JP2008306140A

JP2008306140A - ステージ装置及び露光装置並びに製造方法

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Publication number: JP2008306140A
Application number: JP2007154434A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kurosawa; 博史黒澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US20080304050A1

Abstract

【課題】ステージ上の複数の干渉計ミラーの相対的な位置が変形した場合にその発生を効果的に検出する。
【解決手段】ステージ装置は、ステージ定盤のステージ移動面における露光ステーションと計測ステーションとの間を移動可能な第１のステージＷＳ１及び第２のステージＷＳ２と、前記ステージ移動面に平行なＹ方向におけるステージの位置を計測するために各ステージに配置された第１、第２のミラーＭＹＵ１、ＭＹＤ１、ＭＹＵ２、ＭＹＤ２と、ステージ定盤の露光ステーション側に配置され、第１のミラーの位置を計測する第１の干渉計ＹＥと、ステージ定盤の計測ステーション側に配置され第２のミラーの位置を計測する第２の干渉計ＹＭと、第１、第２のステージの一方のステージを第１、第２の干渉計の計測光が当たらない位置に移動させ、他方のステージに配置された第１、第２のミラーの位置を第１、第２の干渉計で計測するように制御する制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の測長システムを持つステージ装置及び露光装置並びに製造方法に関する。

ウエハステージ天板（図１のＷＳ１、ＷＳ２）の形状は、（１）処理対象物であるウエハと（２）露光装置本体（干渉計のバーミラーに代表される）との相対的な位置関係を決定付けるものである。そのため、両者間で予期せぬ変動が発生した場合、ウエハに露光されるレチクル投影パターンの重ね合わせ誤差となり、製品の歩留まりを低下させる。上記の相対的な位置変動を起こす要因としては、ウエハチャックの交換や清掃による変動に代表されるウエハチャックに印加される外力によるものや、干渉計反射ミラーを締結する部材の経時変化によるものなどが挙げられる。

例えば、シングルステージのステージ装置（図９）においてＸミラーＭＸが変形した場合、Ｘ軸側を計測しているレーザー干渉計の計測値に計測誤差が発生する。シングルステージのステージ装置においてレーザー干渉計の計測光軸ＸＤとＹＤとの交点ＬＣは、投影レンズＵＬの像高中心と一致するように配置されている。投影レンズ軸上でない場所に配置されたオフアクシスアライメントスコープの計測中心ＯＡＳと交点ＬＣとの間の距離は「ベースライン長」（ＢＬ）と呼ばれている。

ウエハステージの天板変形による発生誤差は、干渉計の計測光軸が照射されるＹ方向の位置ｙで変化し、その誤差量はΔＸｄ（ｘｂ（ｙ））で表される。すなわち、Ｘ軸を計測するバーミラー（通常ｘｂ（ｙ）＝-ｙ）のｙの位置に干渉計の計測ビームが照射されている場合におけるバーミラー歪みは、ウエハステージがＹ方向に変位した場合は、ミラーの形状に従ってＸ方向の誤差量も変化する。さらに、ウエハステージのθ座標をＸ軸側で計測している場合には、θ軸の計測誤差が発生し、Ｘ方向のシフト誤差となって現れる。なお、θ方向の計測誤差は、アライメント計測スコープが一般的に１眼で構成されるため、発生しても無視できる。ウエハステージの回転成分によってもたらされるＸ方向のシフト誤差は、Ｃ×ΔＸｑ（ｙ）^２で表される。

ＭＸミラー変形によって発生する誤差ΔＸ＝ΔＸｄ（ｘｂ（ｙ））＋Ｃ×ΔＸｑ（ｘｂ（ｙ））×ＢＬ＿Ｙ

ここで、ｙは、ウエハ上の所定の着目点を投影レンズ中心に配したときのＹ座標値を示す。ΔＸｄ（ｙ）、ΔＸｑ（ｙ）は、ウエハ上の所定の着目点を投影レンズ中心に配したときとアライメントスコープ計測中心に配したときとの間に生じるＸ方向シフト誤差及び回転誤差を示す。Ｃは、θ軸計測干渉計のビームスパンなどの設計パラメータで決定する定数を示す。ＢＬ＿Ｙは、Ｙ方向ベースライン長（アライメントスコープと、ＸＹ計測干渉計光軸の交点のＹ方向距離を示す。

上記の説明では、説明を簡素化するためにベースラインのＸ方向の長さを０としたが、Ｘ方向が０でない場合はＹ方向の誤差が発生する。

シングルステージのステージ装置（図９）の場合、上述した誤差量がアライメント計測と露光との間で不可観測な量として発生し、オーバーレイ精度を悪化させる。

これに対し、ウエハステージ天板の経時変化による干渉計ミラー形状の変動をモニターする手段としては、定期的な干渉計バーミラー形状補正や焼きによる結果によって管理する方法がとられていた。
特開平５−０１０７４８号公報

しかしながら、図１１（個別の部品の説明は図１の説明に準ずる）に示すような複数のウエハステージを持つシステムでは、ステージ装置のフットプリントを軽減するために、ステージストロークの外周からレーザー干渉計の計測光軸を当てる設計がなされる。このような設計によれば、計測ステーションと露光ステーションとで用いるＹ干渉計のミラーが異なる。そのため、計測ステーションで用いるＹミラー（ＭＹＤ１、ＭＹＤ２）と露光ステーションで用いるＹミラー（ＭＹＵ１、ＭＹＵ２）との相対的な位置等（位置、姿勢及び形状差の少なくとも１つを含む。）を正確に管理する必要が生じる。

