JP2009266864A

JP2009266864A - 露光装置

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Publication number: JP2009266864A
Application number: JP2008111093A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Mishima; 和彦三島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-11-12
Also published as: US20090263735A1

Abstract

【課題】高いスループットと高い重ね合わせ精度を有する露光装置を提供する。
【解決手段】１枚のレチクル２を用いて、各モジュールでショット形状或いはフォーカス成分を測定し、その測定結果を用いて重ね合わせ露光を行うマルチモジュール型露光装置１００を提供する。レチクル２及び投影光学系３の熱的変化成分を測定して個々の変動成分を合わせることによって、高精度な重ね合わせやフォーカス制御が可能となり、高スループット且つ高精度な位置合わせが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は露光装置に関する。

原版（マスクやレチクル）のパターンを基板に露光する露光装置は従来から使用されている。露光においてはスループットと重ね合わせ精度が重要なパラメータである。また、基板上の光強度や解像線幅を維持するためにはフォーカス精度も重要である。

スループットの向上の観点から、特許文献１は、それぞれが照明装置、原版、投影光学系及び基板を備えた露光ユニット（モジュール）を複数有し、原版供給部を共通化した露光装置を提案している。

また、重ね合わせ精度を維持するために、試験基板（パイロットウエハ）を露光、現像し、現像後の基板を検査することによってアライメント誤差を補正する補正値を取得し、これを露光装置に設定する方法も知られている。アライメント誤差の補正値は、ショット配列成分である倍率、回転、直交度、高次関数など、ショットの形状成分である倍率、回転、スキュー、ディストーション、高次関数などである。
特開２００７−２９４５８３号公報

特許文献１は、複数のモジュールが異なる原版パターンを基板に露光することを前提としているが（特許文献１段落０００２）、複数のモジュールが同一の原版パターンを基板に露光する場合も考えられる。例えば、各モジュールが同一の原版パターン（第１のパターン）を基板に露光し、次いで、別の同一の原版パターン（第２のパターン）を基板の別の層に露光する場合がある。しかし、ある基板にとって第１のパターンを露光したモジュールと第２のパターンを露光したモジュールが異なる場合には第１のパターンと第２のパターンの重ね合わせ精度が低下するおそれがある。基板とそれを処理するモジュールとを常に一致させることによってかかる問題は解決できるかもしれないが、これでは管理が煩雑となる。このため、一枚の基板を複数のモジュールで露光するには、モジュール間の結像性能のばらつきを低減する必要がある。重ね合わせ精度を低下させる要因としては、投影光学系が有する収差、原版の形状歪、露光や経時的変化により発生する誤差（例えば、露光光の吸収による発熱で生じる投影光学系の収差の変化、原版や原版ステージの変形、フォーカス誤差）がある。

そこで、本発明は、高いスループットと高い重ね合わせ精度を有する露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、それぞれが光源からの光を利用して原版のパターンを基板に露光する複数のモジュールと、制御部と、を有する露光装置であって、各モジュールは、前記原版のパターンを前記基板に投影し、同一構造を有するように設計された投影光学系を有し、前記制御部は、モジュール毎に設定され、前記基板に露光される前記原版のパターンの結像性能のばらつき補正する補正値を使用して前記複数のモジュールによる露光を制御し、前記制御部は、検査用原版を各モジュールに順次搭載することによって得られた検査結果から前記補正値を取得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、それぞれが光源からの光を利用して原版のパターンを基板に露光する複数のモジュールと、制御部と、を有する露光装置であって、各モジュールは、前記原版のパターンを前記基板に投影し、同一構造を有するように設計された投影光学系を有し、前記制御部は、モジュール毎に設定され、前記基板に露光される前記原版のパターンの結像性能のばらつき補正する補正値を使用して前記複数のモジュールによる露光を制御し、前記複数のモジュールは、第１の原版が搭載される第１のモジュールと、前記第１の原版と同一のパターンを有する第２の原版が搭載される第２のモジュールと、を有し、前記制御部は、前記第１のモジュールに前記第１の原版を搭載することによって得られた検査結果と、前記第１のモジュールに前記第２の原版を搭載することによって得られた検査結果から前記補正値を取得することを特徴とする。

本発明によれば、高いスループットと高い重ね合わせ精度を有する露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面の露光装置について説明する。露光装置１００は、図１に示すように、複数のモジュールＡ及びＢを有するマルチモジュール型露光装置である。各モジュールは光源からの光を利用して原版のパターンを基板に露光する。本実施例では、ＡモジュールとＢモジュールは同一構造を有するように設計され、構成要素を表す参照符号にダッシュを付している。以下の説明では、特に断らない限り、ダッシュのない参照符号はダッシュのある同一の参照符号を総括している。

露光装置１００は、一つの筺体内に、それぞれが照明装置、原版、投影光学系、位置検出装置及び基板を備えた複数のモジュールを収納してもよいし、各モジュールが別個の筺体内に設けられていてもよい。複数のモジュールを一つの筺体に収納することによって露光環境を一つの制御部で制御することができ、また、モジュール間で基板を移動する際に基板を筺体の外部に出す必要がない。

各モジュールは、照明装置１と、投影光学系３と、ウエハ駆動系と、フォーカス系、搬送系と、アライメント系と、制御部１４と、を有し、ステップアンドスキャン方式でレチクル２のパターンをウエハ６に露光する。なお、本発明は、ステップアンドリピート方式の露光装置にも適用可能である。

