JP4942178B2 - 情報処理装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、露光装置において計測の対象となるサンプルショットセットを決定する情報処理装置に関する。

従来、半導体露光装置で露光される基板上で位置決めされる各ショットのレイアウトは、基板の大きさ、レチクルパターン領域、ショットサイズ、チップサイズ等のプロセス条件を考慮して作成されうる。そしてアライメント、フォーカスレベリング合わせ、露光等、露光装置におけるすべての動作は、このレイアウトに基づいて行われている。

例えば、基板の各ショット領域上に重ね合せ露光を行う場合、レチクルのパターンと、各ショット領域内のチップパターンとのアライメントを行う。アライメントの方法としては、従来、生産性と計測精度との兼ねあいから、グローバルアライメントが用いられてきた。グローバルアライメントは、基板内の数個のショット（サンプルショット）の計測値から基板内のショットの配列位置を求め、これに基づいて基板内全ショットのアライメントを行う方法である。ここでは、アライメントに使用する複数のサンプルショットセットを以下「サンプルショットセット」と呼ぶこととする。露光装置は、アライメント用やフォーカスレベリング合わせ用に最適と推奨するサンプルショットセットを選定する、専用の１つのサンプルショットセット自動選定手段を有する。

従来最適とされたサンプルショットセットの選定アルゴリズムの一例は、サンプルショットが、基板中心からほぼ対称に円周をほぼ均等に分布するように、かつ基板外周辺を除きなるべく外側に配置されるように選定するものである。この選定アルゴリズムに従い、従来使用されているサンプルショットセット自動選定手段を用いてアライメントを行うとする。図１ａに示すように、φ８インチ（２００ｍｍ）の基板Ｗ１について、２６×３３ｍｍの露光サイズのレイアウトを考える。基板外周辺のショットをサンプルショットとすると、基板Ｗ１上の感光材（レジスト）の膜厚ばらつきや基板Ｗ１の歪み等の影響により、アライメントに用いる計測値に誤差を生じやすい。そのため、上述したように、サンプルショットセットの選定には「基板外周辺を除き」という条件が加えられ、サンプルショットＳ１〜Ｓ４は基板Ｗ１の中心付近に寄って配列されることになる。このように配置したサンプルショットセットを用いてグローバルアライメントを行うと、基板Ｗ１の中心近傍で測定する各サンプルショット間のスパンが短い。そのため、基板Ｗ１内のショット配列の倍率や回転といった計測値の精度劣化が生じる。

ところが近年においては、φ８インチの基板の場合、基板上のレジストの膜厚ばらつきや基板の歪み等が少なく、基板外周辺のショットをサンプルショットに用いることが可能な状況も少なくない。そのような状況の場合、図1ｂ、cに示すように、オペレータが手動で基板外周辺のショットをサンプルショットに選定してサンプルショットのスパンを大きくし、計測値の誤差を小さくすることができる。

φ１２インチ（３００ｍｍ）の基板による半導体製造も近年増加の傾向を示している。φ１２インチ（３００ｍｍ）の基板に対して２６×３３ｍｍの露光サイズのレイアウトを考えると、図1dに示すように、基板Ｗ２上ではサンプルショットのスパンは大きくなる。しかし、φ１２インチ（３００ｍｍ）の基板Ｗ２は大きいため、基板Ｗ２上の感光材の膜厚ばらつきや基板Ｗ２の歪み等の影響を無視しえない状況が少なくない。このため、基板Ｗ２外周辺のショットをアライメントやフォーカスレベリングのためのサンプルショットに用いると、計測値に誤差が生じやすい。φ１２インチ（３００ｍｍ）の基板Ｗ２に対して基板外周辺のショットをアライメント用のサンプルショットとする自動選定手段を用いると、従来通り、基板Ｗ２内のショット配列の倍率や回転等計測値の精度劣化が生じる。したがって、φ１２インチ（３００ｍｍ）の基板Ｗ２に対して、従来通り、基板外周辺のショットをアライメントやフォーカスレベリング用のサンプルショットとして選定しないことが望ましい。
特開２００１−１１８７６９号公報

