JP3884098B2 - 露光装置および露光方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、LSI等の半導体装置の製造工程で使用される露光装置および露光方法に係り、特に光学式縮小投影露光装置により投影されたパターンの位置検出精度を向上させる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSI(大規模集積回路)等の回路パターンの微細化に伴い、パターン転写手段として、高解像性能を有する光学式縮小投影露光装置が広く使用されてきた。この露光装置でデバイスパターンを描画する場合、露光に先だって半導体ウエハを高精度に位置合わせ(アライメント)する必要がある。
【0003】
このアライメントに際して、通常はウエハ上に形成されたマーク位置を検出しており、このウエハマーク位置の検出方法は、ダイバイダイ方式とグローバル方式とに大きく分類できる。
【0004】
前者のダイバイダイ方式は、ウエハ上のチップ毎にマーク位置を検出してアラメントを行うので、高精度な位置合わせが可能である。後者のグローバルアライメント方式は、ウエハ上に形成された数個のアライメントマークをアライメント光学系を用いて検出し、検出されたマーク位置からチップの配列を補正して露光を行うものである。
【0005】
前記ダイバイダイ方式は、高精度な位置決めができる反面、グローバルアライメント方式と比べて生産性が劣るので、グローバル方式が多用されている。
図5は、従来のステッパー型の露光装置におけるアライメント装置の構成とアライメント信号処理系を概略的に示している。
【0006】
図6は、図5中の半導体ウエハ4上に予め形成されたアライメントマーク9の配置例を示す。
前記ウエハ4は、ウエハステージ5上に搭載されており、ウエハステージ5はウエハステージ駆動機構(図示せず)によってウエハステージ5に平行なxy方向に移動可能である。
【0007】
電子ビームなどで回路パターンが描画された露光領域を有するレチクル6は、レチクルステージ10上に搭載されており、レチクルステージ10はレチクルステージ駆動機構(図示せず)によってレチクルステージ10に平行なxy方向に移動可能である。
【0008】
アライメント装置1は、投影レンズ2の付近に配置されており、アライメント光照射部(図示せず)から前記ウエハ4上のアライメントマーク9にHeNeレーザ3のようなアライメント光を照射し、上記アライメントマーク9で反射回折したアライメント光を受光器(図示せず)で電気信号に変換し、アライメント信号処理回路(図示せず)で位置情報(アライメント出力信号)に変換するものである。
【0009】
レーザ干渉計7は、前記ウエハステージ5上に取り付けられたミラー7aにレーザ光を照射し、上記ミラーで反射したレーザ光を検出することによりウエハステージ5の位置を計測するものである。
【0010】
演算装置8は、前記アライメント装置1で得られたアライメントマーク位置情報と前記レーザ干渉計7で得られたウエハステージ位置情報との演算処理を行い、処理結果に基づいてウエハステージ5の位置を制御するための信号を出力するものである。
【0011】
次に、露光装置を用いた露光方法について説明する。
ウエハ4を露光する前に、ウエハステージ5上にウエハ4を搭載した状態でアライメントマーク位置をアライメント光学系で測定し、このアライメントマーク計測位置からウエハ面上のショット配列を求める。
【0012】
ウエハ面上に配置されるショット配列位置は、1次の系統誤差であるウエハ線形誤差Lw とウエハ面内ランダム誤差(Swx,Swy)に分離できる。
上記ウエハ線形誤差Lw は、図7(a)に示すように、xy方向の平行シフト誤差(αx ,αy )、ウエハ回転方向の誤差(回転誤差)θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差(Ex ,Ey )、直交度誤差θwoを含む。
【0013】
設計上のマーク位置(X,Y)と測定によって得られたマーク位置との差を(dxw ,dyw )とすると、ウエハ上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の座標(x,y)の関数となって次式(1)で表わすことができる。
【0014】
Figure 0003884098
ここで、(αx ,αy )はxy方向の平行シフト誤差、θw はウエハ回転方向の誤差係数、(Ex ,Ey )はウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差係数、θwoは直交度誤差係数、(Swx,Swy)は残りのランダム誤差を表す。これらのウエハ面内線形誤差係数(αx ,αy ,Ex ,Ey ,θw ,θwo)は演算装置8で最小二乗法を用いて求める。
【0015】
アライメント後、実際に露光するショット位置(xw ,yw )は設計値の(X、Y)に対して、次式(2)で表わされる座標位置を用いる。
xw = X + Δxw
yw = Y + Δyw …(2)
ここで、ウエハ面内誤差Δxw 、Δyw は
Δxw =αx −( θw + θwo)・y+Ex ・x
Δyw =αy +θw ・x+Ey ・y
を表わす。
【0016】
