JP2001077012A - 投影露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
投影露光装置およびデバイス製造方法Info
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Abstract
形等によって生じる基板面方向歪みによるアライメント
マークや露光ショットの非線形シフトを正確に算出して
高精度の位置補正を行ない、オーバーレイ精度の向上を
図る。 【解決手段】 ウエハ6に形成されたアライメントマー
クを検出するアライメント検出器9にマーク近傍面とそ
の傾きを測定するAMフォーカス検出系を備えるととも
に、アライメントマーク露光形成時のマーク近傍面の傾
きの履歴値を保持する記憶手段を備え、アライメント検
出器9による計測結果に基づく全露光ショットの位置推
定に先立って、AMフォーカス検出系26により計測さ
れた傾きと記憶手段に保持されている傾きの履歴値との
差分からアライメント位置の計測値を補正し、ウエハ表
面の変形等によるウエハ面分布応力によって発生する非
線形シフトを正確に算出し、非線形シフトの位置補正の
後に露光を行なう。
Description
微細パターンをウエハ等の基板上に露光転写する投影露
光装置ならびにデバイス製造方法に関するものである。
微細パターン形成工程には、一般にフォトリソグラフィ
と呼ばれる投影転写技術が利用されており、この投影転
写は次のように行なわれている。レチクルまたはマスク
と呼ばれる石英ガラス基板上に形成された原版パターン
が照明され、投影光学系を介して、感光性レジストが塗
布された半導体ウエハまたは液晶用ガラス基板等の基板
に潜像パターンを転写露光する。潜像パターンはレジス
トパターンに現像された後に、パターンとレジスト下地
面との加工選択比が高いエッチング加工により基板が微
細加工される。
て、特に高い微細度と加工精度が要求される最新のMP
UやDRAMに代表される半導体デバイス製造における
投影露光工程では、ステッパと呼称される縮小投影型露
光装置が主に利用されている。ステッパは、ウエハ上に
等分分割された露光領域(露光ショット)をウエハ搭載
ステージにより投影光学系の下の露光画角内へ順次移動
させてパターン露光を繰り返し行なう、いわゆるステッ
プ・アンド・リピート方式の露光装置である。
ンド・スキャン方式の露光装置は、矩形状の照明領域を
持つ投影光学系に対し、ウエハおよびレチクルを走査露
光する方式であり、ステッパと比べて露光画角が広く、
パターン均一性が高いことを特徴とする。
いずれの装置においても、近年の半導体微細化要求に答
えるべく、投影光学系の解像力の向上が求められてお
り、様々な手法が開発され製品に適用されている。
れまでに行なわれてきた手段としては、例えば、波長を
固定して投影光学系のNAを大きくする手法や、g線か
らi線、さらにKrFあるいはArFエキシマレーザの
発振波長というように露光波長をより短波長化する手法
である。また、照明光源の形状を変え、斜入斜照明光を
強調する変形照明法や、隣接するレチクルパターン間の
透過光に位相差を設ける位相シフトマスク等により光露
光による加工限界を拡げる試みが行なわれている。
プロセスの制御精度がますます厳しくなる一方で、例え
ば投影光学系の焦点深度やトータルオーバーレイの許容
量など、いわゆるプロセスマージンが減少してきてい
る。他方、解像力向上とは別に、オーバーレイ精度自身
の向上も要求されている。その理由は、オーバーレイ精
度が高まりパターンの配置マージンが軽減してデバイス
サイズの縮小が可能となり、基板単位でのデバイス収率
が上がる結果、コストダウンが図れるためである。
く、露光フォーカスシステムとオーバーレイ精度に直接
関わるアライメントシステムの改良が行なわれている。
以下に、その露光フォーカスシステムの従来例について
簡単に説明し、次いでオーバーレイ精度に関わるアライ
メントシステムについて説明する。
ス検出器は、検出面に対してプローブ光を斜入射させ反
射光の集光位置より検出を行なうオフ・アクシス型のも
のが一般的であり、検出器は通常投影光学系の像面周辺
に固設されている。ステッパにおいては、露光ショット
を露光画角内に位置決めした後に、検出器で測定された
ウエハ面の高さと傾斜量に基づいて、ウエハステージを
上下および傾斜駆動(フォーカシング)させ、投影レン
ズの結像平面と転写領域の被結像平面とを一致させて露
光を行なう。スキャナにおいては、この測定とフォーカ
シングが走査露光と同時に行なわれている。
支配的要因であることは論を待たない。アライメントシ
ステムは、ウエハ上に形成されたアライメントマークを
計測するアライメント検出器と、位置計測値を所定の方
法により処理した結果に従って各ショットを露光位置に
位置決めするアライメント手段から構成されている。前
者のアライメント検出器は、露光ショットに隣接して形
成されたアライメントマーク位置より該当ショット位置
を計測する。検出方式としては、投影光学系を介して位
置計測するTTL方式や投影光学系を介さないオフ・ア
キシス方式がある。検出時には両方式ともにウエハ上の
アライメントマークを検出面と一致させるいわゆるフォ
ーカス動作が必要であり、検出面高さの計測は前述した
投影光学系のフォーカス検出器を併用するもの、あるい
はアライメント検出系自身にフォーカス検出手段を併せ
もつもの等がある。
トごとに露光位置を計測して位置合わせを行なうダイバ
イダイ方式があるが、現在一般によく用いられているの
は、グローバルアライメントと呼ばれるアライメント方
式である。この方式は、予め指定された適切な数のサン
プルショットの位置計測を行ない、その結果から位置に