照明装置１は、レチクル２を照明し、光源と、照明光学系とを有する。光源は、レーザーや水銀ランプを使用することができる。照明光学系は、レチクル２を均一に照明する光学系である。

レチクル２は、回路パターン（又は像）を有し、図１には省略されているレチクルステージに後述するレチクル保持部を介して支持及び駆動される。レチクルステージの位置は干渉計９で常時測定される。レチクル２から発せられた回折光は、投影光学系３を通りウエハ６上に投影される。同一パターンを有するウエハ６、６’を露光するために、本実施例のレチクル２、２’は同一パターンを有する。レチクル２とウエハ６は、光学的に共役の関係にある。露光装置１００の各モジュールはスキャナーとして機能するため、レチクル２とウエハ６を縮小倍率比の速度比で同期走査することによりレチクルパターンをウエハ６に転写する。

投影光学系３は、レチクルパターンを反映した光をウエハ６に投影する。投影光学系３は、屈折型光学系、反射屈折型光学系、反射型光学系のいずれも使用可能である。投影光学系３のウエハ６に最も近い最終光学素子を液体に浸漬して液浸露光を実現してもよい。

ウエハ６は、別の実施例では液晶基板であり、被露光体を代表する。ウエハ６の表面にはフォトレジストが塗布されている。ウエハ６にはパターンが露光され、一回の露光で行われる領域をショットと呼ぶ。また、ウエハ６上には、レチクル２とウエハ６の各ショットとのアライメントに使用されるアライメントマークが形成されており、アライメントマークはオフアクシススコープ（ＯＡスコープ）４によって測定する。その後、最小二乗近似などの統計処理を行い、検出結果の全体傾向から突出して逸脱する検出結果を除いてウエハ６の位置ずれ、ショット配列格子のウエハ倍率、直交度、縮小倍率などを算出する。アライメントマークは、ショットのスクライブライン、即ち、隣接するショットの間に形成される。

ウエハ駆動系は、ウエハ６を駆動し、ウエハステージ８、干渉計９を含む。ウエハステージ８は、リニアモータを利用し、ＸＹＺ及び回転方向に駆動可能であり、図示しないチャックを介してウエハ６を支持及び駆動する。ウエハステージ８の位置は、バーミラー７を参照した干渉計９で常時測定されている。ウエハステージ８上には、基準マーク１５が形成されている。レチクルパターンをウエハ６に露光する際に、グローバルアライメント方式で算出された結果に基づいてウエハステージ８やレチクルステージを駆動する。

一般に、干渉計の波長は環境要因（気圧、温度、湿度等）や干渉計の光源揺らぎによって変化し、計測値が変化する。マルチモジュール型露光装置においては、各モジュールのウエハステージ用の干渉計の変化が独立に発生するとアライメント精度が低下する。また、レチクルステージ用の干渉計が独立に変動するとレチクルとウエハの位置関係が崩れるおそれがある。そこで、露光装置１００においては、全ての干渉計の光源を共通なものとして構成する。具体的には、図１に示す干渉計９が内蔵する位置検出用の光源９ａからの光をミラー１３などを使用してＡモジュールとＢモジュールのウエハステージ８用の干渉計とレチクルステージ用の干渉計に使用する。尚、このミラー１３の代わりに、光ファイバーを使用してもよい。

フォーカス系は、投影光学系３が形成する像のフォーカス位置にウエハ６を位置決めするためにウエハ面の光軸方向の位置を検出する。フォーカス系はフォーカス位置検出装置５を含む。より詳細には、フォーカス位置検出装置５は、ウエハ面にスリットパターンを経た光を斜入射で照射し、ウエハ面で反射したスリットパターンをＣＣＤなどの撮像素子で撮影し、撮像素子で得られたスリット像の位置からウエハ６のフォーカス位置を測定する。

アライメント系は、ＦＲＡ（ＦｉｎｅＲｅｔｉｃｌｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）系、ＴＴＲ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅＲｅｔｉｃｌｅ）系、ＴＴＬ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅＬｅｎｓ）系、オフアクシス（ＯＡ）系を含む。

ＦＲＡ系は、レチクル２上に構成されたレチクル基準マークとレチクルステージ上に構成されたレチクル基準マーク１２とをＦＲＡスコープ（位置検出装置）１１により観察して両者を位置合わせする系である。なお、これらのレチクル基準マークはアライメントマークであり、照明装置１により照明され、ＦＲＡスコープ１１により同時に観察される。例えば、不図示のレチクル基準マークをレチクル２の投影光学系３側の面に一つの第１のマーク素子として構成し、レチクル基準マーク１２に一対の第２のマーク素子を設ける。そして、ＦＲＡスコープ１１を使用して第１のマーク素子が第２のマーク素子の間に配置されるように両者を位置合わせする。

ＴＴＲ系は、投影光学系３を介してレチクル２に形成されたレチクル基準マークとウエハステージ８上に設けられたステージ基準マーク１５とをＦＲＡスコープ１１により観察して両者を位置合わせする系である。レチクル基準マークは、ベースラインマーク（ＢＬマーク）又はキャリブレーションマークとも呼ばれる。ＢＬマークは、レチクルパターンの中心に対応する。なお、これらの基準マークはアライメントマークであり、照明装置１により照明され、ＦＲＡスコープ１１により同時に観察される。ＦＲＡスコープ１１は、レチクル２の上方で移動可能に構成され、投影光学系３の複数の像高でレチクル２とウエハ６上の両方をレチクル２、投影光学系３を通して観察可能であり、レチクル２とウエハ６の位置ずれも検出可能である。尚、ＦＲＡ系のスコープとＴＴＲ系のスコープとを別個に構成してもよい。例えば、ＢＬマークをレチクル２の投影光学系３側の面に一つの第３のマーク素子として構成し、ステージ基準マーク１５に一つの第４のマーク素子を設ける。そして、ＦＲＡスコープ１１を使用して第３のマーク素子が第４のマーク素子と重なるように両者を位置合わせする。