一方、ショット内誤差は、図7(b)に示すように、ショット内線形誤差Ls(回転、倍率、スキュー)とショット内ランダム誤差(Ssx,Ssy)に分離できる。設計上のマーク位置(Xs ,Ys )と測定によって得られたマーク位置との差を(dxs ,dys )とすると、ショット内での位置誤差はショット内の座標(xs ,ys )の関数となって次式(3)で表わすことができる。
【0017】
Figure 0003884098
ここで、(Mx ,My )はショットの膨張伸縮を表すショット倍率誤差係数、θs はショット回転方向の誤差係数、θsoはショットスキュー誤差係数、(Ssx,Ssy)は残りのショット内ランダム誤差を表す。これらのショット内線形誤差係数(Mx ,My ,θs ,θso)は演算装置8で最小二乗法を用いて求める。
【0018】
ステップアンドリピートして露光するステッパー型の露光装置では、上記したようなショット内線形誤差Ls のうちショット回転(θs )とショットの等方倍率(Mx +My )/2とは補正することができる。
【0019】
一方、水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光するレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光するスキャン型の露光装置では、スキャン露光をしながらショット内線形誤差Ls(θs 、Mx 、My 、θso)を補正することができる。
【0020】
従来、ショット内線形誤差Ls の補正は定数補正により行っていたが、ウエハステージ5のヨーイング誤差やウエハステージ位置の基準となるレーザー干渉計7のミラー曲がりなどによって、ショット回転がウエハステージ位置によって変化する誤差などのように、ウエハステージ位置に依存してショット内系統誤差が変化する場合があり、このような変化に伴う誤差を補正してはいない。
しかし、ウエハサイズの大型化に伴い、ウエハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤差が無視できなくなってきている。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の光学式縮小投影を用いた露光装置および露光方法は、ウエハステージ位置に依存して変化するショット内系統誤差Ls を補正していないという問題があった。
【0022】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正でき、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制し得る光学式縮小投影方式の露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
第1の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数θs(x,y)で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数θs(x,y)にしたがって位置決めするように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【0024】
第2の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差を求め、前記倍率誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数M(x,y)で近似し、前記ショットの等方倍率を前記関数M(x,y)にしたがって調整するように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【0025】
第3の発明の露光装置は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する露光装置であって、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数θs(x,y)、M(x,y)で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数 θs(x,y)、M(x,y)にしたがって位置決めするとともに前記ショットの等方倍率を前記関数θs(x,y)、M(x,y)にしたがって調整するように制御する補正手段を具備することを特徴とする。
【0026】
第4の発明の露光装置は、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画する電子ビーム露光装置であって、前記ウエハに対する描画中にショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正する機構と、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数Ls (x,y)で近似し、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ls (x,y)にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することを特徴とする。
【0027】