対する線形補正式を作成して全ショット位置を推定し位
置合わせを行なう手法である。グローバルアライメント
による位置補正式によって、ウエハシフト成分のみなら
ず、ショット配置に関るウエハ全体の倍率、直交性、回
転の補正が可能であり、さらに計測点によってはショッ
ト自身の倍率、回転も補正が可能である。このようにグ
ローバルアライメントは高スループット、高精度の位置
合わせが得られるなどの優れた点がある他、ウエハ全域
に対して同一の補正式に従った位置合わせを行なうた
め、基板内の数点を測定すれば位置合わせの状態が判断
できるなどの使い勝手の上でも利点がある。
位置に対して線形性がない場合、つまり非線形性をもつ
場合、線形補正量から乖離する非線形偏差が直接アライ
メント誤差となり、オーバーレイ精度を悪化させる。ま
た、サンプルショット位置に非線形偏差が発生している
場合は、サンプルショット位置から算出する線形補正式
に誤差を与える。従って、オーバーレイ精度を向上させ
る上で、被露光ショット間相互の非線形偏差の軽減は重
要な課題である。
バーレイ精度が厳しくなり、前述の非線形偏差を軽減す
る必要性がますます高まってきており、抑制すべき非線
形偏差発生の原因となる要因因子の対象範囲も拡がりつ
つある。特に、最近顕在化してきた要因因子の一つにウ
エハチャッキング時のウエハ面方向歪みがある。これ
は、ウエハ面内において局所的な伸び縮みが発生して、
被露光パターンやアライメントマークの位置がシフトす
る現象である。
たピンコンタクトチャックにウエハを真空吸着して、ウ
エハの平面矯正を行なっている。しかしながら、ピンと
ウエハ間に異物の挟入、あるいはCVD等の成膜プロセ
スを経てウエハ接触面の凹凸形状が堆積物で変化した場
合、また、露光プロセスを経る度にウエハとチャックの
位置関係が変わるのに伴ないピンとウエハの凹凸形状の
接触状態が変わる場合等において、ウエハ接触面の吸着
反力に応じて発生する曲げモーメントによりウエハに歪
みが発生する。このときのウエハ内の歪み分布にしたが
って、被露光ショット間相互の非線形シフトが発生し、
オーバーレイ精度が悪化する。
ついて図6を用いて説明する。
ハが異物の挟入により歪みが発生している状態を示す図
であり、P1 、P2 …はピンコンタクトチャックのピ
ン、Wは厚さ2hのウエハ、DはピンP2 とウエハWの
間に挟入された異物であり、ピン高さ基準面はO−Rで
示し、ここで問題とする検査面をB−B1 面とする。ウ
エハWは、異物Dの挟み込みがない場合には、ピンP
1 、P2 …に保持されて平面に維持され、ピンP1 上の
面O−O1 、検査面B−B1 、およびピンP2 上の面A
−A1 は互いに平行となるけれども、ピンP2 上に異物
Dの挟み込みがある場合には、この異物Dにより、ウエ
ハWの支持点であるOとAの高さの差による曲げモーメ
ントが発生し、このため、検査面B−B1 は、O−O1
面に対して微小角Δθの傾きをもつようになる。なお、
図中、ウエハWの断面中央に位置する一点鎖線で示す面
O2 −B2 −A2 は、曲げモーメントによって伸縮が発
生しない中立面である。ここで、(1) 曲げモーメントに
よるピン高さ基準面方向の距離変化はΔθの2次以上の
オーダーより無視し、(2) B−B1 は中立面O2 −B2
−A2 に対して直交する(Bernoulli-Navierの仮説)と
すると、異物Dの挟み込みにより発生するシフトΔr
は、次式で表せる。 Δr=h×Δθ
まりチャック基準面に対するウエハ面の傾きを表してい
る。したがって、微小角Δθが例えばアライメントマー
ク面で検出されれば、上記の非線形シフト量を算出して
計測値より減算することにより、正確なショット位置線
形補正式を得られ、アライメント精度が向上する。
ントシステムでは、以下のような問題があった。
ントマーク近傍面の微小角Δθを検出する機能を備えて
いない。
小角Δθは、露光面検出用のフォーカスシステムで計測
することは一応可能であるが、アライメント検出系で計
測する前にあるいは後にΔθの計測をする場合、アライ
メントとフォーカスの計測を行なうウエハ位置が異なる
ため、ウエハをフォーカス計測位置に移動する時間が追
加されてしまい、その結果、装置スループットが低下す
る。
は、複数のウエハ高さ測定点間距離を露光ショット領域
長程度(10〜20mm)に設けられているために、高
々□0.1mm程度の局所的なアライメントマーク領域
の傾きを計測するため、同程度にウエハ位置を変えて複
数回計測することが必要となる。この場合、フォーカス
計測時間が増大してスループットが悪化する。
トマーク露光形成時とアライメント計測時の非線形な位
置偏差である。すなわち、シフト量を補正するための計
測対象となるアライメントマーク近傍面の微小角Δθ
は、アライメントマーク面の形成時傾きΔθprと計測時
傾きΔθpoの差分である。
Δθprを測定して、Δθprを履歴値として保存し、アラ
イメントマークの位置計測時に、Δθprの履歴値を読み
出し、このΔθprとΔθpoから微小角Δθを算出するこ
とが必要である。しかし、Δθprの測定は、前記(1) お
よび (2)で述べたと同様の問題があり、また、従来の露
光装置においては、Δθprの保存と読み出しの機能を備
えていない。
トも、アライメントと同様に、ショット面の微小角Δθ
aから補正可能であり、実際露光時には露光フォーカス
システムにより微小角Δθaの検出と補正を行なってい
るが、従来の露光装置においては、微小角Δθaに基づ
いた露光ショット位置の補正機能がなく、また、前記
(3) と同様に、オーバーレイ精度で問題となるのは、正
確には被露光ショットのレジスト下地パターンの露光形
成時と当該レジストへの露光時の間に発生する非線形シ
