JP3445102B2

JP3445102B2 - 露光装置およびデバイス製造方法

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Publication number: JP3445102B2
Application number: JP17125997A
Authority: JP
Inventors: 雅見米川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2003-09-08
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH118189A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等の
半導体素子を製造する際に、レチクル面上の電子回路パ
ターンを投影光学系を介し、ウェハ面上に順にステップ
＆リピートして投影露光する露光装置（いわゆるステッ
パ）や、同様に、レチクル面上の電子回路パターンを投
影光学系を介し、ウェハ面上に順にステップ＆スキャン
して投影露光する露光装置（いわゆるスキャナ）等の露
光装置およびそれを用いることができるデバイス製造方
法に関し、特に、あらかじめ本体構造体の変形状態とス
テージ精度との関係を把握しておき、実際の露光の際、
変形状態を的確に計測し、リアルタイムでアライメント
計測値、及びショットの位置決め補正を行うことによ
り、本体構造体の変形に左右されにくくした半導体製造
用の露光装置およびデバイス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路
のパターンが微細化するのに伴い、投影露光装置には、
像性能、重ね合わせ精度、スループット等の更なる向上
が求められている。重ね合わせ精度に関しては、ウェハ
内のショット配列のグローバル成分と、ショット内の成
分に大別できる。前者は一般的に、ウェハシフト、ウェ
ハ倍率、ウェハローテーション、直交度等の成分に微分
化できる。後者は一般的に、ショット（チップ）倍率、
ショット（チップ）ディストーション、ショット（チッ
プ）ローテーション等の成分に細分化できる。これら一
連の誤差の中でも、近年、装置性能の向上により、本体
構造体の変形によって生ずる誤差成分が次第に顕在化し
てきた。

【０００３】構造体変形によって生ずる誤差成分として
は、ウェハやレチクルステージが移動する度に再現する
静的な成分と、熱、あるいはウェハステージやレチクル
ステージのステップによる反力等の再現しにくい動的な
成分とに分けられる。

【０００４】これらの対策として、従来から、本体構造
体の高剛性化が計られてきた。つまり、構造体に多少の
外力が加わっても変形しないような構造、または固有振
動数を上げて外乱振動に追従してしまわないような構造
である。しかし、本体の剛性を上げれば上げるほど、そ
れに伴って重量も増えてしまい、軽量化と剛性アップを
同時に満たす設計が困難になってきた。仮に、本体の高
剛性化のみを考慮して製品化された場合は、本体の重量
が増加してしまい、装置の搬出、搬入、設置等の面で取
り扱いにくい製品になってしまうことが容易に予想され
る。

【０００５】また、熱的対策としては、従来から、装置
の発熱部を冷却したり、発熱量を少なくしたり、また、
構造体に低熱膨張材料を用いる等の方法がとられてい
る。しかし、装置の発熱部は何カ所もあり、全てを冷却
することは不可能であり、さらに、伝熱メカニズムの中
で、発熱部からの熱伝導や熱伝達は対策が打てても、輻
射に関しては有効な対策が打てない場合が多く、熱的影
響の懸念が最後まで残る。また、構造体に低熱膨張材料
を採用することは、通常の材料よりもコストアップにな
る上、発熱体の熱的影響が皆無になるわけでもない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように本体変形の
要因としては、振動、力等の力学的要因と、熱的要因が
考えられる。前者に関しては、ステージステップ反力に
よる動的、静的な変形と、ステージステップによる本体
振動を制振するところの目的である制振除振装置が及ぼ
す動的、静的な変形が大きな成分を示す。この中でも、
制振除振装置が本体を制振させるために本体に加える力
によって生ずる変形成分は、アライメント計測データ、
焼きデータ等から無視できない量であることが判明し
た。この変形成分は、ステージがステップ駆動する以
上、制振除振装置の機能から不可避的なものであるた
め、構造体の変形を０にすることは不可能である。

【０００７】また、後者に関して、その原因となるもの
は、環境温度変化、各種発熱源の温度変化等である。特
に、熱的要因で重要なことは、熱的平衡状態が崩れてか
ら、熱的平衡状態に達するまでの非定常のプロセスが重
要になる。装置内の個々の発熱源、エアー等の冷却源の
熱的挙動を完全に把握することは不可能なため、この非
定常のプロセスは装置を稼働し、ウェハを処理している
限り、多かれ少なかれ発生するものであり、熱膨張、熱
収縮による本体変形も０にすることは不可能である。

【０００８】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、本体構造体の変形にかかわらず、正確な位
置決めが行えるようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、振動、力等の力学的な要因や、熱的要因に
よる本体構造体の歪み（変形）を０に近づけることに注
力するのではなく、構造体に変形が発生しても、それを
計測し、その結果に基づいて位置決めに対する的確な補
正を施すようにしている。