従来技術では、サンプルショットセットの選定アルゴリズムは、基本的には、計測精度のよさに重点が置かれていたため、なるべく基板外周のサンプルショットを選定していた。しかし、基板外周のサンプルショットを選定するとアライメント計測時の移動距離が増大する。そのため、プロセスが必要とする以上の精度を与えるサンプルショットが選ばれ、その分だけスループットが低下するといった課題があった。

本発明の例示的目的は、上述のような課題に鑑み、計測精度と計測時間とが設定された要求を満たすサンプルショットセットを決定することにある。

本発明は、基板に形成された複数のショットのそれぞれを露光する装置において計測の対象となるサンプルショットセットを決定する情報処理装置であって、入出力部と、入出力部から入力された複数のショットの配列に関する情報に基づき、複数のショットから複数のサンプルショットセットを生成し、複数のサンプルショットセットそれぞれの評価値を、各サンプルショットの位置座標に基づく計測精度の評価値と各サンプルショット間の距離に基づく計測時間の評価値とから求め、かつ求められた複数のサンプルショットセットそれぞれの評価値に基づいて複数のサンプルショットセットの中から計測の対象となるサンプルショットセットを決定する処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、処理部は、計測時間の評価値として、サンプルショットセットに関して計測を行うために基板を移動させる時間を用いることが好ましい。

本発明の実施形態によれば、処理部は、最適化手法を用いて、生成された複数のサンプルショットセットを変更することが好ましい。最適化手法は遺伝的アルゴリズムを含むものが好ましい。

本発明の実施形態によれば、処理部は、各サンプルショットセットについて、基板の移動時間が最小となる移動順序を選定し、かつ移動順序に基づいて算出された基板の移動時間を計測時間の評価値として用いることが好ましい。

本発明によれば、例えば、計測精度と計測時間とが設定された要求を満たすサンプルショットセットを決定することができる。

本発明では、サンプルショットセットに対して数式（１）に示す評価値Sを定義する。S=(k_a・S_a)+(k_t・S_t) ・・・・・・・・・・・・（１）
ここでS_aは計測精度を示す評価値であり、S_tは計測時間を示す評価値である。S_tはスループットを示す評価値であるということもできる。k_a、k_tは、それぞれS_a、S_tへの重み係数である。

評価値Sが大きくなればなるほど精度及び計測時間が最適化されたサンプルショットセットとなる。

Saは数式（２）のように表される。
S_a=E （0≦E≦E_limit）
S_a=-E+k_E・E_limit （E＞E_limit） ・・・・・・・・（２）
ここでEはサンプルショットの広がりを数式化したものであり、k_EはE_limitへの重み定数である。

Eは数式（３）のように表される。

・・・・・・・・・・・・・・・（３）
x，y，X，Y，Zは、i番目のサンプルショットの位置座標を（sx_i，sy_i）、サンプルショットの数をn、基板半径をwとすると数式（４）のように表される。

・・・・・・・・・・・・・・・（４）
E_limitは、プロセスが要求する必要精度Dを用いて数式（５）のように表される。
E_limit=k_D・D+C_D ・・・・・・・・・・・（５）
ここでk_D，C_Dは定数である。

計測時間を示す評価値S_tは、計測開始地点から各サンプルショットを計測し、計測終了地点まで到達した時の移動時間であり、数式（６）のように表される。

・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
ここでV_maxは装置ステージの最高速度、Aは装置ステージの加速度である。stroke_Sは計測開始位置から第一計測サンプルショットまでの距離である。stroke_iは第(i-1)番目のサンプルショット第(i)番目のサンプルショットまでの距離である。stroke_Eは計測終了位置から最終計測サンプルショットまでの距離である。