フトである。したがって、計測対象となるショット面の
微小角Δθaは、下地パターン露光形成時の露光面傾き
Δθaprと当該レジスト露光時の露光面傾きΔθapoの
差分である。一方、下地パターン露光形成時にはフォー
カスシステムにより被露光面傾きΔθaprを検出補正し
てはいるが、露光履歴として保存はされていない。した
がって、ΔθaprとΔθapoの差分をとって正確なΔθ
aを算出することはできなかった。
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、ウエハ
等の基板のチャッキング時の基板面方向歪みによるアラ
イメントマークや露光ショットの非線形シフトを正確に
算出して位置補正を行なうことができるようになし、オ
ーバーレイ精度の向上を図ることができる投影露光装置
ならびにデバイス製造方法を提供することを目的とする
ものである。
め、本発明の投影露光装置は、基板被露光面の複数の露
光ショットに原版パターンを投影光学系を介して投影す
る投影露光装置において、前記複数の露光ショットの一
部のサンプルショットに形成されたアライメントマーク
位置を検出するアライメント検出器と、該アライメント
検出器の検出結果に基づいて全露光ショットの位置を推
定して前記露光ショットを前記投影光学系の露光画角に
位置決めするアライメント手段と、前記アライメントマ
ーク近傍面と前記基板の被露光基準面の傾斜差分値を測
定する手段と、前記アライメントマーク露光形成時のア
ライメントマーク近傍面と前記被露光基準面の傾斜差分
の履歴値を保持する記憶手段と、前記全露光ショットの
位置推定に先立って前記傾斜差分値と前記傾斜差分の履
歴値との差分から前記アライメント位置の計測値を補正
する手段を具備することを特徴とする。
イメントマーク近傍面と前記基板の被露光基準面の傾斜
差分値を測定する手段は、前記アライメント検出器に設
けられていることが好ましい。
光に関するアライメントマーク近傍面と基板の被露光基
準面の傾斜差分値を測定し履歴値として前記記憶手段に
保存することが好ましく、また、前記記憶手段は、当該
露光に関する電子ファイルであるJobファイルのパラ
メータとして前記履歴値を保持または保存することが好
ましい。
光基準面の傾斜面は、グローバルチルト面であることが
好ましい。
光面の複数の露光ショットに原版パターンを投影光学系
を介して投影する投影露光装置において、基板被露光面
に形成されたアライメントマークの位置を検出する第1
の検出器と、該アライメントマーク近傍面の高さと傾き
を計測する第2の検出器とを備えたことを特徴とする。
2の検出器の計測値に基づいて、前記第1の検出器の計
測値の補正を行なうことが好ましく、また、前記アライ
メントマーク露光形成時のアライメントマーク近傍面と
前記被露光基準面の傾斜差分の履歴値を保持する記憶手
段と、前記アライメントマーク近傍面と前記基板の被露
光基準面の傾斜差分値を求める手段とを備え、該傾斜差
分値と該履歴値との差分に基づいて前記アライメント位
置の計測値を補正することが好ましい。
露光面の別パターンが転写された複数の露光ショットに
原版パターンを投影光学系を介して投影する投影露光装
置において、前記被露光基準面に対する全露光ショット
の高さおよび傾きである当該ショットフォーカス値を測
定して前記投影光学系の前記原版パターン像面と一致さ
せるフォーカス手段と、前記別パターンの転写露光時の
被露光基準面に対する高さおよび傾きである別パターン
フォーカス値の履歴値を保持する記憶手段と、前記当該
ショットフォーカス値と前記別パターンフォーカス値の
履歴値の差分から、前記露光ショット位置を補正する手
段と、次回の露光プロセスのアライメントに使用する前
記複数の露光ショットの一部のサンプルショットの露光
ショット位置の補正量を履歴値として保持し、次回の露
光プロセスのアライメント時に前記履歴値をオフセット
として反映する手段とを具備することを特徴とする。
憶手段は、当該露光に関する電子ファイルであるJob
ファイルのパラメータとして、前記2つの履歴値を保持
または保存することが好ましい。
数の露光ショットの一部のサンプルショットに形成され
たアライメントマーク位置を検出するアライメント検出
器と、該アライメント検出器の検出結果に基づいて全露
光ショットの位置を推定して前記露光ショットを前記投
影光学系の露光画角に位置決めするアライメント手段
と、前記アライメントマーク近傍面と前記基板の被露光
基準面の傾斜差分値を測定する手段と、前記アライメン
トマーク露光形成時のアライメントマーク近傍面と前記
被露光基準面の傾斜差分の履歴値を保持する記憶手段
と、前記全露光ショットの位置推定に先立って前記傾斜
差分値と前記傾斜差分の履歴値との差分から前記アライ
メント位置の計測値を補正する手段をさらに具備するこ
とが好ましい。
露光面の複数の露光ショットに原版パターンを投影光学
系を介して投影する投影露光装置において、前記複数の
露光ショットの一部のサンプルショットに形成されたア
ライメントマーク位置を検出するアライメント検出器
と、前記アライメントマーク近傍面の傾斜を測定する手
段とを備え、前記基板の最初の層の露光時に、露光ショ
ットの傾きに基づいて露光ショットの位置を補正するこ
とを特徴とする。
述した投影露光装置を用いて基板を露光する工程を含む
製造工程によってデバイスを製造することを特徴とす
る。
の複数の露光ショットの一部のサンプルショットに形成
されたアライメントマーク位置を検出するアライメント
検出器と、該アライメント検出器の検出結果に基づいて
全露光ショットの位置を推定して露光ショットを投影光
学系の露光画角に位置決めするアライメント手段と、ア
ライメントマーク近傍面と基板被露光基準面の傾斜差分