【００１０】すなわち、本発明の第１の露光装置は、原
板のパターンを基板上に露光する露光装置において、前
記基板を保持して移動させる基板ステージと、前記基板
ステージの位置を測定する位置測定手段と、その測定位
置に基づいて前記基板を位置決めするために前記基板ス
テージの駆動制御を行う制御手段と、前記位置測定手段
が固定されている構造体の歪みを測定する歪み測定手段
とを備え、前記制御手段は、前記基板ステージの目標位
置を前記構造体の歪みによる誤差成分で補正し、補正後
の目標位置に前記基板ステージを位置決めすることを特
徴とする。また、本発明の第２の露光装置は、原板のパ
ターンを基板上に露光する露光装置において、前記基板
を保持して移動させる基板ステージと、前記基板ステー
ジの位置を測定する位置測定手段と、その測定位置に基
づいて前記基板を位置決めするために前記基板ステージ
の駆動制御を行う制御手段と、前記基板上の所定のマー
クの位置を検出するために前記構造体に設けられたアラ
イメント計測手段と、前記位置測定手段が固定されてい
る構造体の歪みを測定する歪み測定手段とを備え、前記
制御手段は、前記アライメント計測手段による検出位置
と前記歪み測定手段による前記歪みとに基づいて前記基
板ステージの位置決めを行うことを特徴とする。

【００１１】また、本発明のデバイス製造方法は、前記
露光装置でウエハを露光する工程と、前記露光されたウ
エハを現像する工程とを有することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態におい
ては、基板上の所定のマークの位置を検出するために前
記構造体に設けられたアライメント計測手段による検出
位置に基づいて基板の位置決めを行う。

【００１３】また、原板を位置決めするための原板ステ
ージ、および原板のパターンを基板上に、露光のために
投影する投影光学系が前記構造体上に設けられており、
前記構造体の複数箇所における歪みを測定する。

【００１４】歪みを考慮した位置決めは、例えば、予め
得ておいた前記歪みとこれを考慮せずに基板の位置決め
を行った結果生じる位置決め誤差との関係、および実際
の露光に際して測定する歪みを考慮して行うことができ
る。

【００１５】露光は、例えば、基板上の複数の露光位置
に対して基板の位置決めをして行うものであり、その場
合、各露光位置への位置決めに際し、基板ステージをス
テップ移動させる。その場合、基板上の所定のマークの
位置を検出するために構造体に設けられたアライメント
計測手段による検出位置に基づいて各露光位置への位置
決めをグローバルアライメントにより行うようにしても
よく、その際、そのグローバルアライメントのための位
置検出時に前記歪みの測定を行ってその測定値に基づい
て前記位置検出の結果に対する補正を行い、その補正さ
れた位置検出結果に基づいて各露光位置の座標を得、こ
れに基づいて各露光位置への移動を行うそれぞれのとき
にさらに前記歪みの測定を行い、その測定値に基づいて
各露光位置の座標を補正して各露光位置への位置決めを
行うことができる。さらにその場合、前記位置検出結果
に対する補正または各露光位置の座標の補正は、それら
の補正に係る歪みの測定値が所定値以上の場合にのみ行
うようにして、スループットを優先させるようにしても
よい。

【００１６】歪みの測定は、例えば、基板ステージの位
置測定手段と投影光学系との間の前記構造体の歪みにつ
いて行う。

【００１７】このような本発明に従えば、本体構造体の
歪み（変形）に的を絞り、本体構造体に複数の歪みゲー
ジを貼り付け、構造体の変形状態を計測する。そして、
変形状態を常にモニタし、あらかじめ、実験、数値シミ
ュレーションで変形状態とアライメント誤差、ステージ
格子誤差の関係を把握しておくことにより、実際のプロ
セスを処理する段階でその関係式に基づいて補正をかけ
ることができる。プロセスを処理する段階とは、具体的
には、グローバルアライメント計測時とステップ＆リピ
ート時のステージ位置決め時である。本体構造体に貼る
歪みゲージは計測系で重要な箇所、即ち投影レンズとレ
ーザ干渉計（基板ステージの位置測定手段）間であった
り、投影レンズ、あるいはレーザ干渉計の根本である。
あるいは、歪みの状態とアライメント誤差や焼き誤差と
の関係がつかめれば、アライメントスコープ取り付け位
置、レチクルステージ取り付け位置等でもよい。

【００１８】これにより、振動、力等の力学的な要因の
みならず、熱的要因によって生ずる構造体のトータルな
変形を計測し、それが及ぼすアライメント誤差、ステー
ジ格子誤差を予測して補正することが可能になるため、
構造体の変形に左右されない精度の高い重ね合わせ（位
置決め）精度を維持できるようになる。さらに、構造体
に要求される性能が、高剛性という観点よりも、再現性
が良いという観点に重点が置かれることになり、必要以
上の重量アップを防ぐことができるようになる。また、
材料に高価格な低熱膨張材料を用いなくても済むため、
コストアップになることもない。

【００１９】

【実施例】

（第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る投
影露光装置（ステッパ）の要部を示す。同図において、
１は照明系であり、Ｃｒ蒸着された回路パターンが形成
されているレチクル２を照明している。照明系１は不図
示の超高圧水銀ランプもしくはエキシマレーザ、シャッ
タ、照明光学系等から構成されている。３は不図示のレ
チクルステージを搭載している基板であり、レチクル２
はレチクルステージ基板３に設けられたマークを基準に
して、レチクルステージの駆動機構により位置決めされ
ている。そして、その位置決め計測値は、装置全体のコ
ントロールを司るコンソールユニット１６にストアされ
る。