ＴＴＬ系は、不図示のスコープと非露光光を使用して投影光学系３を介してステージ基準マーク１５を計測する。例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（発振波長６３３ｎｍ）の非露光光をファイバーで光学系に導光し、投影光学系３を介してウエハ６上のステージ基準マーク１５をケーラー照明する。ステージ基準マーク１５からの反射光は入射光とは逆方向に投影光学系３から光学系内の撮像素子上に像を形成する。像は撮像素子において光電変換され、そのビデオ信号に各種画像処理が行われて、アライメントマークの位置検出が行われる。

ＯＡ系は、ＯＡスコープ４を利用して投影光学系３を介さずにウエハ６のアライメントマークを検出する。ＯＡスコープ４の光軸は投影光学系３の光軸と平行である。ＯＡスコープ４は、内部に、基準マーク１５の表面と共役に配置されたインデックスマーク（図示せず）を有する位置検出装置である。干渉計９の測定結果及びＯＡスコープ４によるアライメントマーク計測結果から、ウエハ６上に形成されたショットの配列情報を算出することができる。

但し、それに先立って、ＯＡスコープ４の計測中心とレチクルパターンの投影像中心（露光中心）との間隔であるベースラインを求める必要がある。ＯＡスコープ４は、ウエハ６のショット内のアライメントマークの計測中心からのずれ量を検出し、このずれ量とベースラインを加味した距離だけウエハ６をＯＡスコープ４から移動することによって当該ショット領域の中心が露光中心に位置合わせされる。ベースラインは経時間変化するために定期的に計測する必要がある。

なお、ショット中の複数箇所にアライメントマークを構成し、それらを測定することでショット形状情報を取得することができる。ショット形状情報に基づいてショット形状を補正して露光することによって、より高精度な位置合わせが可能となる。

以下、図２及び図３（ｃ）を参照して、ベースラインの測定方法について説明する。図２は、レチクル２に構成されたＢＬマーク２３を示している。図３（ｃ）は、ＢＬマーク２３の平面図である。ＢＬマーク２３は、Ｘ方向を計測する為のマーク素子２３ａとＹ方向を計測する為のマーク素子２３ｂを有する。マーク素子２３ａはＹ方向に長手方向を持つ開口部及び遮光部の繰り返しパターンとして構成され、マーク素子２３ｂは、マーク素子２３ａと直交する方向に開口部を持つマークとして構成されている。本実施例のＢＬマーク２３は、ＸＹ座標系を図３（ｃ）のように定義した場合に、ＸＹ方向に沿ったマーク素子２３ａ及び２３ｂを使用しているが、マーク素子の向きはこれに限定されるものではない。例えば、ＢＬマーク２３は、ＸＹ軸に対して４５°或いは１３５°傾いた計測マークを有してもよい。マーク素子２３ａ、２３ｂが照明装置１によって照明されると、投影光学系３はマーク素子２３ａ、２３ｂの透過部（開口部）のパターン像をウエハ側のベストフォーカス位置に形成する。

次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、基準マーク１５は、ＯＡスコープ４が検出可能な位置計測マーク２１と、マーク素子２３ａ、２３ｂの投影像と同じ大きさを持つマーク素子２２ａ、２２Ａと、を有する。図３（ａ）は基準マーク１５の断面図であり、図３（ｂ）は基準マーク１５の平面図である。マーク素子２２ａ、２２Ａは、露光光に対して遮光特性を持つ遮光体３１と複数の開口部３２によって形成されている。なお、図３（ａ）では便宜上１本の開口部のみ示している。開口部３２を透過した光は、基準マーク１５の下に構成されている光電変換素子３０に到達する。光電変換素子３０によって開口部３２を透過した光の強度を測定することができる。位置計測マーク２１はＯＡスコープ４により検出される。

次に、基準マーク１５を用いてベースラインを求める方法について説明する。まず、マーク素子２３ａ、２３ｂを投影光学系３の露光光が通過する位置に駆動する。以下、マーク素子２３ａを例に説明する。かかる説明は、マーク素子２３ｂに適用可能である。移動されたマーク素子２３ａは照明装置１によって照明される。投影光学系３は、マーク素子２３ａの透過部を抜けた光を、ウエハ空間上の結像位置にマークパターン像として結像する。マークパターン像に対して、同形状のマーク素子２２ａをウエハステージ８を駆動して、一致する位置に配置する。この状態が、基準マーク１５がマーク素子２３ａの結像面（ベストフォーカス面）に配置されている状態であり、マーク素子２２ａをＸ方向に駆動させながら、光電変換素子３０の出力値をモニタする。