値を測定する手段を備えるとともに、アライメントマー
ク露光形成時のアライメントマーク近傍面と被露光基準
面の傾斜差分の履歴値を保持する記憶手段を備え、測定
された傾斜差分値と前記記憶手段に保持されている傾斜
差分の履歴値との差分からアライメント位置の計測値を
補正することにより、基板とピン間の異物挟入あるいは
基板吸着保持に起因する基板表面の変形等による基板面
分布応力によって発生する非線形シフト量を正確に算出
することができ、非線形シフトの位置補正を高精度に行
なうことが可能となり、アライメント精度とそれに伴な
うオーバーレイ精度を大きく向上させることができる。
光前のフォーカス計測時に得られるa層の各露光ショッ
ト傾きを履歴情報化して、b層露光前に得られるフォー
カス計測値との差分から非線形シフトを算出することに
より、露光ショット位置を同様に高精度に補正すること
ができ、オーバーレイ精度の向上を図ることができる。
いて説明する。
施例の要部構成を概略的に図示する構成図であり、本実
施例の装置は、露光光源にパルス発振型のエキシマレー
ザを使用したいわゆるステップ・アンド・スキャン方式
のスキャナ型投影露光装置である。
振型のエキシマレーザ1から放射された光束は、ビーム
整形光学系2により、強度および照明方向が均一な所望
のスリット形状の露光光束に整形され、原版としてのレ
チクル3に入射する。このレチクル3は、基板としての
ウエハ6に転写する素子パターンが形成されており、2
次元的に移動可能なレチクルステージ4上に載置され、
レチクルステージ4とともに位置制御される。
は投影光学系5を介して光学的共役面にスリット形状に
集光結像される。投影光学系5は、縮小率が例えば1/
4または1/5の両側テレセントリック光学系である。
また、ウエハ(被露光基板)6は、ウエハステージ7上
にウエハチャック7aを介して保持され、ウエハステー
ジ7とともに位置制御される。ウエハ6上には、予め露
光光によって化学反応を効果的に起こす感光材であるフ
ォトレジスト材料が薄く塗布されており、次工程のエッ
チングマスクとして機能する。
る投光系8aとウエハ6からの反射光の位置情報を検出
する受光系8bとから構成され、ウエハ6の被露光面の
面高さや傾きを検出する。走査露光時には、このフォー
カス検出器8の検出情報を基に、ウエハステージ7がウ
エハ6の被露光面をパターン像面と一致するよう制御を
行なう。このとき、レチクルステージ4とウエハステー
ジ7は投影光学系5に対し同期走行し、同時に、ウエハ
6はスリット光により露光され、ウエハ6上のフォトレ
ジスト層にパターンが転写される。また、アライメント
検出器9(図3を参照して後述する)は、ウエハ6のサ
ンプルショットに形成されたアライメントマーク位置を
検出し、ウエハステージ7の移動により複数のショット
位置を計測し、グローバルアライメントによりウエハを
位置決めする。
投影露光装置の制御システムを構成する各構成要素で、
11はステージ駆動制御系であり、レチクルステージ4
とウエハステージ7を駆動するドライバー機能をもつ。
12は同期制御系であり、露光面位置制御まで含めた走
査露光時のレチクルステージ4とウエハステージ7の同
期走行制御を行なう。13はフォーカス計測系であり、
フォーカス検出器8から入力されるウエハ高さ情報から
被検出面の高さと傾きを算出し、同期制御系12に出力
する。14はアライメント計測系であり、アライメント
検出器9から入力されるアライメントマーク信号からマ
ーク位置の算出を行なう。また、アライメント検出器9
に配設されたAMフォーカス検出系26(図3参照)か
らの検出値からアライメントマーク近傍面の高さと傾き
の算出も行なう。15は主制御部であり、記憶部16に
記憶されているJob(ウエハの露光ショットレイアウ
トや露光量等の露光条件、ウエハやレチクルの情報など
露光プロセスに必要な情報ファイル)に従って装置の露
光シーケンスを制御する。また、装置の起動停止や装置
固有の制御パラメータ、Job情報の変更修正は、マン
マシンインターフェースもしくはメディアインターフェ
ースである入力部17から主制御部15に入力され、記
憶部16に記憶される。
おける各ステージの駆動制御およびフォーカス系につい
て説明する。ここで、投影光学系5の像平面と光軸の交
点を座標原点、像平面をXY平面、光軸方向をZ方向と
し、また、走査方向をY方向とする。そして、各XYZ
軸の右手系回転方向をωx、ωy、θ方向とする。
θ軸位置決め制御ができるように構成され、ウエハステ
ージ7は6軸位置決め制御ができるように構成されてい
る。両ステージのアクチュエーター(不図示)はリニア
モータであり、ステージ駆動制御系11より駆動電力が
供給される。また、両ステージにはそれぞれステージ位
置計測系(不図示)が配設されており、レチクルステー
ジ4にはXYθ3軸干渉計、ウエハステージ7にはXY
Zωxωyθ6軸干渉計がそれぞれ配設され、これらの
干渉計により計測されたレチクルおよびウエハの両ステ
ージの位置は、ステージ駆動制御系11に出力され、同
期制御系12で処理された後、ステージ駆動量信号とし
て再びステージ駆動制御系11に戻り、ステージ駆動電
流に変換される。
対象(マスター)に対して他方の対象(スレーブ)を追
従させるマスター・スレーブ方式を採用し、制御帯域が
より高いレチクルステージ4をスレーブ、ウエハステー
ジ7をマスターにしてXYθ方向の位置ずれを補正す
る。Zωxωy方向の制御は、ウエハステージ7側で行
ない、フォーカス計測系13で算出されるウエハ面の位
置傾き補正(Z方向位置や面傾きωx、ωy)を行な
う。
のZ方向位置を計測するフォーカス検出器8は、6組の
投光系8aと受光系8bが投影光学系5下の露光領域を