【００２０】６は照明系１によるレチクルの回路パター
ン像をウェハ１８に投影する投影レンズであり、７は周
知の投影レンズの気圧や露光による結像性能変化を補正
するためのレンズ駆動ユニットである。８は投影レンズ
６、アライメント計測系、レチクルステージ、ウェハス
テージ等の主要ユニットが搭載されている本体構造体の
一部を表現したものである。９は本体構造体８に取り付
けられた歪みゲージセンサであり、本体の変形状態をリ
アルタイムで計測することができる。４はオフアクシス
でＴＴＬ（ＴｈｒｏｕｇｈＴｈｅＬｅｎｓ）方式に
よりウェハアライメント計測するためのプローブ光を折
り曲げるためのミラーであり、５はその計測系である。
計測系５から照射されたアライメント光は、ミラー４に
より９０°折り曲げられ投影レンズ６に入射し、ウェハ
１８上のアライメントマークを照明し、その反射光が逆
の光路を通り、再びアライメント計測系５に再入射す
る。これにより、アライメントマークと不図示の基準マ
ークとの相対変位を計測することにより、アライメント
計測を行う。

【００２１】１０、１１は周知のフォーカス・ウェハチ
ルト検出器を構成する要素であり、ウェハ１８の表面に
低角度で要素１０により光ビームを照射し、その反射光
を要素１１で光電検出することにより、投影レンズ６の
フォーカス位置とウェハ１８の傾きを検出する。そし
て、この検出器を用いて、ショット毎、あるいはウェハ
毎に、後述するウェハステージのフォーカス・チルト駆
動機能を用いて、ウェハのｚ方向の位置合わせがなされ
る。

【００２２】１２はウェハ１８をバキュームチャックす
るウェハチャック、１３はチルト、θＺ方向に粗、微動
可能なθＺチルトステージ、１５はｘ、ｙ方向に粗、微
動可能なｘｙステージであり、ウェハステージはチルト
ステージ１３とｘｙステージ１５により構成されてい
る。そして、その位置はチルトステージ１３に取り付け
られたレーザ干渉計バーミラー１７およびレーザ干渉計
１４によって常にモニタされている。

【００２３】これら主要ユニットを含め、露光装置全体
のコントロールはコンソールユニット１６が司ってい
る。

【００２４】図４は、本体構造体が振動、力等による機
械的要因で変形している様子を、図５は、熱的要因で変
形している様子を示している。これらの図では、ステッ
パの構造体変形に関与する主なユニットや部材を示して
いるため、照明系、レチクルステージ、アライメント計
測系、等は図示していない。

【００２５】図４は、本体構造体がウェハステージがス
テップしたことにより変形している様子を示す。同図に
おいて、６は投影レンズ、２０は投影レンズ６と本体構
造体８を接合する部材、１４は支柱に取り付けられたレ
ーザ干渉計、１８はウェハ、１２はウェハチャック、１
７はバーミラー、１３はθＺチルトステージ、１５はｘ
ｙステージ、２５はステージ定盤である。２１、２２は
ステージステップによる振動を制振し、かつ床からの振
動を除振するための制振除振装置（以下、マウントとい
う）であり、図では２台示しているのみであるが、通常
４台もしくは３台で本体を支持している。２３はマウン
ト２１、２２を介し、本体を搭載する本体支持板であ
る。

【００２６】図４を用いて、ウェハステージがステップ
した場合の本体構造体８ａが静的、動的に変形するメカ
ニズムを説明する。ウェハステージがｘ方向にステップ
すると、加速、減速の反力が本体構造体８に加わり、本
体が振動する。その振動を速やかに制振するために、マ
ウント２１、２２のダンピング機能が働く。各々のダン
ピング機能が理想的に動作すると、ステップ後のアライ
メント計測や露光は理想的に行われるが、現実には、各
チャンネル毎のダンピング機能にばらつきがあったり、
マウント２１、２２の配置等により、本体構造体８が水
平方向に引っ張られたり、圧縮されたり、曲げられたり
して、本体構造体８に不必要な動的な変形が生ずる。ま
た、静的な変形としては、ステージ位置による変形が挙
げられる。ウェハステージがステップすると投影露光装
置本体の重心位置が変動し、本体が傾くが、それを抑
え、水平に保とうとして、マウント２１、２２の本体支
持機能が動作し、本体に鉛直方向の力を加える。する
と、本体構造体８にはステージ位置に依存する静的な変
形が生ずることになる。この静的な変形は本体構造体８
の剛性が無限大でもない限り、必ず発生するものであ
り、防ぎ様のないものである。以上のように、ウェハス
テージがステップすることにより、本体構造体８に静
的、動的な変形が図４のように生じることになる。

【００２７】全く同様に、本体構造体が熱的要因により
変形する場合を図５に示す。本体構造体８の熱変形で重
要な点は、装置全体が熱的にバランスがとれるまで非定
常な膨張や収縮が発生し、バランスがとれた時点でその
定常状態を維持するということである。従って、何らか
の要因により熱バランスが崩れると、再び定常状態に達
するまで、変形状態が変化する。しかも、本体構造体８
は熱容量が大きく、定常に達するまでの時間、時定数
は、前述したステージステップにより生ずる静的、動的
変形の変化と比較すると、十分長いということである。
ここで熱的要因としては、次のようなものが考えられ
る。露光光による発熱、ステージ駆動による発熱、各種
計測機器の発熱、及びＵＬＰＡ（ＵｌｔｒａＬｏｗ
ＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＡｉｒ）フィルタからの吹き
出しエアー等である。図５では、これらの要因により、
本体構造体８の上部の温度分布が変化し、熱変形が生じ
ている様子を表している。この熱変形は、本体構造体８
の材料の線膨張係数が０でもない限り必ず発生するもの
である。