図４は、マーク素子２２ａのＸ方向の位置と光電変換素子３０の出力値をプロットしたグラフである。図４において、横軸がマーク素子２２ａのＸ方向の位置であり、縦軸が光電変換素子３０の出力値Ｉである。このように、マーク素子２３ａとマーク素子２２ａの相対位置を変化させると光電変換素子３０の出力値が変化する。この変化曲線２５において、マーク素子２３ａとマーク素子２２ａが一致する位置Ｘ０で最大強度となる。位置Ｘ０を求めることでマーク素子２３ａの投影光学系３によるウエハ空間側の投影像の位置を求めることができる。なお、位置Ｘ０は、変化曲線２５に対して所定の領域で重心計算や関数近似等によってピーク位置を求めることによって安定し、かつ、高精度に取得することができる。

マーク素子２２ａ、２２ＡがＺ方向においてマーク素子２３ａ、２３ｂと重なった時のウエハステージ８の位置Ｘ１を干渉計９から取得する。また、ＯＡスコープ４のインデックスマークがＺ方向において位置計測マーク２１と重なった時のウエハステージ８の位置Ｘ２を干渉計９から取得する。これにより、ベースラインをＸ１−Ｘ２により算出することができる。

なお、上述では投影像の基準マーク１５がベストフォーカス面にあると仮定しているが、実際の露光装置においては、基準マーク１５がベストフォーカス面にない場合がある。その場合、基準マーク１５をＺ方向（光軸方向）に駆動しながら、光電変換素子３０の出力値をモニタすることでベストフォーカス面を検出し、基準マーク１５をそこに配置することができる。その場合、図４において、横軸をフォーカス位置、縦軸を出力値Ｉと考えれば、同様な処理によってベストフォーカス面を算出することができる。

基準マーク１５がＸＹ方向にずれて、且つ、Ｚ方向にもずれている場合、いずれかの方向から計測を行い、所定の精度を確保した後、別の方向の位置を検出する。以上を交互に繰り返すことによって最終的には最適位置が算出可能である。例えば、Ｚ方向にずれている状態で、Ｘ方向に駆動してＸ方向の精度の低い計測を行い、おおよそのＸ方向の位置を算出する。その後、その位置でＺ方向に駆動して、ベストフォーカス面を算出する。次にベストフォーカス面で再度、Ｘ方向に駆動して計測することで、Ｘ方向の最適位置を高精度に求めることができる。通常、このような交互の計測を一度行えば高精度な計測は可能である。以上の例ではＸ方向からの計測を先に開始したが、Ｚ方向の計測から行っても最終的には高精度な測定が可能である。

装置及びウエハ６が理想的な状態ではない場合、露光後のウエハ６は、多少の位置合わせ誤差を有している。通常、位置合わせ誤差の各成分を分析し、露光装置にフィードバックして校正し、次回以降のウエハ６に対して露光が行われる。アライメント誤差成分は、ショットの配列状態においては、ショット全体のシフト成分、各ショット配列の倍率、回転、直交度等の一次成分や弓なり状等に発生する高次成分を含み、これらをＸ及びＹの個別の成分として算出される。また、ショット形状においては、ショットの倍率、回転、菱形形状や台形形状などの様々な形状成分がある。特に、スキャナーにおいては、ショットの菱形成分が発生し易い。ショット配列成分やショット形状成分を露光装置にフィードバックして補正する。

搬送系は、ウエハステージ８にウエハ６を搬送する一つのウエハ搬送系４０と、レチクルステージにレチクル２を搬送する一つのレチクル搬送系５０を有する。図５は、ウエハ搬送系４０のブロック図である。図６は、レチクル搬送系５０のブロック図である。

図５に示すように、まず、複数の露光前のウエハ４２がウエハ搬送系４０にレジストを塗布するコーターから供給される。供給されたウエハ４２は、順次、ウエハハンド４１によって各モジュールのウエハステージ８に搬送される。露光後のウエハ６はウエハハンド４１によって回収され、レジストを現像する不図示の現像装置に搬送される。また、ウエハ搬送系４０は、両モジュール間でウエハを搬送することができる。

図６に示すように、複数のレチクル２を保管しているストッカーから適宜、制御部１４の指令に従って、レチクル２がレチクルステージに搬送される。その際、レチクル２上のパーティクルを検査する図示しないパーティクル検査器を介してレチクル２をレチクルステージ上に配置することが望ましい。図６では、一台のレチクル搬送系５０が両モジュール間を駆動可能になっており、各モジュールにレチクル２を順次搭載するが、レチクル搬送系５０の台数は限定されない。本実施例では、上述したように、同一パターンを有するレチクル２をモジュールの台数分だけ用意する。露光終了後に、レチクル搬送系５０により逆の手順で各モジュールのレチクルステージからレチクル２が回収される。

制御部１４は、ウエハ６の処理条件を定義する一つのレシピによって露光装置１００の複数のモジュールの露光動作を一元的に制御する。レシピにはモジュール毎に結像性能のばらつきを補正する補正値が組み込まれている。制御部１４は、レシピ、その他制御に必要な情報を格納する図示しないメモリを含む。このように、制御部１４は、モジュール毎に設定され、前記基板に露光される前記原版のパターンの結像性能のばらつき補正する補正値を使用して前記複数のモジュールによる露光を制御する。補正値は、投影光学系３の光軸に垂直な方向の結像誤差（例えば、ディストーション）を補正する補正値や、投影光学系３の光軸方向の結像誤差（例えば、フォーカス誤差）を補正する補正値を含む。

