JP2008306140A - ステージ装置及び露光装置並びに製造方法 - Google Patents
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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
【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。
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
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。
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
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 (11)
- 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。
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