次に、サンプルショットセットの評価値Sを用いて、Sが最大であるサンプルショットセットを探索する。しかし、サンプルショットセットは、サンプルショット数を考えると非常に多い。そこで、一般的に最適化手法と呼ばれるアルゴリズム(線形計画法、動的計画法、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法)を使用し、最適なサンプルショットセットを探索する。探索して得られた最適なサンプルショットセットを計測におけるサンプルショットセットとして決定する。最適なサンプルショットセットを探索する過程で、計測時間が最小となる移動順序すなわち最適な移動シーケンスを決定する。

本発明では、サンプルショットセットの評価値として、計測計測精度を考慮した評価値と計測時間を考慮した評価値とを使用する。それにより、要求精度を満たし、かつ計測時間が最小すなわちスループットが最大のサンプルショットセットを選定することができる。

以下、本発明を実施形態によって説明する。
［サンプルショットセットの決定についての実施形態］
図１ａ〜ｄは、走査型半導体露光装置において露光されるショットのレイアウトを示す平面図である。

図１ｃはφ８インチの基板を露光するときのショットのレイアウトを示す。1回の露光の画面サイズは、静止露光を行う半導体露光装置（ステッパ）では２２×２２ｍｍであるのに対して、走査型半導体露光装置では２６×３３ｍｍと大きい。図１ｃ中、Ｓ１〜Ｓ４（４個のショット）のそれぞれは走査型半導体露光装置の露光画面サイズのレイアウトにおけるアライメント又はグローバルレベリングのためのサンプルショットである。サンプルショットＳ１〜Ｓ４のセットは１つのサンプルショットセットを構成する。

このレイアウトにおいてサンプルショットセットを選定する場合、従来は、計測精度を重視して、図1ｂに示すように、ショット間のスパンが大きくなる最外周のショットをサンプルショットとして選定した。しかし、本発明では、要求される計測精度に応じ、計測時間が最適化されたサンプルショットセットを選定する。

図3は本実施形態におけるサンプルショットセット選定動作の一例を示すフローチャートである。図2はこの選定動作を行うためのシステムの機能的な構成を示すブロック図である。本実施形態では、図１cに示すような基板Ｗ１上のサンプルショットセットを選定するとする。また、サンプルショットセット評価値として数式（１）を用い、サンプルショットセットの少なくとも一部を変更する際に使用する最適化手法として遺伝的アルゴリズムを用いるものを使用する。

サンプルショットセット選定動作を開始すると、まず、ステップ301において、処理装置（処理部）２は、オペレータが入出力装置（入出力部）1を操作して入力した半導体プロセス情報３１を記憶部３に記憶する。処理装置２と入出力装置１とで、露光装置において計測の対象となるサンプルショットを決定する情報処理装置が構成される。半導体プロセス情報３１は、複数のショットの配列に関する情報を含んでいる。半導体プロセス情報３１は、図4で示されるような、基板Ｗ１直径ｄＷ、無効露光領域ｉＷ、Ｘ方向ステップサイズＸＳ、Ｙ方向ステップサイズＹＳ、要求計測精度Ｄ等に関する情報で構成される。

ステップ301において半導体プロセス情報３１が入力されると、処理装置２はステップ302から最適のサンプルショットセットを自動的に選定する動作を開始する。複数のショットのうち少なくとも２つのショットで構成されるサンプルショットセットを自動的に生成する動作は処理装置２の生成部４によって実行される。生成部４は、半導体プロセス情報３１及び露光装置情報３２から数式（１）及び最適化手法として使用する遺伝的アルゴリズムによって最適なサンプルショットセットを生成する。露光装置情報３２は、予め不図示の露光装置情報入力部より処理装置２に対して入力され、記憶部３に記憶されている。露光装置情報３２は、図7に示されるような、ステージ最高速度Vmax,ステージ加速度A,ka，k_t，k_e，k_d，C_d等の定数に関する情報で構成される。

