮光部材１０５ｃ_１に対して所望の第２のマーク１０４ｃ反射型マーク３をエッチングなどの除去加工で作製すれば、除去された部分に露出する材料はおのずと遮光材料１０５となる。それにより、反射率の違いから良好な第２マーク１０４を形成することが出来る。本実施例によっても透過光をモニターする計測系のＳ／Ｎを劣化させる不要光を透過させることなく反射型のマークを構成することができる。また本実施例によれば製作プロセスを比較的容易に実施することができる。

よって、本実施例においては、第１のマーク１０３ｃを用いての計測中に第２のマーク（反射型マーク）１０４ｃを通過した不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止する。その結果、センサユニット１００Ｃは、計測誤差を低減し、精度の高い検出を行うことができる。

以下、図７を参照して、センサユニット１００の別の実施例としてのセンサユニット１００Ｄを説明する。ここで、図７は、センサユニット１００Ｄを示す断面図である。

センサユニット１００Ｄは、本実施例では、遮光材料１０５ｄ上に第２のマーク１０４ｄを形成する。このとき、第２のマーク１０４ｄのマークの内側または外側の表面が任意の角度の傾斜面を持って形成されている。これにより基板１０７上面より投光した観察光は、傾斜面で観察系とは関係の無い方向に反射される。その結果、マークの内側と外側では明暗のコントラストを得ることができ、第２のマーク１０４ｄを高精度に認識することができ、良好にマークを観察することができる。

本実施例によっても透過型マークからの透過光を検出するセンサのＳ／Ｎを劣化させる不要光を透過させることがない反射型のマークを構成することができる。また、本実施例によれば、マーク領域の反射光を積極的に低減することで、コントラストが高いマークを形成することが出来た。

よって、本実施においては、第１のマーク（透過型マーク）１０３ｄを用いての計測中に第２のマーク（反射型マーク）１０４ｄを通過した不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止する。その結果、センサユニット１００Ｄは、計測誤差を低減し、精度の高い検出を行うことができる。

以下、図８を参照して、センサユニット１００の別の実施例としてのセンサユニット１００Ｅを説明する。ここで、図８は、センサユニット１００Ｅを示す断面図である。

センサユニット１００Ｅは、遮光部材１０５ｅ上に構成された第２のマーク１０４ｅのマークの内側と外側で遮光部材の表面粗さが異なっている。これにより反射率が異なるため、第２のマーク１０４ｅを良好なコントラストをもって検出することができる。

本実施例によっても透過型マークからの透過光を検出するセンサのＳ／Ｎを劣化させる不要光を透過させることのない反射型マーク（第２のマーク）１０４ｅを構成することができる。また、本実施例によれば、マーク領域の反射光を積極的に低減することで、コントラストが高いマークを形成することが出来る。また、マーク形成時の加工条件の変更で達成でき、プロセスが容易になる。

よって、本実施においては、第１のマーク（透過型マーク）１０３ｅを用いての計測中に第２のマーク（反射型マーク）１０４ｅを通過した不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止する。その結果、センサユニット１００Ｅは、計測誤差を低減し、精度の高い検出を行うことができる。

以下、図９を参照して、センサユニット１００の別の実施例としてのセンサユニット１００Ｆを説明する。ここで、図９は、センサユニット１００Ｆを示す断面図である。

センサユニット１００Ｆは、図２に示す実施例の遮光部材１０５を構造体１０８に変更した点が異なる。センサユニット１００Ｆは、上述同様に遮光部材１０５を除去加工して第１のマーク１０３及び第２のマーク１０４を形成する。基板１０７とセンサパッケージ１０６を組み立てる際に第１のマーク１０３からの光が伝播する有効な空間を避けて、センサパッケージ１０６と基準ウェハ１との間に構造体を配置した。その結果、遮光性材料を除去加工して形成した第２のマーク１０３を透過してきた光は、遮断され、透過型マークからの透過光を検出するセンサのＳ／Ｎを劣化させる不要光が発生しなくなる。

また、構造体１０８で遮光する部分の基板１０７の裏面に吸収膜を適切な膜厚で構成しても良い。その場合には基板１０７の内部を反射しながら伝播する光も効率的に抑制することができる。

よって、本実施においては、第１のマーク（透過型マーク）１０３を用いての計測中に第２のマーク（反射型マーク）１０４を通過した不要光が第１のセンサ１０１に到達することを防止する。その結果、センサユニット１００Ｆは、計測誤差を低減し、精度の高い検出を行うことができる。

なお、露光において、光源部１１から発せられた光束は、照明光学系１３によりレチクルＲＣをケーラー照明する。レチクルＲＣを通過してレチクルパターンを反映する光は投影光学系３０によりウェハＷ上に結像される。

次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０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を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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、レチクルとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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１１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１４（イオン打ち込み）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１によってレチクル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。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の露光装置を示す概略ブロック図である。 図１に示すセンサユニットを示す概略断面図である。 図２に示すセンサユニットの別の実施例を示す概略断面図である。 図３に示すセンサユニットを示す概略断面図である。 図２に示すセンサユニットの別の実施例を示す概略断面図である。 図２に示すセンサユニットの別の実施例を示す概略断面図である。 図２に示すセンサユニットの別の実施例を示す概略断面図である。 図２に示すセンサユニットの別の実施例を示す概略断面図である。 図２に示すセンサユニットの別の実施例を示す概略断面図である。 図１に示す本発明のＥＵＶ露光装置を使用したデバイス（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。 図１０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

１ 露光装置
１０ 照明光学系
２０ レチクルステージ
３０ 投影光学系
４０ ウェハステージ
１００ センサユニット

Claims (6)

1. 第１のマークと、
   第２のマークと、
   前記第１のマークを透過した光を検出する第１のセンサと、
   前記第２のマークで反射した光を検出することにより、前記第１のマークの位置を計測する第２のセンサと、
   前記第２のマークを透過した光を遮光する遮光部材とを有することを特徴とするセンサユニット。
2. 前記第２のマークは、前記遮光部材から形成され、段差が形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
3. 前記第２のマークは、前記遮光部材から形成され、当該遮光部材は、反射率の異なる複数の部材から形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
4. 前記第２のマークは、前記遮光部材から形成され、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
5. レチクルのパターンで被露光体を露光する露光装置であって、
   第１のマークと、
   第２のマークと、
   前記第１のマークを透過した光を検出する第１のセンサと、
   前記第２のマークで反射した光を検出することにより、前記第１のマークの位置を計測する第２のセンサと、
   前記第２のマークを透過した光を遮光する遮光部材とを有することを特徴とする露光装置。
6. 請求項５記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光する露光ステップと、
   前記露光された前記被露光体を現像する現像ステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。