一方、ＸＹ干渉計の冗長度を利用した干渉計バーミラー形状補正では、低次（直交度成分）のミラー形状の変動を計測することができない。これを補うために行う焼きや基準ウエハによる計測は、変動が発生したときの対処のリアルタイム性に欠けるため、ロット投入毎に確認するようなものではない。また、上述したシングルステージのステージ装置の例においては、１軸の計測に１本のミラーが対応しており、低次のミラー変形が発生してもアライメント時のステージ格子と露光時のステージ格子が連動して変化する。そのため、低次のミラー変形はウエハごとのアライメント補正機能によってオーバーオールで補正されるので実質的にはオーバーレイ上の不具合は発生しない。

一方、複数のウエハステージを持つシステムにおいて計測ステーションと露光ステーションで用いるＹ干渉計のミラーが異なる場合、両者の位置等が変化すると、アライメント計測結果からこれらが補正されることはない。従って、そのままオーバーレイ誤差として残留してしまうという問題がある。こうした背景から、各ウエハステージの天板変形などの原因によるによるＹ干渉計ミラーの相対的な位置の変化を短時間で検出する方法が求められている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数のステージの一方のステージ上の複数の干渉計ミラーの相対的な位置等が変化した場合に、露光装置の生産性を劣化させることなくその発生を検出することを目的とする。

本発明の第１の側面は、ステージ装置に係り、ステージ定盤と、前記ステージ定盤のステージ移動面における第１のエリアと第２のエリアとの間を移動可能な第１、第２のステージと、前記ステージ移動面に平行な第１の方向におけるステージの位置を計測するために各ステージにそれぞれ配置された第１、第２のミラーと、前記ステージ定盤の前記第１のエリア側に配置され、前記第１のミラーの位置を計測する第１の干渉計と、前記ステージ定盤の前記第２のエリア側に配置され、前記第２のミラーの位置を計測する第２の干渉計と、前記第１、第２のステージの一方のステージを前記第１、第２の干渉計の計測光が当たらない位置に移動させ、他方のステージに配置された前記第１、第２のミラーの位置を前記第１、第２の干渉計で計測するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第２の側面は、露光装置に係り、パターンを形成した原版に照射される露光光を基板に投影するための光学系と、前記基板または前記原版を保持し位置決めを行う上記のステージ装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の側面は、製造方法に係り、上記の露光装置を用いて基板に潜像パターンを形成する工程と、基板に形成された前記潜像パターンを現像する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、ステージ上の複数の干渉計ミラーの相対的な位置が変形した場合に、その発生を効果的に検出することができる。

図２は、本発明の好適な実施の形態に係る露光装置の本体構造図である。照明ユニットＩＬは、レチクルステージＲＳのスキャンに同期して駆動されるマスキングブレード（不図示）やリレーレンズなどの光学部材ＩＬＯＰを含み、床面に設置されたベース定盤ＳＢＰから支持体ＢＰＭによって支持されている。ＲＳＢＰはレチクル荷重及びレチクル駆動による反力を支持する定盤であり、鏡筒定盤ＰＯＢＰからは振動的に絶縁されてベース定盤ＳＢＰから支持されている。ＰＯＢＰは鏡筒定盤であり、光学系としての投影レンズＵＬ、レーザー干渉計ＬＭ１、ＬＭ２が搭載されている。ＰＯＢＰは床面に設置されたベース定盤ＳＢＰからダンパーＤＭによって浮上維持されているため、床からの外乱は鏡筒定盤ＰＯＢＰに到達する前に減衰される。ＯＡＳはオフアクシススコープであり、フォーカス計測機能を備えた２次元のアライメントマークの計測機構である。制御部１００は、露光装置の各部を制御する。オフアクシスアライメントスコープは、ウエハステージ（第１のステージ）ＷＳ１及びウエハステージ（第２のステージ）ＷＳ２上に搭載されたウエハ上のアライメントマークと不図示のウエハステージ上基準マークとの相対的な位置及び姿勢関係を計測する。これにより、ウエハステージＷＳ１、ＷＳ２を設計座標値に対して駆動させる。Ｚ方向及びレベリング方向の計測もこの時点で行われるが、本発明の主旨からはずれるために説明は省略する。ウエハの計測を終えたウエハステージＷＳ１は、露光ステーション側にあるウエハステージＷＳ２と交換され、露光ステーション側（ＵＬの下）に送られる。露光ステーションに送られたウエハステージＷＳ１は、レチクル上に予めレチクルデザインとして描画された、オンアクシスアライメントマークとウエハステージＷＳ１上のアライメントセンサ（不図示）との間で露光照明光を介して位置合わせが行われる。ウエハステージＷＳ１上のアライメントセンサとウエハステージ上基準マークは、図３の３０２、３０３に示すようなセンサユニットとして一体化されており、さらに複数（図３の例では２つ）のセンサユニットがウエハステージ天板上に固定されている。ウエハステージ天板上にはウエハＷａｆｅｒを搭載したウエハチャックが固定されているため、ウエハとウエハステージ上のアライメントセンサ、ウエハステージ上基準マークは、常に固定された位置関係にある。従って、ウエハステージＷＳ１上のアライメントセンサ（不図示）の間で露光照明光を介してレチクルの位置合わせを行う。これにより、ウエハステージ上基準マークやウエハステージＷＳ１上アライメントセンサを介して、ウエハ上のショットレイアウトとの相対的なＸＹ方向の位置合わせを行うことができる。次いで、予めレシピに定義された露光順序や配列に従って、レチクルパターンが所望のウエハステージＷＳ１上のウエハ上にアライメントされ、投影露光処理される。レチクルパターンとウエハパターンの整合を行うに当たり、以下のような誤差要因が考えられる。