挟峙するように配設され、投光系8aからはウエハ6上
に塗布されたフォトレジストの非感光波長の検出光を用
いた光束がウエハ6に斜入射されてスリット像を形成す
る。ウエハ6からの反射光は受光系8b内の不図示のC
CD受光センサ面上でスリット像として再結像する。C
CD受光センサは結像したスリット像の位置を直接測定
し、基準位置からの差分からウエハ6上のスリット光と
ウエハ6の反射面自身の位置を算出する。
光束に対する各6組の投光受光系の計測位置(Fa,F
b,Fc,Ba,Bb,Bc)は、図2に示すように、
露光スリット光束に対し走査方向であるY方向に所定の
距離だけ離れるように設定されている。このように計測
位置を露光スリット光束から所定の距離だけ離している
には、露光に先だって計測を行なう(先読み計測)こと
により、フォーカシングに時間余裕を設けるためであ
り、また、露光スリット光束に対して対称的に配置する
ことにより、往復走査露光を可能にする。計測を行なう
計測スリットは3個を基本組としており(ここでは、F
a,Fb,FcとBa,Bb,Bcという組み合わせを
基本組とする)、露光スリット光束の長手方向であるX
方向に一致している。また、走査中は計測サンプル時間
にしたがって露光ショット内を所定ピッチごとに計測
し、各々の検出点でのZ方向位置情報から露光スリット
領域の被検面高さと面傾きの算出を行なう。この算出は
フォーカス計測系13で行なわれ、その算出値は、ステ
ージ干渉計の位置情報と同様に、同期制御系12にて処
理され、処理後も同様にステージ駆動制御系11によっ
てステージ駆動電流に変換され、ウエハステージ7をZ
ωxωy方向に駆動制御する。
ライメント検出器9の概略構成を示す図3を参照して説
明する。
上のアライメントマーク6aの投影光学系5の光軸に垂
直な方向であるXY方向位置の検出とともに、アライメ
ントマーク近傍面の高さと傾き、つまりZωxωy方向
の検出もできるように構成されている。すなわち、アラ
イメントマーク6aの光軸方向の位置を検出するAMフ
ォーカス検出系としての機能を合わせもっている。この
アライメント検出器9は投影光学系5を介さずに検出を
行なうタイプであり、オフアキシス方式と呼ばれるもの
である。
束は、ライトガイド22を経由してアライメント検出器
9本体に出射され、ビームスプリッター23で反射し、
ミラー24を経て、ウエハ6上のアライメントマーク6
aを照明する。ウエハ6上のアライメントマーク6aに
よって反射した信号光は、再び順にミラー24を経てビ
ームスプリッター23に入射する。ビームスプリッター
23に入射した信号光は、ビームスプリッター23を透
過し、CCDカメラ25の撮像面25a上にアライメン
トマーク6aの像を結像する。CCDカメラ25からの
アライメントマーク像に基づく画像信号は、アライメン
ト計測系14に転送され、アライメントマーク像と事前
に得たアライメント検出器9内にある基準マーク像(不
図示)の両者を比較し、アライメントマーク6aのXY
方向位置を計測する。
AMフォーカス検出系26は、アライメント検出器の対
物光軸近傍でアライメントマーク近傍面が検出可能とな
るよう、光束を放射する投光系26aと反射光の位置情
報を検出する受光系26bが検出器の対物光軸を挟んで
対称に設けられている。これらの投光系26aと受光系
26bは全体として3個ずつ(不図示)搭載されてお
り、アライメントマーク6aの近傍面の3点を計測する
ことにより、アライメントマーク近傍面のウエハ面位置
(高さ)と傾きが同時に測定可能である。
ついて図4に示すフローチャートにしたがって説明す
る。ここでは、ウエハバルク層から上に向かって順にa
bcの3パターン層から構成される半導体デバイスの製
造プロセスにおけるb層を露光する露光シーケンスを例
にとって説明する。b層は、a層パターンのアライメン
トマークをターゲットに位置決めされ、また、c層の位
置決めターゲット用にb層にもアライメントマークを露
光形成するものとする。
ス起動) 先ず、入力部17からJob名と露光シーケンス起動信
号を入力する。主制御部15は、入力されたJob名に
基づいて、記憶部16から入力名と一致するJobを検
索し読み込む。ここで、Jobには、露光ショットレイ
アウトや露光条件、ロット中の各ウエハ毎のa層露光時
に形成されたb層用のアライメントマークの位置や非線
形シフトを算出するための傾き履歴情報、b層露光時に
形成されるc層用のアライメントマーク位置等が含まれ
ている。
ト、およびアライメントマークの一例を図5の(a)お
よび(b)に図示する。各格子は露光ショットを表わ
し、ハッチングを施したショット101〜104がサン
プルショットであり、隣接するショット間のクリアラン
スエリアであるスクライブライン105に、図5の
(b)に示すように、b層用のアライメントマーク10
1bが形成されており、その近傍にc層用のアライメン
トマーク101cがb層露光によって形成される。
ンスパラメータが同期制御系12や図示しないウエハ・
レチクル搬送制御系に転送される。
送制御系は、図示しないウエハ・レチクル搬送系を駆動
させ、ウエハ6およびレチクル3を、それぞれ、ウエハ
ステージ7およびレチクルステージ4に搬送する。この
ウエハ・レチクル搬送系による搬送時にウエハ6および
レチクル3はともに各ステージに対し粗い位置決めが行
なわれる。なお、搬送源は、シーケンスパラメータに従
うが、通常、ウエハは投影露光装置とインライン接続さ
れているコーターディベロッパから搬入され、レチクル
は投影露光装置内のレチクルストッカから搬入される。
ローバルアライメント計測) Jobに沿ったサンプルショットのb層用アライメント
マークの高さ傾きと位置を次のような手順により計測す