【００２８】以上のように、振動、力等の力学的な要
因、および熱的要因によって、構造体に変形が生ずる
と、装置性能に大きな影響を与えることになる。つま
り、構造体には投影レンズやレーザ干渉計が直接取り付
けられているため、図４、５のように本体構造体８が変
形すると、投影レンズ６の光軸と干渉計１４の光軸の相
対距離が変化する。一方、ウェハステージは位置サーボ
がかかっているので、常に目標位置に位置決めされる。
従って、レーザ干渉計の計測自体は正しいにも関わら
ず、投影レンズ光軸と干渉計光軸の相対距離が変化する
ことにより、位置誤差の生じている状態でアライメント
計測や、露光がなされてしまうのである。投影レンズ６
の光軸と干渉計１４の光軸の相対距離が変化することで
生ずる問題としては、ウェハステージが干渉計１４の計
測値に従って形作る格子模様、即ちステージ格子が挙げ
られる。特に、問題となるのは、ステージ格子が装置の
動作状態で変動する場合である。例えば、グローバルア
ライメント時のステージ格子と、その後のステップ＆リ
ピート時のステージ格子が異なる場合、あるいはレイヤ
ー毎にステージ格子が異なるような場合である。このよ
うな場合、それまでのレイヤーで焼き付けられてきたシ
ョット配置と異なる位置にショットが焼き付けられるた
め、装置としての重ね合わせ精度が低下する。

【００２９】前述したが、本体構造体の力学的要因、熱
的要因による変形を常に０にすることは不可能であり、
また、それを０に近づける対策は、装置重量の増大やコ
ストアップを招くため、現実的ではなくなってきてい
る。そこで、本発明では、本体構造体の変形状態をリア
ルタイムで計測し、その計測値に基づいて、あらかじめ
実験、数値シミュレーション等で変形とステージ格子誤
差やアライメント計測誤差との関係を把握しておくこと
により、実際の露光の際、構造体の変形状態からリアル
タイムでステージ格子、アライメント精度の誤差を補正
するようにしている。

【００３０】図２、３に本体構造体８の変形状態を計測
するためのセンサ、例えば歪みゲージセンサを構造体８
に張り付けた様子を示している。図２は図４、５と同様
の正面図、図３は図２のＡ−Ａ′断面図である。これら
の図において、１４、３３はそれぞれｘ、ｙ干渉計であ
り、３５はステージのヨーイング制御のためのヨーイン
グ干渉計である。９、３２、３４は歪みゲージを示し、
本体構造体８の、ｘ、ｙ、ヨーイング干渉計１４、３
３、３５と投影レンズ６の間に取り付けられている。張
り付け箇所をこのような位置にしたのは、干渉計１４、
３３、３５の光軸と投影レンズ６の光軸との相対距離変
化を問題にしているためである。また、歪みゲージ９
は、ｘ干渉計１４と投影レンズ６間の構造体８のｘ方向
の歪みを、歪みゲージ３２は、ｙ干渉計３３と投影レン
ズ６間の構造体８のｙ方向の歪みを、歪みゲージ３４は
ヨーイング干渉計３５と投影レンズ６間の構造体８のｙ
方向の歪みをそれぞれ計測する。このように歪みゲージ
を配置することにより、本体構造体８の変形状態、特に
各干渉計と投影レンズ間の変形が的確に計測できるよう
になる。

【００３１】次に、実験、数値シミュレーション等で変
形とステージ格子誤差との関係、即ち本体変形影響係数
Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａθ）を求める方法を簡単に説明す
る。ここで、Ａｘ，Ａｙ，Ａθはそれぞれ、本体の歪み
と、ウェハ内のｘ方向誤差、ｙ方向誤差、ショット回転
誤差の関係を表す係数であり、歪みの関数となってい
る。

【００３２】本体変形影響係数Ａは、本体変形によって
生ずる歪みとステージ格子誤差の関係を表すので、実験
の際は本体に何らかの方法で機械的変形を与えつつ、同
時に焼きデータを取得するという方法をとる。まず、熱
的に静寂な状態で、かつウェハステージが投影レンズの
真下にあるときの各歪みゲージの出力を基準とする（以
下基準歪みという）。そして、実験で本体構造体に機械
的変形を与えた際、構造体に現れた歪みの基準歪みから
の変化量をΔε_expo. とする。

【００３３】

【数１】歪みと同時に得られた焼きデータを加工し、本体変形に
よって変動したステージ格子誤差成分Ｄａｔａ_expo.
（ΔＸ_expo. ，ΔＹ_expo. ，Δθ_expo. ）のみを抽出す
る。但し、ｎ＝３ｍである。

【００３４】

【数２】構造体の微小変形によって生ずる誤差を問題にしている
ので、これら２つの変数Ｄａｔａ_expo. とΔε_expo. の
間には線形関係が成り立っていると判断できる。そし
て、その線形式の係数である本体変形影響係数Ａ（Ａ
ｘ，Ａｙ，Ａθ）を用いると、次のような関係式が成り
立つ。ただし、Ｅｒｒ_expoはランダム誤差を表す。