レチクルパターン：[１]レチクル描画誤差、[２]レチクル変形、[３]吸着誤差
レチクルアライメントマーク：[４]ステージアライメント計測誤差、[５]ＵＬ収差変動
ウエハステージ上アライメントセンサ：[６]照明モード間差、[７]天板変形
ウエハステージ基準マーク：[８]天板変形、[９]ウエハアライメント誤差、[１０]ウエハ変形誤差
ウエハ上アライメントマーク：[１１]ショット内変形誤差

以上の説明の中で、ウエハ、ウエハステージ上のアライメントセンサ及びウエハステージ上基準マークは、固定された位置関係にあることを前提としているが、これら三者の位置関係により中長期的にみて微少量の変形が発生することが問題となっている。ステージ天板に取り付けられた部材の微少変動は「[７]天板変形」の誤差要因として計上され、アライメント誤差及びフォーカス誤差に直接影響する。本発明は、「[７]天板変形」に代表される誤差要因を特徴的な干渉計ミラーの相対位置を計測する手段を用いて計測し、露光装置としての性能保証や自己補正機能を実現することを意図したものである。

図１は、本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置を示す図である。図１において、左右方向はステージ定盤ＳＢＰのステージ移動面に平行な第１の方向としてのＹ軸方向を示している。また、上下方向はステージ定盤ＳＢＰのステージ移動面に平行でかつ第１の方向に垂直な第２の方向としてのＸ軸方向を示している。図１の上半分は投影レンズＵＬを具備した、ステージ定盤ＳＢＰのステージ移動面における第１のエリアとしての露光ステーションである。また、図１の下半分はウエハアライメントスコープＯＡＳを具備した、ステージ定盤ＳＢＰのステージ移動面における第２のエリアとしての第２の計測ステーションとなっている。ウエハステージは複数基（ＷＳ１、ＷＳ２）あり、ステージ定盤ＳＢＰのステージ移動面上を２次元方向（ＸＹ方向）に長ストロークで移動可能である。各ステージは、ステージ定盤ＳＢＰに鉛直な方向であるＺ方向に加えて、ωｘ、ωｙ、ωｚ方向の微少量を駆動可能な機構を具備しており、駆動軸として６軸の駆動機構を持っている。このような機構を実現する手段としては、ＸＹ粗動ステージを平面パルスモータで構成し、その上に６軸微動ステージを搭載するなどの方法が考えられる。各ステーション内のステージ可動範囲は、ステージ交換以外の駆動シーケンスにおける干渉を避けるように独立している。ウエハステージの位置決めに用いるレーザー干渉計は、露光ステーション側（第１のエリア側）においては、ＸＥ、ＹＥから照射される計測光ＸＥＹ、ＸＥＤ、ＹＥＹ、ＹＥＤを用いる。また、計測ステーション側（第２のエリア側）においては、ＸＭ、ＹＭから照射される計測光ＸＭＤ、ＸＭＹ、ＹＭＹ、ＹＭＤを用いる。干渉計ＳＹＭ、ＳＹＥは、ステージ交換用のレーザー干渉計である。各ステーションにおけるウエハステージが双方とも予めスケジューリングされたシーケンスを完了するとステージ交換が発生し、露光ステーションと計測ステーション間でのウエハステージＷＳ１、ＷＳ２の交換が行われる。その際に、幾何的な構成上、Ｙ軸の干渉計ＹＥ、ＹＭを使えないため、Ｙ軸の計測のみを行う目的でスワップ干渉計ＳＹＭ、ＳＹＥが用意されている。

各ウエハステージには干渉計のミラーがウエハステージ天板を介して配置されている。ウエハステージＷＳ１の第１のミラーＭＹＵ１は、露光ステーションにおける第１の干渉計ＹＥ及び干渉計ＳＹＥの計測を行うためのものである。第２のミラーＭＹＤ１は計測ステーションにおける第２の干渉計ＹＭ及び干渉計ＳＹＭの計測を行うためのものである。ミラーＭＸ１は、計測ステーションにおける干渉計ＸＭ及び露光ステーションにおける干渉計ＸＥの計測を行うためのものである。また、ウエハステージＷＳ２の第１のミラーＭＹＵ２は、露光ステーションにおける第１の干渉計ＹＥ及び干渉計ＳＹＥの計測を行うためのものである。第２のミラーＭＹＤ２は計測ステーションにおける第２の干渉計ＹＭ及び干渉計ＳＹＭの計測を行うためのものである。ミラーＭＸ２は、計測ステーションにおける干渉計ＸＭ及び露光ステーションにおける干渉計ＸＥの計測を行うためのものである。

Ｙ軸干渉計ミラーをウエハステージの図１の上下端に設けることなく、どちらか一方のミラーでＹ軸計測を行う構成も可能である。そのような方式においては、Ｙ軸レーザー干渉計の計測光を常に片側から当たるような配置にする必要があるため、結果として装置が大きくなりうる。