ステップ302において、処理装置２の生成部４が遺伝的アルゴリズムにおける初期個体であるサンプルショットセットを複数生成する。生成部４は、生成個体がさまざまなものに分布するように生成個体を生成させる。ステップ303において、生成部４は生成された初期個体の改善を行う。初期個体の改善は、図5に示すサンプルショットセットの個体表現のうち、移動シーケンス情報部分を最適化する、すなわち、計測時間が最小となる移動順序を求めることである。初期個体の改善は、探索時の解の収束速度を高める。

ステップ304において、生成部４は改善された初期固体のそれぞれの評価値Sを算出する。ステップ302〜304は一般的な遺伝的アルゴリズムにおける初期個体生成部分にあたる。ステップ305から、制御装置の変更部５は一般的な遺伝的アルゴリズムにおける世代交代を繰り返し、生成部４で生成された複数のサンプルショットセットの少なくとも一部を変更する。

ステップ305において、変更部５は、個体の淘汰を行い、個体の評価値Sがある一定の値に満たない個体（サンプルショットセット）を淘汰し削除する。

ステップ306以降で、変更部５は、淘汰により削除された個体を補充するために、生存した個体を親として新しい個体を生成させる。ステップ306において、変更部５は、新しい個体を生成するための親個体の組み合わせを複数選択する。一部の個体のみに偏りがでないようルーレットルールを用いて、なるべく全ての生存個体が親個体として役割を果たせるように、親個体の組み合わせが選択される。

ステップ307において、変更部５は、ステップ306で選択された親個体の組み合わせで交叉を行い、新しい個体を生成させる。

ステップ308において、変更部５は、ステップ307で生成された新個体中の一部の個体に対して遺伝子情報を一部改変し、変異を起こさせる。これは、最終的なサンプルショットセットの探索において局所解に陥らないようにするためである。

ステップ309において、変更部５は、ステップ307で生成された新個体に対してステップ303と同様に個体自身の改善を行う。

ステップ310において、変更部５は改善された固体のそれぞれの評価値Sを算出する。

ステップ311において、変更部５は、現状生存している個体(ステップ305で淘汰されなかった個体、及びステップ307において新たに生成された個体)のそれぞれの評価値Ｓの統計処理を施す。Ｓのばらつきが十分小さい場合、個体集団として優秀なものになったものとしステップ312に進む。Ｓのばらつきが十分小さくない場合、ステップ305〜310を再度繰り返し、個体評価値Ｓの改善(移動シーケンス情報の最適化)を行う。

ステップ312において、決定部６は、優秀とされたサンプルショットセット個体の集団において、最も優秀な個体つまり個体の評価値Ｓが最大のものを計測に用いるサンプルショットセットとして決定する。

ステップ313において、決定された最適のサンプルショットセットが露光装置の計測に反映される。

図6は、本実施形態を用いてサンプルショットセットを選定した場合の結果例である。図6aは、計測精度の要求値D1で最適化した結果であり、図6bは、計測精度の他の要求値D2で最適化した結果である。D1とD2とではD1の方が厳しい要求値である。

従来技術を示す図1cのサンプルショットセットに比べると、図6aのサンプルショットセットは、サンプルショットが若干内周よりに配置され、スループットが若干向上する。図6bのサンプルショットセットは、計測精度の要求値がそれほど厳しくないため、サンプルショット数が従来に比べて減少している。したがって、図6bのサンプルショットセットは、移動シーケンスが最適化されるので、図1c、図6aのサンプルショットセットと比べてスループットの向上が著しい。

本実施形態では、サンプルショットセットの最適化手法として遺伝的アルゴリズムを使用した。しかし、本発明は、サンプルショットセットの最適化手法として線形計画法、動的計画法、焼きなまし法等、遺伝的アルゴリズム以外の他の最適化手法を使用することができる。

本実施形態では、露光前のプロセスレシピ決定の際に露光装置上でサンプルショットセットを選定した。しかし、本発明は、露光装置外の外部装置において予めサンプルショットを選定し、その決定結果をオンラインで露光装置に反映させるようにすることもできる。