る。
1b(図5の(b))がアライメント検出器9の検出視
野内に位置決めされるようにウエハ6が送り込まれる。
ウエハ6はショット配列格子の算出のためのアライメン
ト計測に入る前に、AMフォーカス検出系26により、
アライメントマーク101bの近傍面の高さZ101bおよ
び傾きωx101bとωy101bが測定され、アライメント検
出器9の検出面高さと一致するようにウエハ6が位置決
めされる。通常、この位置決めは、アライメントマーク
傾きによる検出高さの差は検出深度に対して小さく無視
できるために、高さ方向のみで行なう。
ライメントマーク101bの位置をX、Y両方向に関し
検出し、検出値はアライメント計測系14にてXY位置
(X 101b,Y101b)で算出される。ショット101のb
層用アライメントマーク101bの計測後、ウエハ6を
移動させてアライメント検出器9の検出視野内に隣接す
るc層用アライメントマーク101cを送り込み、その
近傍面の高さZ101cおよび傾き値ωx101cとωy101cを
計測する。なお、b層用およびc層用の各アライメント
マークが十分に近接していて、互いの面傾きがほぼ等し
く、ωx101b=ωx101c、ωy101b=ωy101cと見做せ
る場合はこの計測を行なわない。この計測を行なうか否
かの判断は、b層用およびc層用の各アライメントマー
ク間の距離により主制御部にて判断するように構成す
る。
移動させて、ショット102をアライメント検出器9の
検出視野内に送り込み、以下、ショット104の計測終
了まで、ショット101の計測と同様の計測を繰り返
す。
ト計測系14から主制御部15に転送される。
シフト量算出と線形補正式の算出) 全アライメント計測終了後、主制御部15において、高
さ計測値Z101b〜Z10 4bから最小自乗近似による一次平
面と、ウエハステージ走行面(ウエハ像面)に対するウ
エハ全面の傾きωwx、ωwyを算出し、この一次平面
がウエハ像面と一致するようにウエハステージ7のZω
xωy方向を補正する。この補正シーケンスをグローバ
ルチルト補正と呼ぶ。
ト量を算出するためのアライメントマーク近傍面の傾き
([ωxib]、[ωyib])(なお、i=101〜10
4であり、以下同様とする。)を求める。このアライメ
ントマーク近傍面の傾きは、ウエハ全面の傾き(ωw
x、ωwy)を考慮し、アライメントマーク計測時にお
けるその近傍面の傾きとアライメントマークの露光形成
時における近傍面の傾きとの差から算出することができ
る。ここで、アライメントマーク計測時におけるその近
傍面の傾きは、ステップS3において計測された値(ω
xib、ωyib、ωxic、ωyic)であり、アライメント
マークの露光形成時における近傍面の傾き(すなわち、
a層露光時に形成されるb層用アライメントマーク近傍
面の傾き[ωxiab ]、[ωyiab ])は、本実施例に
おいては、a層露光時に、AMフォーカス系でa層露光
の前にあるいは後に測定算出されて、予め履歴情報化さ
れ、記憶部16のJob内に保存されている。
アライメントマーク近傍面の傾き([ωxib]、[ωy
ib])は、Job内のa層露光時に形成されるb層用ア
ライメントマークの近傍面の傾き[ωxiab ]、[ωy
iab ]を記憶部16から読み出し、次式(1)および
(2)から求めることができる。 [ωxib]=ωxib−ωwx−[ωxiab ] ……(1) [ωyib]=ωyib−ωwy−[ωyiab ] ……(2)
層用アライメントマークの近傍面の傾き([ωx
ibc ]、[ωyibc ])は、ステップS3において計測
されたc層用アライメントマークの近傍面の傾きω
xic、ωyicから、次式(3)および(4)で算出する
ことができ、 [ωxibc ]=ωxic−ωwx ……(3) [ωyibc ]=ωyic−ωwy ……(4) これらの値([ωxibc ]、[ωyibc ])は、記憶部
16の次プロセスのc層露光用Job内に当該ウエハの
アライメントマーク傾き履歴情報として自動的に保存さ
れ、c層露光時に使用されることとなる。
記の算出されたアライメントマーク近傍面の傾き[ωx
ib]および[ωyib]から計算でき、次式(5)および
(6)のように、アライメント計測値Xi 、Yi を補正
して、真値[Xi ]および[Yi ]を得ることができる
(なお、ここでウエハの厚さを2hとする)。 [Xi ]=Xi −Δxi =Xi −h×[ωxib] ……(5) [Yi ]=Yi −Δyi =Yi −h×[ωyib] ……(6) そして、これらの真値[Xi ]および[Yi ]より位置
に対する線形補正式を作成して全ショット位置を推定す
る。
領域の走査開始位置と一致させてから走査露光を行な
う。走査開始時は、ウエハ面はグローバルチルト補正に
よりステージ走行面と一致させ、露光直前のフォーカス
先読み計測値に従い、ウエハステージのZωxωyを制
御してショット領域のフォーカシングを行ないながら走
査露光をする。露光終了後直ちに次ショット領域に移動
し次走査露光開始位置に位置決めし、その後同様に走査
露光を繰り返す。ショット領域はウエハ上に2次元格子
状に配列されており、通常、X方向同列のショットが順
に露光され、同一列の露光が終了した後、Y方向にステ
ップし露光対象ショット列を変えて露光を続ける。
後、ウエハ6をウエハステージ7からアンロードして終
了する。なお、引き続き露光を行なう際には、次露光ウ
エハに交換される。
り、ピンとウエハ間の異物挟入、あるいはウエハ吸着保
持に起因するウエハ表面の変形等によるウエハ面分布応
力によって発生する非線形シフト量を正確に算出するこ
とができ、グローバルアライメントによる正しい位置線
形補正式が得られ、アライメント精度とそれに伴なうオ