ステージ天板の変形が発生した場合、干渉計のミラー、ウエハチャック、基準マーク、ステージアライメントセンサの部材の位置のそれぞれに誤差が生じる。特に、干渉計のミラーは、ミラー自体の取り付けを含めて中長期的な変動の主要因となることが多い。本実施形態では、特に、Ｙ方向について対称に取り付けられたミラーＭＹＵ１及びＭＹＤ１並びにＭＹＵ２及びＭＹＤ２の相対的な位置等（位置、姿勢及び形状差の少なくとも１つを含む。）をに関する計測を行い、性能保証及び補正を行う方法を説明する。

図３は、ウエハステージＷＳ１又はウエハステージＷＳ２において、天板変形又はミラーずれが発生し、ＭＹＵとＭＹＤの相対的な位置が変化した状態を示す図である。計測ステーションにおいて計測されたウエハ上のショットレイアウトは、Ｌａｙｏｕｔ１のように計測されるが、ＭＹＵが期待した姿勢に対して傾いているため、Ｌａｙｏｕｔ２のように転写露光されてしまう。計測ステーションと露光ステーションとの間で同じミラーを用いれば（Ｘ軸ミラーはそのようになっている）、計測ステーションで計測されるアライメント計測値としてミラーの姿勢変動量を含むアライメント計測値が得られる。そのため、上記変動量は補正される。しかしながら、図１で説明した背景により、アライメント計測時と露光処理時において、異なる干渉計ミラーを用いる構造をもった装置では、ここで示された変動要因を常に許容範囲に収めるよう対処する必要がある。

図４は、図３において説明したウエハステージのＱ-Ｑ’における断面図である。ＭＹＵミラーに対してＭＹＤミラーのＺ方向の傾き（ωｘ）が平行になっていない場合を誇張して表している。上記の傾き量は、設計値からずれている場合や中長期的に変化した場合、次のような不具合が発生する。すなわち、ウエハの厚みばらつきが大きく変動した場合（約１００ミクロン程度）、ウエハの厚みによって干渉計の計測光軸ＹＥＤ、ＹＭＤにおける、ミラーＭＹＵ、ＭＹＤに照射されるスポットのＺ方向位置が変動し、Ｙ方向のシフト誤差が発生する。特に、ウエハアライメントスコープＯＡＳとウエハ露光時のレチクル結像面との間でウエハステージの駆動目標値が異なる場合に、上記シフト誤差が重ね合わせ誤差となる。ウエハ露光時のレチクル結像面とステージアライメント時の間でウエハステージの駆動目標値が異なる場合も同様にアライメント誤差が発生する。本発明の好適な実施の形態によれば、図１に示した例においてウエハステージＷＳ１をＸ方向に移動させる代わりにＺ方向に移動させることによって、ＭＹＵ、ＭＹＤミラーの倒れ角度（ωｙ）の相対量を求めることができる。制御部１００は、ここで求めたＭＹＵ、ＭＹＤミラーの倒れ角度（ωｙ）の相対量をＺ軸を駆動する際のＹ方向の補正値として加算する処理を行い、ＭＹＵ、ＭＹＤミラーの相対的な倒れ角度を実質的に０になるように補正することができる。本実施形態では、ウエハの厚みばらつき要因でＺ方向に消費されるストロークが１００ミクロン程度であるということから、Ｘ軸のように補正テーブルを用いずに１次関数係数による補正手段を想定している。しかしながら、用いるストロークが大きくなった場合は、Ｘ軸と同じ手法を用いても構わない。

図５は、本発明の好適な実施の形態に係る露光装置における、上記の天板変形計測（以下「ステージディストーション確認」という）シーケンスを示す図である。本シーケンスでは、制御部１００によって露光装置の各部が制御される。ステージディストーション確認は、露光装置に備えられた複数のウエハステージに対し、それぞれ個別に必要とされる。ステップ５０１では、ステージディストーション確認を行う計測対象のステージ（ＷＳ１又はＷＳ２）を指定する。ステージディストーション確認のタイミングは、生産ロットの合間等にステージごとに与えることが可能であり、必ずしも複数基のウエハステージを単一のステージディストーション確認シーケンスの中で確認を行う必要はない。ステージディストーション確認を行う計測対象のステージは、ウエハチャック上にウエハを保持していても、していなくても構わない。次に、ステップ５０２では、ステージディストーション確認を行う計測対象でないウエハステージを待避させる。待避方法は、図１のＷＳ２に示すウエハステージの位置に駆動するものとする。すなわち、ウエハステージＷＳ１に対し露光ステーションの位置でステージディストーション確認シーケンスを実施するときには、ウエハステージＷＳ２を第２の干渉計ＹＭからの計測光軸ＹＭＹ、ＹＭＤが当たらない位置に退避させる。上記位置の一例としては、ＷＳ２に示すのウエハステージ交換駆動の開始位置が好適であり、ウエハステージＷＳ２のＹ軸の位置はスワップ干渉計ＳＹＭからの計測光軸ＳＹＭＤにより得られると同時に、位置サーボがかけられている。ウエハステージＷＳ２は、ウエハチャック上にウエハを保持していても、していなくても構わない。この位置において、ウエハステージＷＳ２のミラーＭＹＤ２は、第２の干渉計ＹＭの計測光ＹＭＤ、ＹＭＹを反射しない。