【００３５】

【数３】従って、この方程式から最小２乗法を用い、Ｅｒｒ_expo
が最小になるような本体変形影響係数Ａを求めることが
できる。

【００３６】以上は、本体に何らかの方法で機械的変形
を与えつつ、同時に焼きデータを取得するという方法に
より影響係数を求める手法を示したが、全く同様にし
て、他の実験方法、あるいは数値シミュレーションによ
ってもこの係数を求めることができる。例えば、アライ
メントスコープ５でウェハ上のマークを観察しつつ、本
体に機械的変形を与える方法が考えられる。この観察よ
り得たデータから求めることが出来る変形による誤差成
分をＤａｔａ_a.s.（ΔＸ_a.s.，ΔＹ_a.s.，Δθ_a.s.）と
し、その時の本体歪みをΔε_a.s.とすると、これら２つ
の変数の間には本体変形影響係数Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａ
θ）を介して、次のような関係が成り立つ。

【００３７】

【数４】従って、前述の方法と同様に、この方程式から最小２乗
法を用い、Ｅｒｒ_a.s.が最小になるような本体変形影響
係数Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａθ）を求めることができる。

【００３８】また、数値シミュレーションによる方法と
しては、本体構造体のＦＥＭモデルに仮想的な力を加え
た状態での、歪みゲージの張り付け箇所の歪みΔε_sim.
と、各干渉計光軸と投影レンズ光軸の相対距離変化から
計算することができるｘ、ｙ方向倍率誤差・回転Ｄａｔ
ａ_sim.（ΔＸ_sim.，ΔＹ_sim.，Δθ_sim.）を求める。こ
うして得られたこれら２つの変数の間には本体変形影響
係数Ａ（Ａｘ，Ａｙ，Ａθ）を介して、次のような関係
が成り立つ。

【００３９】

【数５】数値シミュレーションでは、２つの変数の間には線形関
係が厳密に成り立つため、最小２乗法を用いるまでもな
く、計算の際の境界条件が現実と照らし合わせて正しい
ものであれば、直ちに本体変形影響係数Ａ（Ａｘ，Ａ
ｙ，Ａθ）を求めることができる。以上が本発明で重要
な、本体変形影響係数Ａの算出方法である。

【００４０】次に、本発明を適用した露光シーケンスに
ついて、図６を用いて説明する。シーケンスが開始され
ると（ステップ４０）、まずレチクルがレチクルステー
ジ上にロードされる。そして、レチクルはレチクルステ
ージ基板上に設けられた基準マークにアライメントされ
る（ステップ４１）。次に、ウェハがステージ上に送り
込まれ（ステップ４２）、まずプリアライメントが行わ
れる（ステップ４３）。次に、グローバルアライメント
を行うためのウェハグローバルアライメント計測（以
下、単にアライメント計測という）と同時に本発明の特
徴である構造体歪み計測が行われる（ステップ４４）。

【００４１】通常、アライメント計測は、ウェハ上の特
定の数ショットを代表計測ポイントに選ぶ。計測ショッ
ト数は、プロセスにもよるが、サブ計測で４ショット、
メイン計測で８ショットの計測となったり、サブ計測が
省略されてメイン計測のみになったりする場合もある。
本実施例では、後者のメイン計測８ショットのみの場合
を考える。ここでは、熱的に静寂な状態で、かつウェハ
ステージが投影レンズの真下にあるときの各歪みゲージ
の出力を基準とし（基準歪み）、各ショットのアライメ
ント計測期間中の構造体に発生した基準歪みからの変化
量を計測する。計測された歪みをΔε（δε_i1，δ
ε_i2，δε_i3，ｉ＝１…８）とすると、前述の方法で求
めた本体変形影響係数Ａを用いて直ちに、アライメント
計測値の本体変形による誤差成分Δε・Ａが計算でき
る。次に、８ショットの各アライメント計測値に、この
Δε・Ａの誤差成分による補正を行う（ステップ４
５）。こうして補正されたアライメント計測値につい
て、グローバルアライメントで通常行われる統計的処理
が施され、これにより、ウェハのｘ、ｙシフト成分、回
転成分、倍率成分を考慮した座標系が算出される（ステ
ップ５３）。当然のことながら、この座標系は構造体変
形による成分を含んでいないことになる。

【００４２】次に、各ショットへのステップ移動はこの
座標系をもとに行われる。ウェハステージはまず、第１
ショットの目標位置に位置決めされ、同時に構造体の歪
みが計測される（ステップ４６）。すなわち露光の直前
で発生している本体構造体の歪みΔε′（δε^' ₁ ，δ
ε^' ₂ ，δε^' ₃ ）を計測し、本体変形影響係数Ａを用い
て直ちに、そのショット位置での本体変形による位置決
め誤差Δε′・Ａを計算する。そして、この誤差に基づ
き対象とするショットの位置決め目標値の補正を行い
（ステップ４７）、位置決めされる。そして、シャッタ
ーが開き、回路パターンが所定の位置に露光され（ステ
ップ４８）、第１ショットの露光が完了する。次に、全
ショットの露光が完了していないので（ステップ４
９）、第２ショットの露光動作に移る（ステップ４
６）。第２ショットの動作も、第１ショットで行った動
作と全く同様にして、ステップ５３で計算された第２シ
ョットの目標位置にウェハステージが一旦位置決めさ
れ、その時点での構造体の歪みを計測する（ステップ４
６）。この計測値に基づいて、本体変形による誤差成分
Δε・Ａを計算し、目標値の修正を行い、第２ショット
の位置決めが行われる（ステップ４７）。そして、第２
ショットの露光が行われる（ステップ４８）。以上のよ
うに、ウェハ内の全ショットの露光が終了するまで、ス
テップ４６〜４８が繰り返される。