図７は、レチクル２を吸着面６０ａ乃至６０ｄで真空吸着することによってレチクル２を保持する４本のレチクル保持部６１ａ乃至６１ｄの概略部分透過斜視図である。なお、レチクル保持部の本数や形状はこれに限定されず、レチクル保持部はレチクル２をその底面の周囲全周に亘って保持してもよい。吸着面６０ａ乃至６０ｄは同一の高さを有するように設計及び加工されるが、実際の高さは加工誤差によって異なる。

図８（ａ）は、吸着面６０ｄが他の吸着面６０ａ乃至６０ｃに比べて低い場合のレチクル２のパターン面６２の三次元形状を示す斜視図である。このように、吸着面６０ｄの高さが低い場合にはレチクル２の全面で歪が生じる。歪は、高さ方向（Ｚ方向）に発生しているのでフォーカス誤差になると共に、縦横方向（ＸＹ方向）の誤差、即ち、重ね合わせ誤差になる。図８（ｂ）は、吸着面６０ｄが吸着面６０ａ乃至６０ｃに比べて低い場合の縦横方向の誤差をシミュレーションした結果である。同図において、一点破線６３はレチクル２のパターン面の理想形状を示し、実線６４は変形後の形状（６４ａ乃至６４ｄは頂点を表す）を示している。頂点６４ｄでは下側に引っ張られているために変形が大きい。また、形状変化は温度変化によっても発生する。例えば、レチクル２のパターン面が露光光を吸収して温度上昇するとパターン面の形状が変化し、重ね合わせ誤差やフォーカス誤差が発生する。

図９は、投影光学系３におけるディストーションで発生する像高に対する位置誤差Δを示すグラフである。投影光学系３は、このように通常は、像高に依存した三次成分の位置誤差を有するが、これ以外にも光軸の偏心により発生するより複雑な形状の偏心ディストーションもある。更には、投影光学系３の光学部品（レンズやミラー）によって更に複雑な誤差を持つ場合がある。こうした形状誤差は投影光学系３の製造誤差で発生する。露光装置１００においては、各投影光学系３の形状誤差が異なる可能性が高い。また、形状変化は温度変化によっても発生する。例えば、投影光学系３が露光光を吸収して温度上昇すると各光学部品の形状が変化して結像性能が悪化する。その際、各光学部品の性能（透過率や反射率）の差によっても形状変化量が異なる。従って、モジュール間ではそうした熱的な変化の差も抑える必要がある。更に、横ずれ（ディストーション）だけでなくフォーカス誤差（図１０）もモジュール間で異なり、その熱的変化にも機差が発生する。

以下、誤差の測定方法について説明する。図１１は、レチクル２の形状を測定するのに使用される専用の検査用レチクル（検査用原版）２Ａの平面図である。検査用レチクル２Ａは、露光領域２Ａ_１内に、測定マークとしての複数のキャリブレーションマーク２３をマトリクス状に有して、レチクル２と同一の外形形状（パターンがキャリブレーションマーク２３である点を除き、サイズ、厚さ、形状が同一）を有する。複数のキャリブレーションマーク２３は、横方向（Ｘ方向）に並ぶ第１行乃至第５行と、縦方向に並ぶ第Ａ列乃至第Ｇ列により規定されるピッチで並ぶ。マークピッチは小さければ小さいほど測定精度が向上するが、一方向５点以上あれば足りる。キャリブレーションマーク２３の測定方法は上述した通りである。

検査用レチクル２Ａを各モジュールに搭載することによって露光領域２Ａ_１のディストーションやフォーカス誤差などの結像誤差の補正値を取得することができる。

キャリブレーションマーク２３をＴＴＲ系のＦＲＡスコープ１１で測定する代わりに、ウエハ６を実際に露光し、露光結果を重ね合わせ検査装置で検査することによってディストーションやフォーカス誤差に対する補正量を取得してもよい。なお、重ね合わせ検査装置の代わりにＯＡスコープ４を使用してもよい。その場合、下地となるファーストパターンは同一ウエハを用いて両モジュールで露光する。

図１２は、重ね合わせ検査装置７０のブロック図である。重ね合わせ検査装置７０は、露光装置のアライメントやディストーションを計測する装置であり、図１２に示すようにそれぞれ別々に形成された２つの重ね合わせマーク６ｃ、６ｄのマーク間の位置関係を計測する。重ね合わせ検査装置７０は、光源７１としてハロゲンランプを使用し、光学フィルタ７２，７３で所望の波長帯域を選択する。次に、照明光を光ファイバー７４で光学系７５乃至７７に導光し、ウエハ６上の重ね合わせマーク６ｃ、６ｄをケーラー照明する。ウエハ６から反射した光が光学系７７乃至７９によりＣＣＤカメラなどの撮像素子８０に導かれて像を形成する。その像が光電変換されて生成されたビデオ信号に各種画像処理が行われることにより、２つの重ね合わせマーク６ｃ、６ｄの位置関係を検出する。

下地となるファーストパターンは同一ウエハを用いて両モジュールで露光する場合、Ａ、Ｂモジュールは一枚のウエハ板の異なる領域を露光する。図１３は、この場合のウエハ６の平面図である。Ａモジュールが露光するショットは図１３の斜線領域６０（６０’）（以下、「Ａ領域」と呼ぶ場合がある）である。一方、Ｂモジュールが露光するショットは図１３の白抜き領域６１（６１’）（以下、「Ｂ領域」と呼ぶ場合がある）である。Ａ領域とＢ領域の配列は図１３に示す市松模様配列に限定されない。