ーバーレイ精度を大きく向上させることができる。ま
た、次層の露光プロセスに使用するアライメントマーク
の傾き履歴情報も自動的に得られる。なお、本実施例の
露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式のスキャ
ナ型として説明したが、ステッパ型の露光装置でも全く
同様に適用することが可能である。
る。
近傍面の傾き履歴情報を用いてアライメントマークの非
線形シフトを補正するようにしたが、同様に、露光ショ
ット位置の補正に適用することもできる。すなわち、露
光前のフォーカス計測時に得られるa層の各露光ショッ
ト傾きを履歴情報化して、b層露光前に得られるフォー
カス計測値との差分から非線形シフトを算出することに
より、露光ショット位置を補正することができる。この
場合にも、露光ショット自身の位置シフト量として履歴
情報化し、次層露光ショットの露光位置に反映させる必
要がある。
情報に基づき、サンプルショットのアライメントマーク
位置のシフト量を、次層の露光プロセスのアライメント
計測値から減算してグローバルアライメントの線形補正
式を算出するようにし、アライメントマークの位置校正
をすることもできる。
フト補正は、露光装置がスキャナ型である場合には、露
光ショット内のスキャン方向全域で可能となるが、ステ
ッパ型の露光装置においては、露光ショットの中心位置
のみの補正となる。
トで発生する非線形シフトまで補正することができ、オ
ーバーレイ精度の大幅な向上が可能となる。
なわない第1層であるa層露光時において、各露光ショ
ット傾きによる非線形シフト量を露光ショット位置に反
映させることもできる。このとき、各露光ショットに傾
きがなくなった場合に絶対格子に対する非線形シフトが
解消するため、逆にいえば傾きに比例して非線形シフト
が発生することを意味する。したがって、前層の露光プ
ロセスにおける各露光ショット傾きの履歴情報を用いる
ことなく、当該層露光ショットの傾き量に比例して露光
位置を補正するのみでよい。また、アライメントマーク
に関しては、マーク近傍傾きとマークの該当サンプルシ
ョット露光時の非線形シフト量を履歴情報化してグロー
バルアライメントに反映させる。
用したデバイスの製造方法の実施形態を説明する。
半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、
マイクロマシン等)の製造のフローを示す。ステップS
11(回路設計)ではデバイスのパターン設計を行な
う。ステップS12(マスク製作)では設計したパター
ンを形成したマスクを製作する。一方、ステップS13
(ウエハ製造)ではシリコンやガラス等の材料を用いて
ウエハを製造する。ステップS14(ウエハプロセス)
は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用い
て、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を
形成する。次のステップS15(組立)は後工程と呼ば
れ、ステップS14によって作製されたウエハを用いて
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S16(検査)では
ステップS15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なう。こうした工程
を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ
S17)される。
ーを示す。ステップS21(酸化)ではウエハの表面を
酸化させる。ステップS22(CVD)ではウエハ表面
に絶縁膜を形成する。ステップS23(電極形成)では
ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップS2
4(イオン打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ス
テップS25(レジスト処理)ではウエハにレジストを
塗布する。ステップS26(露光)では上記説明した投
影露光装置によってマスクの回路パターンをウエハの複
数のショット領域に並べて焼き付け露光する。ステップ
S27(現像)では露光したウエハを現像する。ステッ
プS28(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S29(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なうことによって、ウエ
ハ上に多重に回路パターンが形成される。
ば、従来は製造が困難であった高集積度のデバイスを安
定的に低コストで製造することができる。
ウエハ等の基板チャッキング時の基板面方向歪みによる
アライメントマークや露光ショットの非線形シフトを正
確に算出して位置補正を行なうことができ、非線形シフ
トの位置補正を行なった上で露光を行なうことにより、
オーバーレイ精度を大きく向上させることができる。
成を概略的に図示する構成図である。
露光フォーカス検出器による露光スリット光束に対する
計測位置を示す図である。
アライメント検出器の構成を概略的に示す図である。
基本シーケンスのフローチャートである。
ョットの一例を示す図であり、(b)はアライメントマ
ークの配置関係を示す図である。
ハにおける非線形シフトを説明するための模式図であ
る。
トである。
Claims (14)
- 【請求項1】 基板被露光面の複数の露光ショットに原
版パターンを投影光学系を介して投影する投影露光装置
において、前記複数の露光ショットの一部のサンプルシ