【００４３】全ショットの露光が終了すると（ステップ
４９）、ウェハが回収され（ステップ５０）、処理する
ウェハが残っている場合は、再び露光動作を続け（ステ
ップ５１）、シーケンスはステップ４２に戻り、新たな
ウェハを再びステージ上にロードし、再び一連の処理
（ステップ４２〜５０）が繰り返される。全ウェハの処
理が完了すると、本発明を適用したシーケンスは終了と
なる（ステップ５２）。

【００４４】このように本実施例では、グローバルアラ
イメント計測の際、同時に構造体の歪み変化量を計測す
ることにより、本体変形影響係数Ａから、アライメント
計測値の補正量を計算して、補正を行い、補正したアラ
イメント計測値をもとにして、統計処理により、各ショ
ット座標を計算し、各ショットへの移動をこの座標に基
づいて行うことに加え、位置決めの際にも構造体の歪み
変化量を計測することにより、本体変形影響係数Ａか
ら、各ショット位置の補正量を計算し、それに補正をか
けるというように、グローバルアライメント計測の段階
と、各ショットの位置決めの段階の２段階で、本体変形
によって生ずる誤差を補正するようにしたため、ウェハ
ステージの配列精度を向上させ、良好な重ね合わせ精度
を維持することが可能になる。

【００４５】（第２の実施例）本実施例では、第１の実
施例で説明した露光シーケンスについて、モニタしてい
る構造体歪みが所定の値を超えるような場合のみに、補
正動作を実施することを特徴としている。図９を用いて
説明する。

【００４６】シーケンスが開始されると（ステップ８
０）、まずレチクルがレチクルステージ上にロードされ
る。そして、レチクルはレチクルステージ基板上に設け
られた基準マークにアライメントされる（ステップ８
１）。次に、ウェハがステージ上に送り込まれ、まずプ
リアライメントが行われる（ステップ８２）。次に、グ
ローバルアライメントを行うためのウェハグローバルア
ライメント計測（以下、単にアライメント計測という）
と、同時に本発明の特徴である構造体歪み計測が行われ
る（ステップ８３）。ここまでは、実施例１と全く同様
である。

【００４７】なお、本実施例では、あらかじめアライメ
ント精度、およびステージ格子誤差に許容される本体構
造体の歪み計測箇所での、許容最大歪みΔε₀ が求めて
ある。この歪みΔε₀は、歪みゲージの出力がΔε₀ よ
りも大きくなると、アライメント計測精度、及びステー
ジ格子精度が装置の仕様をオーバーしてしまうという歪
みである。

【００４８】ステップ８４では、計測された歪みΔε
が、許容最大歪みΔε₀ よりも小さいか否かが判定さ
れ、小さい場合は、アライメント計測値は補正演算され
ることなく、ステップ８６の通常の統計処理が施され、
ウェハ内の各ショットの位置座標が計算される。逆に、
計測された歪みΔεが、許容最大歪みΔε₀ よりも大き
い場合は、実施例１と同様に、アライメント計測値を本
体変形による誤差成分Δε・Ａで補正する。そして、こ
の補正されたアライメント計測値を用いて各ショットの
座標値が統計的に計算される（ステップ８６）。

【００４９】次に、各ショットへのステップ移動はこの
座標系をもとに行われる。ウェハステージはまず、第１
ショットの目標位置に位置決めされ、同時に構造体の歪
みが計測される（ステップ８７）。ステップ８８では、
計測された歪みΔε′が、許容最大歪みΔε₀ よりも小
さいか否かが判定され、小さい場合は、現時点でのステ
ージ目標位置は変更されることなく、露光が行われる
（ステップ９０）。逆に、計測された歪みΔε′が、許
容最大歪みΔε₀ よりも大きい場合は、実施例１と同様
に、ステージ目標位置を本体変形による誤差成分Δε′
・Ａで補正し、変更された座標で露光が行われる（ステ
ップ９０）。

【００５０】次に、全ショットの露光が完了していない
ので（ステップ９１）、第２にショットの露光動作に移
る（ステップ８７）。第２ショットの動作も、第１ショ
ットで行った動作と全く同様にして行う。以上ウェハ内
の全ショットの露光が終了するまで、ステップ８７〜９
０が繰り返される。

【００５１】全ショットの露光が終了すると（ステップ
９１）、ウェハが回収され（ステップ９２）、処理する
ウェハが残っている場合は、再び露光動作を続け（ステ
ップ９３）、シーケンスはステップ８２に戻り、新たな
ウェハを再びステージ上にロードし、再び一連の処理
（ステップ８２〜９２）が繰り返される。全ウェハの処
理が完了すると、本発明を適用したシーケンスは終了と
なる（ステップ９４）。