検査用レチクル２Ａを用いたＦＲＡスコープ１１による検出結果（又は露光結果を重ね合わせ検査装置７０による検査結果）は、検査用レチクル２Ａの形状変化と投影光学系３の収差を含む。このため、この情報を保存し、実際の露光時には誤差をキャンセルするように補正する。これら誤差は縦横方向（Ｘ、Ｙ）やフォーカス方向（Ｚ）に関して同様である。

スキャナーの場合には、図８（ｂ）に示す回転成分や走査方向の傾き成分、走査方向の倍率成分等も各成分を分離して補正値を保管して露光時に反映することができる。一方、ステッパーの場合には、レチクルステージが走査されないので補正できない成分がある。その場合、露光領域２Ａ_１全体又は精度が必要な領域に関して、誤差が平均化されるように投影光学系３の収差を補正すればよい。いずれにしても、検査用レチクル２Ａにより、検査用レチクル２Ａの変形や投影光学系３の収差、レチクルステージの誤差をまとめて測定することができる。

以下、図１４を参照して、検査用レチクル２Ａを搭載した露光装置１００の結像誤差の補正値の取得方法について説明する。図１４で補正される結像誤差は、主として、装置に起因するアライメント誤差（ｔｏｏｌｉｎｄｕｃｅｄｓｈｉｆｔ：ＴＩＳ）である。

測定が開始されると（Ｓ１０１）、検査用レチクル２ＡがＡモジュールに搬入及び搭載する（Ｓ１０２）。次に、検査用レチクル２ＡのＢＬマーク２３とウエハステージ８の基準マーク１５とをＦＲＡスコープ１１により同時に観察して両者の位置ズレ（又は検査用レチクル２Ａとウエハ６との位置ズレ）を検出する（Ｓ１０３）。なお、かかる検出を以下、「キャリブレーション計測」と呼ぶ場合もある。ＢＬマーク２３のＦＲＡスコープ１１による検出結果に基づいて補正値を取得しているが、ウエハを露光し、露光結果を重ね合わせ検査装置で計測することによって補正値を取得してもよい。なお、重ね合わせ検査装置の代わりにＯＡスコープ４を使用してもよい。

再び、図１４に戻り、キャリブレーション計測の結果から、フォーカス又はディストーションを補正する補正値（Ａ（Ｘ、Ｙ））を算出する（Ｓ１０４）。補正値は、位置（Ｘ，Ｙ）に対する値として算出される。算出値を用いて関数変換処理してもよいし、測定した各点の補正値及びそれら点の補間値として装置内に保管してもよい。実際のキャリブレーション計測は、ピッチだけ離間したマークを計測した結果であるため、測定されない間を予測（補間）する必要がある。例えば、倍率誤差は像高の１次成分、ディストーションは像高の三次関数で表されるため、収差は三次関数フィッティング（最小自乗法）で求めることができる。得られた補正値には検査用レチクル２Ａの変形成分、投影光学系３の収差成分、レチクルステージの駆動誤差が含まれている。

Ａモジュールにおいてアライメント誤差の補正値が算出されると、検査用レチクル２ＡをＢモジュールに搬入及び搭載し（Ｓ１０５）、Ａモジュールと同様に、キャリブレーション計測を行う（Ｓ１０６）。得られた計測結果からＢモジュールにおける補正値（Ｂ（Ｘ、Ｙ））を算出する（Ｓ１０７）。理想的な装置の場合、Ａ（Ｘ、Ｙ）＝Ｂ（Ｘ、Ｙ）（＝０）であるが、実際の露光装置ではＡ（Ｘ、Ｙ）とＢ（Ｘ、Ｙ）は等しくなく、モジュール間の誤差のばらつきを補正しなければならない。制御部１４は、補正値Ａ（Ｘ、Ｙ）及びＢ（Ｘ、Ｙ）を各モジュールに保存する（Ｓ１０７）。制御部１４は、露光時には保存された補正値を使用してＡ、Ｂモジュールの露光動作を制御する。

以下、図１５を参照して、同一の実パターンを有する第１及び第２のレチクル２を露光装置１００の両モジュールに搭載して誤差を補正する方法について説明する。図１５で補正可能な結像誤差は複数のレチクル２間の形状歪のばらつきである。

測定が開始されると（Ｓ２０１）、第１のレチクル（第１の原版）２をＡモジュール（第１のモジュール）に搬入及び搭載し（Ｓ２０２）、図１４を参照して上述したように、キャリブレーション計測を行う（Ｓ２０３）。得られた測定結果からアライメント誤差の補正値（Ａ（Ｘ、Ｙ））を算出し（Ｓ２０４）、この補正値を保存する。次に、第１のレチクル２を搬出し、Ｂジュール（第２のモジュール）で露光される第２のレチクル（第２の原版）２をＡモジュールに搬入及び搭載し（Ｓ２０５）、第１のレチクル２と同様に、キャリブレーション計測を行う（Ｓ２０６）。得られた測定結果からアライメント誤差の補正値（Ｂ（Ｘ、Ｙ））を算出し（Ｓ２０７）、この補正値を保存する。そして、Ａ（Ｘ，Ｙ）（第１の補正値）とＢ（Ｘ、Ｙ）（第２の補正値）の差分値Ｄを算出する（Ｓ２０８）。