ステップ５０３では、ステージディストーション確認シーケンスの計測対象となっているウエハステージＷＳ１をＹ方向及びθ方向の目標値を固定してＸ方向にスキャンする。この駆動は、ステージアライメントシーケンスの際にステージアライメントセンサ３０２、３０３の間を駆動するステップにおいて、上記ステージディストーション確認シーケンスと兼用する（６５２と６５３、６５５と６５６）ことも可能である。これは、露光装置の生産性向上の観点においても好ましい実施形態である。この場合、計測ステーション側にスワップしたウエハステージは、ステージアライメントセンサ３０２、３０３の間を駆動するステップが終了するまでの間は、計測ステーション側の第２の干渉計ＹＭの計測光軸を遮らない場所に待機している必要がある。このときウエハステージＷＳ１の制御（サーボ）は、第１の干渉計ＹＥとＸＥの位置計測結果に基づいて行われる。ウエハステージＷＳ１のＹ方向座標は、レーザー干渉計の計測光軸ＹＭＹ、ＹＭＤが理想的に調整されていれば、特に位置による優劣は発生しない。しかしながら、ＹＭＹ、ＹＭＤの光軸アライメントの精度が下がるため、ステージディストーション計測を行うウエハステージＷＳ１のＹ座標は、極力スパンの広くなる第２の干渉計ＹＭ寄りになっていることが好ましい。例えば、ステージが露光ステーションと計測ステーションの境界上（一般には、定盤のＹ方向の中心位置）にあるときなどが望ましい。同様な理由で、θ軸及びレベリング軸の目標値に関しても、ＹＭＹ、ＹＭＤの光軸に対してＭＹＤ１ミラー平面が直交する目標値を選ぶようにする。

ステップ５０４は、ミラー面ＹＭＤ及びＹＥＤの計測差分を計算するシーケンスである。本実施形態では、Ｙ軸の制御は第１の干渉計ＹＥによって行い、第２の干渉計ＹＭは計測のみの状態としてＸ方向にスキャンさせる。Ｘ方向にスキャンさせると同時に第２の干渉計ＹＭ及び第１の干渉計ＹＥの計測値をサンプルクロックのタイミングで取得する。第２の干渉計ＹＭの計測値は、Ｘ方向のスキャン中に同じ計測値を示すことが望ましいが、実際にはＭＹＵ１とＭＹＤ１とが完全に平行ではないことや天板の経時変化などにより、通常は一定の値とはならない。

その一例を図１２に示す。図１２は、Ｘ方向スキャンによる計測をＹＭＹの光軸に対して複数回行ったときの結果を表す図である。露光装置の組み立て及び調整の初期段階で計測したＹＭＹの光軸における計測値プロファイルはＧ１、その後の装置運用中で計測したＹＭＹの光軸における計測値プロファイルはＧ２である。Ｇ１が０を示していないのは、ＷＳ１及びＷＳ２を個別に調整したときに誤差が生じたためである。この誤差は、ステージが変形したことによるものではないが、計測ステーションと露光ステーションとの間のステージ格子を一致させるために、ミラー形状、アッベ補正、直交度補正係数にフィードバックして補正しても構わない。ウエハステージディストーション変動は、調整の初期段階で計測したものとの差、すなわちＧ２−Ｇ１（＝Ｆ１）で表される。変動成分Ｇ２−Ｇ１には、ウエハステージや干渉計反射ミラーの変形によるものの他に、サーボエラーや空気揺らぎによる変動量も含まれている。このような誤差要因を低減するためには、波形そのもののＬＰＦ処理の他に、複数回スキャンした平均を取ったり、速度を変更してスキャンしたものと平均したりする処理を行うことが好ましい。

この変動成分を計測し、ミラーの形状補正の補正テーブルに加算して補正したり、閾値判定したりして異常検出を行うことが、露光装置のアライメント性能保証に有効であり、本発明の主眼とするところである。ステップ５０５で「差分テーブルの前回値との差分を計算する」と称した処理は、上記の変動成分を取り出すことを意味する。すなわち、焼き結果と照合するような装置の定期点検的な調整を行った際のＭＹＵ１及びＭＹＤ１並びにＭＹＵ２及びＭＹＤ２のＹＵＹＤ差分テーブルを採取する。このテーブルからの変動分をステージディストーション確認シーケンスの中で計測した値から求める。すなわち、ステージディストーション確認シーケンスから得られたＹＵＹＤ差分テーブルと、点検時のＹＵＹＤ差分テーブルとの差分を計算する。点検時のＹＵＹＤ差分テーブルから変動したＹＵＹＤミラーの相対的な変形量を含むテーブルを、以下「ＹＵＹＤ相対変動テーブル」という。ステップ５０６では、上記のＹＵＹＤ相対変動テーブルの絶対量、すなわち定期点検時からのミラー相対的な変形量が許容値内であるかを判定し、エラーを検知する。許容値内であれば「正常」であると判断し、そのまま後続のジョブを実行する。許容値になければ、天板変形によるエラーが発生したと判断する。エラーが発生した場合には、装置オペレーションを停止し、保守点検を促す。しかしながら、次の場合にはエラーで止めることなく自己キャリブレーションによって自動復帰させることも可能である。すなわち、ＹＵＹＤ相対変動テーブルの許容値逸脱が、因果関係の確定した変動要因によってもたらされることが明らかであり、ＹＵＹＤ相対変動テーブルに現れた変形量をソフトウエアによりフィードバック補正が可能であることを確認できる場合である。