【００５２】本実施例では、あらかじめアライメント精
度、およびステージ格子誤差に許容される本体構造体の
歪み計測箇所での、許容最大歪みΔε₀ を求めておき、
実際の露光に当たっては、歪みゲージの出力がΔε₀ よ
りも大きい場合には補正演算をし、Δε₀ よりも小さい
場合は通常通りの処理をするというシーケンスを採用し
たため、重ね合わせ精度を多少犠牲にしても、スループ
ットを優先させることができる。

【００５３】（第３の実施例）本発明では、あらかじめ
本体構造体に発生する変形（歪み）とステージ格子誤差
の関係を把握することが重要なポイントとなる。従っ
て、構造体に発生する歪みとステージ格子誤差の関係が
把握できさえすれば、本体に貼り付ける歪みゲージの張
り付け場所と個数は、任意でも構わない。第３の実施例
はこのことに鑑み、歪みゲージの貼り付け場所と個数が
第１、２の実施例とは異なる。図７は、本体構造体に歪
みゲージを貼り付けた様子を示す図３と同様の断面図で
ある。第１の実施例では、各干渉計と投影レンズ間に歪
みゲージ９、３２、３４を貼り付け、それぞれｘ方向、
ｙ方向、ｙ方向の歪みを計測するようにしている。しか
し、３つの歪みゲージ出力でステージ格子誤差の変動を
うまく表現できない場合、あるいは、さらに精度の良い
本体変形影響係数Ａを求める場合もある。そこで本実施
例では各干渉計と投影レンズ間の歪みゲージを２軸、即
ち、１カ所でｘ方向とｙ方向を計測するようにしてい
る。図７で、６０、６１、６２はｘｙ方向の計測が可能
な歪みゲージを表す。

【００５４】全く同様にして、歪みゲージを各干渉計と
投影レンズ間に貼り付けることにこだわらず、投影レン
ズ周辺の構造体定盤に均等に８カ所貼り付けた場合を示
しているのが図８である。各歪みゲージ７０〜７７は、
ｘ、ｙの２軸構成であり、１カ所当たり、ｘ方向、ｙ方
向の歪みが計測できる。このようにした理由としては、
構造体定盤全面の歪みを常にモニタして、各干渉計と投
影レンズ間以外の本体歪みが、ステージ格子誤差に与え
る影響が大きい場合にも対応できるようにするためであ
る。

【００５５】このような場合の本体変形影響係数Ａの算
出方法は、実施例１と全く同様で、焼きデータ、スコー
プデータ、数値シミュレーションのいずれの方法でも可
能である。こうして求められた本体変形影響係数Ａを用
いて、図６もしくは図９の露光シーケンスに従い、露光
が行われる。以上のように、各歪みゲージを各々２軸に
し、投影レンズ−干渉計間の歪みを計測する、もしくは
構造体定盤全面の歪みを計測することにより、さらに精
度の良い本体変形影響係数Ａを求めることが可能にな
り、良好な重ね合わせ精度を実現することができる。

【００５６】前述したが、本発明は、あらかじめ本体構
造体に発生する変形（歪み）とステージ格子誤差の関係
を把握することが重要なポイントとなる。従って、構造
体に発生する歪みとステージ格子誤差の関係が把握でき
さえすれば、本体に貼り付ける歪みゲージの張り付け箇
所と個数は、任意でも構わなく、本実施例以外でも様々
なパターンが考えられるのは言うまでもない。

【００５７】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イス製造例を説明する。図１０は微小デバイス（ＩＣや
ＬＳＩ等の半導体チップ、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１（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２（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３（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４（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ェハを用いて、リソ
グラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成す
る。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ス
テップ４によって作製されたウェ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６（検査）ではステップ５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７）される。

【００５８】図１１は上記ウェハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウェハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明したアライメント装置
を有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエ
ハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光した
ウエハを現像する。ステップ１８（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１９
（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、ウェハ上に多重に回路パターンが形成
される。本実施例ではこの繰り返しの各プロセスにおい
て、上記述べたようにアライメント電子ビームの加速電
圧を最適に設定することで、プロセスに影響を受けず正
確な位置合わせを可能としている。

【００５９】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、構
造体の歪みを考慮してステージの駆動制御による基板の
位置決めを行うようにしたため、構造体の歪みにかかわ
らず、正確な位置決めを行うことができる。

【００６１】具体的には、本体構造体の複数箇所に歪み
ゲージを貼り付け、あらかじめ本体構造体に発生する変
形（歪み）とアライメント誤差あるいはステージ格子誤
差の関係を把握しておくことで、実際の露光シーケンス
の際、本体構造体の変形（歪み）をモニタし、グローバ
ルアライメント時に発生する構造体変形による計測誤差
を補正し、さらにステップ＆リピート時に発生する本体
構造体によるステージ位置決め誤差を補正することによ
り、構造体の力学的な変形、熱的な変形の影響を受け
ず、高い重ね合わせ精度を実現することができる。さら
に、構造体に発生する歪みの大きさによって、補正を行
うか行わないかの判別を行うことにより、精度よりもス
ループットを優先させることができる。また、本発明を
用いることにより、構造体の高剛性化ということに重点
を置く必要性がなくなり、構造体重量の増加を抑制する
ことができる。本発明の実施に当たっては、大幅な設計
変更は不要であり、歪みゲージの貼付とシーケンスソフ
トの改良だけで対応できるため、実施は比較的簡単であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した半導体露光装置の主要なユ
ニットを模式的に表した図である。