ョットに形成されたアライメントマーク位置を検出する
アライメント検出器と、該アライメント検出器の検出結
果に基づいて全露光ショットの位置を推定して前記露光
ショットを前記投影光学系の露光画角に位置決めするア
ライメント手段と、前記アライメントマーク近傍面と前
記基板の被露光基準面の傾斜差分値を測定する手段と、
前記アライメントマーク露光形成時のアライメントマー
ク近傍面と前記被露光基準面の傾斜差分の履歴値を保持
する記憶手段と、前記全露光ショットの位置推定に先立
って前記傾斜差分値と前記傾斜差分の履歴値との差分か
ら前記アライメント位置の計測値を補正する手段を具備
することを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項2】 前記アライメントマーク近傍面と前記基
板の被露光基準面の傾斜差分値を測定する手段は、前記
アライメント検出器に設けられていることを特徴とする
請求項1記載の投影露光装置。 - 【請求項3】 当該露光に関するアライメントマーク近
傍面と基板の被露光基準面の傾斜差分値を測定し履歴値
として前記記憶手段に保存することを特徴とする請求項
1または2記載の投影露光装置。 - 【請求項4】 前記記憶手段は、当該露光に関する電子
ファイルであるJobファイルのパラメータとして前記
履歴値を保持または保存することを特徴とする請求項1
ないし3のいずれか1項に記載の投影露光装置。 - 【請求項5】 前記被露光基準面の傾斜面は、グローバ
ルチルト面であることを特徴とする請求項1ないし4の
いずれか1項に記載の投影露光装置。 - 【請求項6】 基板被露光面の複数の露光ショットに原
版パターンを投影光学系を介して投影する投影露光装置
において、基板被露光面に形成されたアライメントマー
クの位置を検出する第1の検出器と、該アライメントマ
ーク近傍面の高さと傾きを計測する第2の検出器とを備
えたことを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項7】 前記第2の検出器の計測値に基づいて、
前記第1の検出器の計測値の補正を行なうことを特徴と
する請求項6記載の投影露光装置。 - 【請求項8】 前記アライメントマーク露光形成時のア
ライメントマーク近傍面と前記被露光基準面の傾斜差分
の履歴値を保持する記憶手段と、前記アライメントマー
ク近傍面と前記基板の被露光基準面の傾斜差分値を求め
る手段とを備え、該傾斜差分値と該履歴値との差分に基
づいて前記アライメント位置の計測値を補正することを
特徴とする請求項6または7記載の投影露光装置。 - 【請求項9】 基板被露光面の別パターンが転写された
複数の露光ショットに原版パターンを投影光学系を介し
て投影する投影露光装置において、前記被露光基準面に
対する全露光ショットの高さおよび傾きである当該ショ
ットフォーカス値を測定して前記投影光学系の前記原版
パターン像面と一致させるフォーカス手段と、前記別パ
ターンの転写露光時の被露光基準面に対する高さおよび
傾きである別パターンフォーカス値の履歴値を保持する
記憶手段と、前記当該ショットフォーカス値と前記別パ
ターンフォーカス値の履歴値の差分から、前記露光ショ
ット位置を補正する手段と、次回の露光プロセスのアラ
イメントに使用する前記複数の露光ショットの一部のサ
ンプルショットの露光ショット位置の補正量を履歴値と
して保持し、次回の露光プロセスのアライメント時に前
記履歴値をオフセットとして反映する手段とを具備する
ことを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項10】 前記記憶手段は、当該露光に関する電
子ファイルであるJobファイルのパラメータとして、
前記2つの履歴値を保持または保存することを特徴とす
る請求項9記載の投影露光装置。 - 【請求項11】 前記複数の露光ショットの一部のサン
プルショットに形成されたアライメントマーク位置を検
出するアライメント検出器と、該アライメント検出器の
検出結果に基づいて全露光ショットの位置を推定して前
記露光ショットを前記投影光学系の露光画角に位置決め
するアライメント手段と、前記アライメントマーク近傍
面と前記基板の被露光基準面の傾斜差分値を測定する手
段と、前記アライメントマーク露光形成時のアライメン
トマーク近傍面と前記被露光基準面の傾斜差分の履歴値
を保持する記憶手段と、前記全露光ショットの位置推定
に先立って前記傾斜差分値と前記傾斜差分の履歴値との
差分から前記アライメント位置の計測値を補正する手段
をさらに具備することを特徴とする請求項9または10
記載の投影露光装置。 - 【請求項12】 前記アライメントマーク近傍面と前記
基板の被露光基準面の傾斜差分値を測定する手段は、前
記アライメント検出器に設けられていることを特徴とす
る請求項11記載の投影露光装置。 - 【請求項13】 基板被露光面の複数の露光ショットに
原版パターンを投影光学系を介して投影する投影露光装
置において、前記複数の露光ショットの一部のサンプル
ショットに形成されたアライメントマーク位置を検出す
るアライメント検出器と、前記アライメントマーク近傍
面の傾斜を測定する手段とを備え、前記基板の最初の層
の露光時に、露光ショットの傾きに基づいて露光ショッ
トの位置を補正することを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項14】 請求項1ないし13のいずれか1項に
記載の投影露光装置を用いて基板を露光する工程を含む
製造工程によってデバイスを製造することを特徴とする
デバイス製造方法。
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