また本実施形態では、計測用のサンプルショットセットを選定した。しかし、サンプルショットセットの選定を必要とする処理が他にあれば、その場合のサンプルショットセットの選定についても本発明を適用することができる。
［露光装置の実施形態］
露光装置は図８に示すように、照明装置１０１、レチクルを搭載したレチクルステージ１０２、投影光学系１０３、基板を搭載した基板ステージ１０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンを基板に投影露光するものであり、ステップアンドスキャン投影露光方式であることが好ましい。

照明装置１０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約193nmのArFエキシマレーザ、波長約248nmのKrFエキシマレーザ、波長約153nmのF2エキシマレーザなどを使用することができる。レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、YAGレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ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、光源部に使用可能な光源はレーザ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。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系１０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡又は回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。

レチクルステージ１０２および基板ステージ１０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンを基板上に位置合わせするために基板ステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用されうる。
［デバイス製造の実施形態］
次に、図９及び図１０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図９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方法を例に説明する。

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（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（基板製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（基板プロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。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基板を用いて半導体チップ化する工程である。この工程は、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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１０は、ステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンを基板に露光する。露光工程中の計測に用いるサンプルショットセットは、［サンプルショットセットの実施形態］で示した手法で決定されたものを使用する。ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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基板上に多重に回路パターンが形成される。

従来のサンプルショットセット、本発明の実施形態におけるサンプルショットセットを例示する平面図である。 従来のサンプルショットセット、本発明の実施形態におけるサンプルショットセットを例示する平面図である。 従来のサンプルショットセット、本発明の実施形態におけるサンプルショットセットを例示する平面図である。 従来のサンプルショットセット、本発明の実施形態におけるサンプルショットセットを例示する平面図である。 本発明の実施形態におけるサンプルショットセットを選定するシステムの機能的な構成図を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるサンプルショットセットの選定及びその移動シーケンスの最適化の動作を示すフローチャートである。 半導体プロセス情報の具体例を示す図である。 本発明の実施形態におけるサンプルショットセットを遺伝的アルゴリズムの個体表現で示したものである。 本発明の実施形態においてサンプルショットセットを選定した結果を示す図である。 本発明の実施形態においてサンプルショットセットを選定した結果を示す図である。 露光装置情報の具体例を示す図である。 露光装置を説明するための図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図９のステップ４の基板プロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

Ｓ１〜Ｓ４：サンプルショット
ＳＨＯＴ：ショット
Ｗ１：φ８インチの基板
Ｗ２：φ１２インチの基板
１：入出力装置
２：処理装置
３：記憶部
３１：半導体プロセス情報
３２：露光装置情報
４：生成部
５：選定部
５０１：照明系ユニット
５０２：レチクルステージ
５０３：投影光学系
５０４：基板ステージ
５０５：露光装置本体

Claims (7)

1. 基板に形成された複数のショットのそれぞれを露光する装置において計測の対象となるサンプルショットセットを決定する情報処理装置であって、
   入出力部と、
   前記入出力部から入力された該複数のショットの配列に関する情報に基づき、該複数のショットから複数のサンプルショットセットを生成し、該複数のサンプルショットセットそれぞれの評価値を、各サンプルショットの位置座標に基づく計測精度の評価値と各サンプルショット間の距離に基づく計測時間の評価値とから求め、かつ求められた該複数のサンプルショットセットそれぞれの評価値に基づいて該複数のサンプルショットセットの中から計測の対象となるサンプルショットセットを選定する処理部と、
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記処理部は、該計測時間の評価値として、サンプルショットセットに関して計測を行うために該基板を移動させる時間を用いることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記処理部は、最適化手法を用いて、該生成された複数のサンプルショットセットを変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記最適化手法は遺伝的アルゴリズムを含むことを特徴とする請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記処理部は、各サンプルショットセットについて、該基板の移動時間が最小となる移動順序を選定し、かつ該移動順序に基づいて算出された該基板の移動時間を該計測時間の評価値として用いることを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の情報処理装置において決定されたサンプルショットセットに関して計測を行うことを特徴とする露光装置。
7. 請求項６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。

Images