図６は、本発明の好適な実施形態に係るロット処理シーケンスの途中経過を表すフローチャートである。本フローチャートでは、制御部１００によって露光装置の各部が制御される。右側のフローが露光ステーション側のシーケンスであり、左側のフローが計測ステーション側のシーケンスである。ステージスワップ６０１と６０２との間は、スワップ直前にステージディストーション計測を行う場合であり、ステージスワップ６０２と６０３との間はスワップ直後にステージディストーション計測を行う場合を示している。これらは共存可能であり、用途に応じて使い分けることができる。例えば、ロット処理の単位でステージディストーション計測を行う場合やロット処理が連続する場合は、処理のオーバーヘッドがかからないスワップ直前にステージディストーション計測を行うシーケンスをロット切り替えの際に各ステージにつき１回挿入する。この場合、ロット間に挿入されたディストーション確認計測は、直前のロットで正常な処理が行われたことを保証する意味と、次にロットを投入するに当たって問題がないことを確認する意味とを兼ね備えている。ロット処理がとぎれた場合は、後者の意味合いにおける確認がとれなくなるため、ロット処理の直前にスワップ直後にステージディストーション計測を行うシーケンスが必要となる。

ステップ６０１は、露光ステーションにあるウエハステージＷＳ１と、計測ステーションにあるウエハステージＷＳ２とを交換するステージスワップシーケンスである。本実施形態に係るフローチャートの開始時、すなわちステップ６０１の前では、ＷＳ１及びＷＳ２には第１ロットのウエハが保持されている。ステージスワップ後のＷＳ１は、第１ロットの最後から２番目のウエハ、ＷＳ２には第１ロットの最後のウエハが保持されている。

ステップ６１１では、上記第１ロットの最後から２番目のウエハがアンロードされる。これに代わり、次にロードされるウエハは第２ロットの最初のウエハである（ステップ６１２）。ＷＳ１では、ステージ上の複数の基準マーク（不図示）とオフアクシススコープＯＡＳとの相対位置を把握するために、計測ステーション上におけるステージアライメントが行われる。次いで、オフアクシススコープＯＡＳ位置を基準としたウエハのフォーカスマップ計測及びアライメント計測が実施される（ステップ６１３）。ステップ６１４は、露光ステーションにおけるＷＳ２ステージディストーション計測６５２を行うために第２のＹＭ干渉計を遮らない位置にＷＳ１待避させる待避シーケンスである。本実施形態では、一般的に計測ステーションにおけるフォーカスマップ及びアライメント計測の方が露光処理よりも早く終了することが多い。そのため、装置の生産性を向上させる観点で、ウエハの待避は計測ステーションで行い、ディストーション計測は露光ステーションで行うものとしている。アライメントサンプルショットを極端に増やすなどの理由で、計測ステーション側での処理時間が露光ステーションにおける処理時間を上回るようなことがあれば、ステージディストーション計測を計測ステーション側で行う。そして、露光ステーション側のステージを待避させる。このような実施形態も構成可能であり、本発明の応用範疇とみなすことができる。

一方、露光ステーションにスワップされたウエハステージＷＳ２は、レチクルアライメントマークとステージ天板上の位置センサにより、レチクルと露光ステーションのステージ原点をＸＹθ方向及びＺωｙ方向にわたりアライメントする（ステップ６５１）。レチクルパターンの転写対象であるウエハは、計測ステーションにおいてウエハステージ天板上に固定された基準マークとの相対的な位置関係が計測されている。ステージ天板上に固定された位置センサとステージ基準マークは同じウエハステージ天板上に固定されたもの同士である。そのため、レチクルアライメントマークとウエハは、ステージ基準マークと天板上の位置センサを媒介として正確な位置関係を再現させることが可能である。ステップ６５２は第１ロットにおける最後のウエハの露光処理シーケンスであり、計測ステーションで計測したウエハフォーカスアライメント情報に基づいて、ウエハステージをスキャン駆動させながらレチクルパターンをウエハに逐次転写露光する。ステップ６５３は本発明の特徴であるステージディストーション確認シーケンスであり、計測ステーションにおけるＷＳ１の待避位置駆動が実施されたことを確認して行われる。ステージディストーション確認シーケンスに関する詳細は、図５において説明したとおりである。ステージディストーション確認シーケンスが完了した時点でステージスワップ６０２が発生する。線分６８０、６８１、６８２は、上記の『待避位置駆動が実施されたことを確認』する処理に相当し、線分に仕切られた上下の処理の時間的な排他関係が構築されていることを意味する。

上記までがステージスワップ直前にステージディストーション計測シーケンスを実施するシーケンスの構成例である。以下に続くシーケンスはステージスワップ直後にディストーション確認シーケンスを実行する構成例を説明するものである。

スワップされたＷＳ２は計測ステーション側に移り、スワップ干渉計でＹ方向を制御されたまま第２の干渉計ＹＭを遮らない位置で待機する（ステップ６１５）。この待機を確認して、露光ステーション側では、ＷＳ１に関するステージディストーション確認シーケンスを実施する（ステップ６５４）。ステップ６５４の実施中は、第２の干渉計ＹＭを占有するため、計測ステーションにおける後続の処理はブロックされる（ステップ６８２）。露光ステーションにおけるステージディストーション計測６５４が完了すると、それぞれのステーションにおいて個別の処理が実施可能となり、計測ステーションではＷＳ２からの第１ロット最終ウエハのアンロードが行われる（ステップ６１６）。次いで、ＷＳ２には第２ロットの２枚目のウエハがロードされる。その後、ＷＳ２では６１３同様のステージアライメントとフォーカスマップ計測及びアライメント計測が実施される（ステップ６１８）。