補正値Ａ（Ｘ，Ｙ）とＢ（Ｘ、Ｙ）は、Ａモジュールにおける投影光学系３の収差、レチクル２の変形に伴う形状変化、レチクルステージの誤差（これらはＴＩＳである）、更に各レチクル２の描画誤差が含まれる。第１及び第２のレチクル２に対して同一のＡモジュールを使用しているので差分値Ｄは第１及び第２のレチクル２の描画誤差の差分に相当する。このように、制御部１４は、図１４でＴＩＳを取得し、図１５で個々のレチクル２の描画誤差の差分を取得することができる。これによって一方のモジュールでアライメント誤差の補正値を算出するだけで他方のモジュールでの補正値を取得しなくても差分値Ｄで補正することによって高い重ね合わせ精度やフォーカス精度を維持することができる。

以下、図１６を参照して、露光光によって発生する形状変化の計測及び補正方法について説明する。レチクル２の熱変形及び投影光学系３の収差の熱的変化に関しては、使用するレチクル２の種類を変えることで同様な測定方法で算出が可能である。即ち、レチクル２の透過率が高い場合（レチクル２の光が透過する面積が多い場合）、レチクル２を透過する光量が増えるため、投影光学系３の熱的な収差変化を顕著に捉えることができる。逆にレチクル２の透過率を下げる（レチクル２の光が透過する面積が少ない場合）ことによって、レチクル２の熱的な変形を捉えることができる。また、検出用レチクル２Ａを用いずに、ウエハ６を露光するレチクル２を用いて計測（露光して算出）してもよい。ここでは、図１１に示す検査用レチクル２Ａを用いて解説する。

測定が開始されると（Ｓ３０１）、検査用レチクル２ＡをＡモジュールに搬入する（Ｓ３０２）。ある露光負荷（ｔ）を検査用レチクル２Ａを通して投影光学系３にも与える（Ｓ３０３）。露光負荷は、露光装置１００の素性に合わせて最適な量であり、たとえば、各モジュールの照明装置１の光源からの光の光量と等しい露光量である。露光負荷は露光光の照射時間（ｔ）で規定される。露光負荷を与えた後、キャリブレーション計測を行う（Ｓ３０４）。その計測値からアライメント誤差の補正値Ａｍ（Ｘ、Ｙ）を算出する（Ｓ３０５）。次に、先の計測値から算出された補正値Ａｍ−１（Ｘ、Ｙ）を新たに算出された補正値Ａｍ（Ｘ、Ｙ）を比較し、その差分値が予め決めた閾値Ｔｈよりも小さくなっているかを判断する（Ｓ３０６）。Ｓ３０６は、露光負荷によって補正値が大きく変化したかどうかを判断するステップである。なお、１回目の計測においては、まだ一度も計測されていないため、自動的に露光負荷を与えるシーケンスへ戻ることになる。露光負荷と補正値の算出を繰り返し行い、露光負荷に伴う補正値の変化が閾値以下になるまで行われる（Ｓ３０３〜Ｓ３０６）。閾値Ｔｈを下回ったところで補正値Ａ（Ｘ，Ｙ，ｔ）を取得する（Ｓ３０７）。

次に、レチクル２ＡをＢモジュールに搬送し（Ｓ３０８）、Ａモジュールと同様に、露光負荷を与え（Ｓ３０９）、キャリブレーションマーク計測を行う（Ｓ３１０）。その計測値からアライメント誤差の補正値Ｂｎ（Ｘ、Ｙ）を算出する（Ｓ３１１）。次に、先の計測値から算出された補正値Ｂｎ−１（Ｘ、Ｙ）を新たに算出された補正値Ｂｎ（Ｘ、Ｙ）を比較し、その差分値が閾値Ｔｈよりも小さくなっているかを判断する（Ｓ３１２）。なお、１回目の計測においては、まだ一度も計測されていないため、自動的に露光負荷を与えるシーケンスへ戻ることになる。露光負荷と補正値の算出を繰り返し行い、露光負荷に伴う補正値の変化が閾値以下になるまで行われる（Ｓ３０９〜Ｓ３１２）。閾値Ｔｈを下回ったところで補正値Ｂ（Ｘ，Ｙ，ｔ）を取得する。最後に、補正値Ａ（Ｘ，Ｙ，ｔ）と補正値Ｂ（Ｘ，Ｙ，ｔ）を露光負荷の関数として露光装置１００内に保存する（Ｓ３１４）。

これらの補正値に基づいて、実ウエハ６を露光する際に露光量（時間）に応じて補正を行う。つまり、両モジュールの露光に伴う変化を極力合わせることができる。検出用レチクル２Ａを透過率の高いものとすると投影光学系３の熱的変化を捉えることができ、レチクル２Ａとは透過率の異なる透過率の低いものを用いることでレチクル及びレチクルステージ等の熱的な形状変化を捉えることができる。透過率の異なるレチクルを最低２枚用意して図１５の計測を行う（Ｓ３１５、Ｓ３１６）ことによって、制御部１４は、これら要因を分離して補正値を取得する。全ての測定が終了すると処理が終了する（Ｓ３１７）。制御部１４は、補正値を個別に管理して、実際の露光で用いるレチクル２の透過率を基準マーク１５によって求め、その透過率から投影光学系３及びレチクル２に起因した熱的変化を類推し、補正しながら露光を行う。

以上の様に、熱的な変化を両モジュールについて求めて補正することによって両モジュールの経時的変化の差を極力抑えることができ、モジュール間の機差を低減して高精度な重ね合わせ精度及びフォーカス制度を維持することができる。