【図２】本発明で重要な歪みゲージを図１の装置の本
体構造体に貼り付けた様子を示す図である。

【図３】図２のＡ−Ａ′断面をｚの負方向からみた図
である。

【図４】本体構造体がステージステップにより変形し
ている様子を示す図である。

【図５】本体構造体が熱変形している様子を示す図で
ある。

【図６】図１の装置における本発明を適用した露光シ
ーケンスのフローチャートである。

【図７】本発明の第３の実施例において歪みゲージを
本体構造体に貼り付けた様子を示す図である。

【図８】本発明の第３の実施例において歪みゲージを
本体構造体に貼り付けた他の様子を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る露光シーケンス
のフローチャートである。

【図１０】図１の装置により製造し得る微小デバイス
の製造の流れを示すフローチャートである。

【図１１】図１０におけるウエハプロセスの詳細な流
れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１：照明系、２：レチクル、５：アライメントスコー
プ、６：投影レンズ、７：結像性能補正ユニット、８：
本体構造体、９，３２，３４：歪みゲージ、１０，１
１：フォーカス・チルト計測器、１２：ウェハチャッ
ク、１８：ウエハ、１３：チルトステージ、１４，３
３，３５：レーザ干渉計、１５：ｘｙステージ、１６：
コンソールユニット、１７：バーミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原板のパターンを基板上に露光する露光
装置において、前記基板を保持して移動させる基板ステ
ージと、前記基板ステージの位置を測定する位置測定手
段と、その測定位置に基づいて前記基板を位置決めする
ために前記基板ステージの駆動制御を行う制御手段と、
前記位置測定手段が固定されている構造体の歪みを測定
する歪み測定手段とを備え、前記制御手段は、前記基板
ステージの目標位置を前記構造体の歪みによる誤差成分
で補正し、補正後の目標位置に前記基板ステージを位置
決めすることを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記基板上の所定のマークの位置を検出
するために前記構造体に設けられたアライメント計測手
段を有し、前記制御手段はこの検出位置に基づいて前記
基板の位置決めを行うものであることを特徴とする請求
項１に記載の露光装置。
【請求項３】原板のパターンを基板上に露光する露光
装置において、前記基板を保持して移動させる基板ステ
ージと、前記基板ステージの位置を測定する位置測定手
段と、その測定位置に基づいて前記基板を位置決めする
ために前記基板ステージの駆動制御を行う制御手段と、
前記基板上の所定のマークの位置を検出するために前記
構造体に設けられたアライメント計測手段と、前記位置
測定手段が固定されている構造体の歪みを測定する歪み
測定手段とを備え、前記制御手段は、前記アライメント
計測手段による検出位置と前記歪み測定手段による前記
歪みとに基づいて前記基板ステージの位置決めを行うこ
とを特徴とする露光装置。
【請求項４】前記原板を位置決めするための原板ステ
ージ、および前記原板のパターンを前記基板上に、前記
露光のために投影する投影光学系を備え、前記原板ステ
ージおよび投影光学系は前記構造体上に設けられてお
り、前記歪み測定手段は、前記構造体の複数箇所におけ
る歪みを測定するものであることを特徴とする請求項１
乃至３いずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】前記制御手段は、予め得ておいた前記歪
みとこれを考慮せずに前記基板の位置決めを行った結果
生じる位置決め誤差との関係、および実際の露光に際し
て測定する前記測定歪みを考慮して前記基板の位置決め
を行うことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に
記載の露光装置。
【請求項６】前記露光は、前記基板上の複数の露光位
置に対して前記基板の位置決めをして行うものであり、
前記制御手段は、各露光位置への位置決めに際し、前記
基板ステージをステップ移動させるものであることを特
徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の露光装
置。
【請求項７】前記基板上の所定のマークの位置を検出
するために前記構造体に設けられたアライメント計測手
段を有し、この検出位置に基づいて前記制御手段は、各
露光位置への位置決めをグローバルアライメントにより
行うものであり、その際、前記制御手段は、そのグロー
バルアライメントのための位置検出時に前記歪みの測定
を行ってその測定値に基づいて前記位置検出の結果に対
する補正を行い、その補正された位置検出結果に基づい
て各露光位置の座標を得、これに基づいて各露光位置へ
の移動を行うそれぞれのときにさらに前記歪みの測定を
行い、その測定値に基づいて各露光位置の座標を補正し
て各露光位置への位置決めを行うものであることを特徴
とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】前記位置検出結果に対する補正または各
露光位置の座標の補正は、それらの補正に係る歪みの測
定値が所定値以上の場合にのみ行うことを特徴とする請
求項７に記載の露光装置。
【請求項９】前記原板のパターンを前記基板上に、前
記露光のために投影する投影光学系を有し、前記歪み測
定手段は、前記投影光学系と前記位置測定手段との間の
前記構造体の歪みを測定するものであることを特徴とす
る請求項１乃至８いずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】請求項１乃至９いずれか１項に記載の
露光装置でウエハを露光する工程と、前記露光されたウ
エハを現像する工程とを有することを特徴とするデバイ
スの製造方法。