一方、ステージディストーション確認シーケンスが終わった後の露光ステーションではステップ６５１及びステップ６５２と同様に、露光光によるウエハステージアライメントが行われる。そして、計測ステーションで計測したウエハフォーカスアライメント情報に基づき、ウエハステージをスキャン駆動させながらレチクルパターンをウエハに逐次転写露光する。ステップ６１８及びステップ６５６が両方とも完了したところでウエハステージのスワップ６０３が発生する。

ステージディストーション確認シーケンスは、これを実施するために搭載されたウエハを取り除くような必要はないが、計測対象のウエハステージをスキャンする時間に相当する若干のウエハ生産性の劣化が発生する。そこで、オーバーレイ精度不良をきたすことなく、ウエハステージ天板の変形を検知できる適切な実施タイミングの制御が必要となる。例えば、露光装置のＷｅｅｋｌｙメンテナンスにおいてロット処理シーケンスに組み込まない態様（オンラインホストからのコマンド実行）によるものであっても良い。生産性の劣化をいとわなければ、ウエハ毎にステージディストーション確認シーケンスを行ってもよい。しかしながら、現実的には天板変形によるオーバーレイ不良をデバイスの最終検査に到達するまえに検出できるようにするためには、ロットの最終ウエハを処理した時点で確認計測を行うようにする。確認計測で異常が発見された場合は、該当ロットをリワーク処理に回すことで、不具合発生ロットに対する必要処置を最小限に抑えることができる。なお、２基あるウエハステージのそれぞれに対してステージディストーション確認シーケンスを行う必要がある。

図７は、図５において示したステージディストーション確認シーケンスにおいて許容値エラーとなった場合の処理アルゴリズムである。本処理アルゴリズムでは、制御部１００によって露光装置の各部が制御される。ステップ７０１で許容値エラーが発生した場合、直前のステージディストーション確認シーケンスから今に至るまでに処理を行ったロットに対して不具合があることをオンラインホストに報告する（ステップ７０２）。次に、ＹＵＹＤミラーの相対変形量テーブルの変動量がミラー形状補正テーブルなどに対するフィードバック補正で復帰可能であるかどうかを判断する（ステップ７０３）。復帰可能であればミラー形状補正テーブルや、アッベ補正パラメータ、直交度補正パラメータなどに対する補正を行って（ステップ７０４）、後続のロット処理サービスを再開する。復帰不能なほど変動量が大きい場合は、エラーを表示したり、オンラインホストに報告したりするなどしてサービスを停止し、マニュアルアシスト待ちの状態とする（ステップ７０５）。

図８は、本発明の実施形態及び従来例に適用されているレーザー干渉計の計測値の処理フローダイヤグラムである。本処理フローダイヤグラムでは、制御部１００によって露光装置の各部が制御される。図１におけるＹＭ、ＹＥ、ＸＭ、ＸＥ等の個々の干渉計のセンサから得られた位置信号８０１は、抽象座標軸のように直交化された状態で得られないため、モード分離処理８０２によって変換を行う。すなわち、計測ステーションにおけるウエハステージθ軸の現在位置はＸＭＤとＸＭＹの差分をビームスパンで割った値を充てるといった処理をこの処理で行う。次に干渉計の反射ミラーが完全な平面でない量を補正するミラー形状補正処理８０３を行う。本実施形態においてはミラー形状補正テーブルは、本来平面であるべき形状からの差分として得られた値に対して２次関数近似プロファイルを作成する。そして、そのプロファイルからの差分（３次関数成分以上の高次成分）をミラー形状補正テーブルとして保持するように想定している。２次関数成分以下の補正成分は、この次の処理であるアッベ補正８０４で行われる補正効果と重複するためである。従って、上記のミラー形状補正テーブルに対して２次関数成分以下の補正成分を持たせることは設計上冗長であるだけで、補正システムに対して不都合をもたらすものではない。また、算出したＹＵＹＤミラーの相対変形量テーブルの値をそのままミラー形状補正テーブルに加算出来るような実装も可能である。８０４はアッベ補正処理であり、干渉計の計測光軸が傾いていたり、干渉計のミラーが設計値に対して傾いて取り付けられていたりすることによって発生する低次の誤差成分を関数的に補正する機能である。これらの処理を通すことによってＸＹθの現在位置８０５が求められる。

図１０は、図５において説明したＹＵＹＤ相対変動テーブルとそれから計算する補正量の一例である。Ｆ１は計測したＹＵＹＤ相対変動テーブルの生波形、Ｆ２は２次関数近似プロファイル、Ｆ３は生波形からＦ２で示した２次関数近似プロファイルを減算した差分（ＹＵＹＤ高次補正量）である。Ｆ２で得られる２次関数近似プロファイルのうち１次成分は図８におけるアッベ・直交度補正８０７にフィードバックし、２次成分は図８におけるアッベ・直交度補正８０７のうちＸ駆動に比例してθ軸を補正する補正量にフィードバックする。Ｆ３で得られたＹＵＹＤ高次補正量は図８におけるミラー形状補正テーブル８０６にフィードバックする。ハードウエアの保守及び管理上の便宜から、図１０に示したようなグラフを露光装置のユーザーインターフェースに表示したり、オンラインホストに対してデータを送付したりすることは有用である。