動作において、各モジュールが同一のレチクルパターン（第１のパターン）をウエハ６に露光し、次いで、別の同一のレチクルパターン（第２のパターン）をウエハ６の別の層に露光する場合がある。あるウエハ６にとって第１のパターンを露光したモジュールと第２のパターンを露光したモジュールが異なったとしても結像誤差がモジュール間で略等しくなるように調整されているため第１のパターンと第２のパターンの重ね合わせ精度が維持される。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

このように、本実施例のマルチモジュール型露光装置は、１枚の基準となる原版（基準原版）を用いて、各モジュールで発生する誤差成分を計測及び記憶し、誤差成分を補正するように実基板を露光する。更には、基準原版を用いて、露光に伴い変化する各モジュールで発生する誤差成分を予め求めてその誤差成分を補正するように実基板を露光する。更には、実基板を露光する際に用いる個々の原版が持つ誤差を所定のモジュールで測定し、その差分を算出、算出された誤差成分を補正する。これにより、モジュール間で発生する誤差を極力合わせることができる。

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。

本発明の実施例１のマルチモジュール型露光装置のブロック図である。図１に示すマルチモジュール型露光装置の各モジュールにおけるベースラインの計測を説明する光路図である。図２に示す基準マークの構成を示す断面図と平面図である。基準マークから得られる光量変化を示すグラフである。図１に示すウエハ搬送系を説明するブロック図である。図１に示すレチクル搬送系を説明するブロック図である。図１に示すレチクルを保持するレチクル保持部の概略部分透過斜視図である。図７に示すレチクルのパターン面のズレを示す斜視図及び平面図である。図１に示す投影光学系におけるディストーションで発生する像高に対する位置誤差を示すグラフである。フォーカス誤差がある場合の像高に対する像面湾曲を示すグラフである。図１に示すレチクルの形状を測定するのに使用される検査用レチクルの平面図である。重ね合わせ検査装置のブロック図である。図１に示すウエハの平面図である。図１に示す露光装置の結像誤差の補正値の取得方法を説明するためのフローチャートである。図１に示す露光装置の結像誤差の補正値の取得方法を説明するためのフローチャートである。図１に示す露光装置の結像誤差の補正値の取得方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

２、２’ レチクル（原版）
２Ａ検査用レチクル（検査用原版）
３、３’ 投影光学系
６、６’ ウエハ
１４制御部
７０重ね合わせ検査装置

Claims

それぞれが光源からの光を利用して原版のパターンを基板に露光する複数のモジュールと、制御部と、を有する露光装置であって、
各モジュールは、前記原版のパターンを前記基板に投影し、同一構造を有するように設計された投影光学系を有し、
前記制御部は、モジュール毎に設定され、前記基板に露光される前記原版のパターンの結像性能のばらつき補正する補正値を使用して前記複数のモジュールによる露光を制御し、
前記制御部は、検査用原版を各モジュールに順次搭載することによって得られた検査結果から前記補正値を取得することを特徴とする露光装置。
それぞれが光源からの光を利用して原版のパターンを基板に露光する複数のモジュールと、制御部と、を有する露光装置であって、
各モジュールは、前記原版のパターンを前記基板に投影し、同一構造を有するように設計された投影光学系を有し、
前記制御部は、モジュール毎に設定され、前記基板に露光される前記原版のパターンの結像性能のばらつき補正する補正値を使用して前記複数のモジュールによる露光を制御し、
前記複数のモジュールは、第１の原版が搭載される第１のモジュールと、前記第１の原版と同一のパターンを有する第２の原版が搭載される第２のモジュールと、を有し、
前記制御部は、前記第１のモジュールに前記第１の原版を搭載することによって得られた検査結果と、前記第１のモジュールに前記第２の原版を搭載することによって得られた検査結果から前記補正値を取得することを特徴とする露光装置。
前記補正値は、前記投影光学系の光軸方向または光軸に垂直な方向の結像誤差を補正する補正値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
前記制御部は、前記補正値と前記光源からの前記光の照射時間に対する変化との関係から前記補正値を補正することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の露光装置。
前記制御部は、各モジュールの投影光学系に露光負荷を与えることによって前記補正値を取得することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の露光装置。
前記制御部は、一枚の基板の異なる領域を前記複数のモジュールで露光し、露光結果を重ね合わせ検査装置で検査することによって前記補正値を取得することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
各モジュールは、前記原版と前記基板を観察して前記原版と前記基板の位置ずれを検出する位置検出装置を更に有し、
前記制御部は、前記位置検出装置の検出結果から前記補正値を取得することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記検査用原版は、複数のマークをマトリクス状に有し、
前記制御部は、前記複数のマークの間に相当する前記検査用原版の形状を補間することによって前記補正値を取得することを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
各モジュールは、前記原版と前記基板を観察して前記原版と前記基板の位置ずれを検出する位置検出装置を更に有し、
前記第１のモジュールに前記第１の原版を搭載した場合の前記位置検出装置の検出結果から取得する前記第１のモジュールの第１の補正値と、前記第１のモジュールに前記第２の原版を搭載した場合の前記位置検出装置の検出結果から取得する前記第１のモジュールの第２の補正値との差によって前記補正値を取得することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
前記制御部は、前記第１のモジュールに前記第１の原版を搭載して前記基板を露光し、露光結果を重ね合わせ検査装置で検査することによって得られる前記第１のモジュールの第１の補正値と、前記第１のモジュールに前記第２の原版を搭載して露光し、露光結果を重ね合わせ検査装置で検査することによって得られる前記第１のモジュールの第２の補正値との差によって前記補正値を取得することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。