以上のように、露光ステーションと計測ステーションとで異なる干渉計反射ミラーを使うシステムにおいて、ウエハステージ上の２つの反射ミラーの相対関係を計測し、補正する機構及びその方法を説明した。露光ステーションと計測ステーションとの間で同じステージ座標系格子を維持するためには、露光ステーションと計測ステーションとの間で共通して用いることができないミラー間の位置及び形状の整合を取ることが必須である。本発明は、ステージユニット個別の調整や露光結果の積み上げによる方法によらず、干渉計システムを用いて精度良く直接的に上記整合を行う方法を提供するものである。その方法は、一方のステーションにおけるウエハステージの調整に他方のステーションのウエハステージ計測システムの計測が可能となる構成をとり、両者の計測システムの差分を計算することを基本とするものである。露光装置におけるキャリブレーション用途において、一方のステーションにおけるウエハステージの調整に他方のステーションのウエハステージ計測システムの計測機構、シーケンス、ロット処理シーケンス中の最適化手順は、すべて本発明の適用範疇である。

次に、本発明の好適な実施の形態に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１３は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスク（原版又はレチクルともいう）を作製する。一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ４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）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）ではステップＳ５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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップＳ７でこれを出荷する。

上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。すなわち、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後のウエハを、マスクのパターンを介して露光する。そして、レジストに潜像パターンを形成する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップを有する。さらに、現像ステップで現像した潜像パターン以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置のウエハステージユニットの概要図である。本発明の好適な実施の形態に係る露光装置の本体構造図である。ウエハステージにおいて天板変形又はミラーずれが発生した状態を表す図である。図３のウエハステージをＱ-Ｑ’における断面図であるステージディストーション確認シーケンスを示す図である。本発明の好適な実施形態に係るロット処理シーケンスの途中経過を示す図である。ステージディストーション確認シーケンスにおいて許容値エラーとなった場合の処理シーケンスを示す図である。レーザー干渉計の計測値の処理フローダイヤグラムを示す図である。従来のシングルステージの露光装置のウエハステージユニットの概要図である。ＹＵＹＤ相対変動テーブルとそれから計算される補正量の一例を示す図である。本発明の好適な実施の形態を適用する前の露光装置のウエハステージユニットの概要図である。本発明の好適な実施の形態を適用した露光装置のＸ方向スキャンに伴うＹＭＹ干渉計による計測値を複数回行ったときの結果を表す図である。半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

ＳＢＰステージ定盤、
ＷＳ１第１のステージ（ウエハステージ）
ＷＳ２第２のステージ（ウエハステージ）
ＭＹＵ１、ＭＹＤ１（ＭＹＵ２、ＭＹＤ２）第１、第２のミラー
ＹＥ、ＹＭ第１、第２の干渉計
１００制御部

Claims

ステージ定盤と、
前記ステージ定盤のステージ移動面における第１のエリアと第２のエリアとの間を移動可能な第１、第２のステージと、
前記ステージ移動面に平行な第１の方向におけるステージの位置を計測するために各ステージにそれぞれ配置された第１、第２のミラーと、
前記ステージ定盤の前記第１のエリア側に配置され、前記第１のミラーの位置を計測する第１の干渉計と、
前記ステージ定盤の前記第２のエリア側に配置され、前記第２のミラーの位置を計測する第２の干渉計と、
前記第１、第２のステージの一方のステージを前記第１、第２の干渉計の計測光が当たらない位置に移動させ、他方のステージに配置された前記第１、第２のミラーの位置を前記第１、第２の干渉計で計測するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とするステージ装置。
前記第１、第２の干渉計により計測された前記第１、第２のミラーの位置に基づいて、各ミラーの相対的な位置、姿勢及び形状差の少なくとも１つに関する補正値を算出する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記制御部は、前記ステージ移動面に平行でかつ前記第１の方向に垂直な第２の方向にステージを移動させながら、前記第１、第２の干渉計による計測を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
前記制御部は、前記ステージ移動面に鉛直な方向にステージを移動させながら、前記第１、第２の干渉計による計測を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
前記制御部は、前記第１、第２のステージが前記第１、第２のエリアの間を互いに移動して入れ替わる直前又は入れ替わった直後に、前記第１、第２の干渉計による計測を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記制御部は、前記第１、第２のエリアの境界上にステージが位置するときに前記第１、第２の干渉計による計測を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記制御部は、前記第１、第２の干渉計による計測結果と予め計測した計測結果とに基づいて、エラーを検知することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記制御部は、ロットの直前又は直後に、前記第１、第２の干渉計による計測を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記第１のエリア及び前記第２のエリアの一方は、露光ステーションに配置され、他方は、計測ステーションに配置され、
前記制御部は、前記計測ステーションに位置するステージを前記第１、第２の干渉計の計測光が当たらない位置に移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のステージ装置。
パターンを形成した原版に照射される露光光を基板に投影するための光学系と、
前記基板または前記原版を保持し位置決めを行う請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のステージ装置と、
を備えることを特徴とする露光装置。
請求項１０に記載の露光装置を用いて基板に潜像パターンを形成する工程と、
基板に形成された前記潜像パターンを現像する工程と、
を含むことを特徴とする製造方法。