第5の発明の露光装置は、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光するマスクパターン露光装置であって、前記マスクに対する露光中にショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをマスク面内座標(x,y)においてn次の関数Ls (x,y)で近似し、前記マスクステージを前記関数Ls (x,y)にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することを特徴とする。
【0028】
また、本発明の露光方法は、レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)を求め、ショット回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数Ls (x,y)で近似し、レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方の位置を関数Ls (x,y)にしたがって位置決めすることを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的に示している。
【0030】
この露光装置は、図5に示した従来例のステッパー型の露光装置と比べて、1次のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差も補正し得るように(本例ではショット回転誤差を補正し得るように)構成されている点が異なる。
【0031】
即ち、図1の露光装置は、回路パターンが描画されたレチクル6と、レチクルを搭載したレチクルステージ10aと、レチクルXYステージ駆動装置11と、レチクルステージ位置計測装置15と、上面に位置識別用の複数のアライメントマーク9が形成された半導体ウエハ4を搭載したウエハステージ5aと、ウエハXYステージ駆動装置12と、ウエハステージ位置計測装置7と、前記レチクル6の回路パターンをウエハ4上に投影してショットを形成する投影光学装置と、ウエハ4上に形成された位置識別用の複数のアライメントマーク9の位置を検出して前記レチクル6およびウエハ4を所望の位置に合わせるためのアライメント装置1aと、演算装置8aと、ショット回転調整装置13と、ショット回転誤差補正手段とを具備する。
【0032】
前記レチクルステージ10aは、レチクル面内のx,y座標方向および前記ステージ面内の回転方向(θ方向)に移動可能であり、前記レチクルXYステージ駆動装置11は、レチクルステージ10aを平行方向(x,y方向)に駆動するものである。
【0033】
前記ウエハステージ5aは、x,y,θ方向に移動可能であり、前記ウエハXYステージ駆動装置12は、ウエハステージ5aを平行方向に駆動する。
前記ウエハステージ位置計測装置7は、前記ウエハステージ5aのx,y,θ方向の位置を計測するものであり、例えばウエハ干渉計7およびミラー7aが用いられる。
【0034】
前記ショット回転調整装置13は、前記レチクルステージ10aおよびウエハステージ5aの少なくとも一方のθ方向位置を調整するものである。
レチクルステージ位置計測装置15は、前記レチクルステージ10aのx,y,θ方向の位置を計測するものであり、例えばレチクル干渉計15およびミラー15aが用いられる。
【0035】
前記投影光学装置は、例えば水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、前記投影レンズ2を介して前記レチクル6の回路パターンをウエハ4上に投影してショットを形成するものである。
【0036】
前記アライメント装置1aは、投影レンズ2の付近からHeNeレーザ3のようなアライメント光を前記ウエハ4上のアライメントマーク9に照射し、上記アライメントマーク9で反射回折したアライメント光を受光器(図示せず)で電気信号に変換し、アライメント信号処理回路(図示せず)でアライメント出力信号として位置情報に変換するものである。
【0037】
演算装置8aは、前記アライメント装置1aから得られるアライメント出力信号をアライメント信号処理装置(図示せず)で処理した信号と前記レチクル干渉計15およびウエハ干渉計7から得られた出力信号を演算処理するものである。
【0038】
前記ショット回転調整装置13は、前記レチクルステージ10aおよびウエハステージ5aの少なくとも一方を回転方向に駆動するステージ回転駆動装置を有するものであり、本例では、前記レチクルレチクルステージ10aを回転方向に駆動するレチクルステージ回転駆動装置(図示せず)と前記ウエハステージ5aを回転方向に駆動するウエハステージ回転駆動装置(図示せず)とを有する。
【0039】
前記ショット回転誤差補正手段は、ウエハ4上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数θs(x,y)で近似して、前記レチクルステージのステージ面内回転位置およびウエハステージのステージ面内回転位置を前記関数θs(x,y)にしたがって位置決めするように前記ショット回転調整装置を制御するものであり、本例では前記アライメント装置1a内に設けられている。
【0040】
次に、図1の露光装置を用いた露光方法について説明する。
この露光方法においては、従来例のステッパー型の露光装置を用いた露光方法と比べて、1次のショット内誤差だけでなく、高次のショット内誤差(本例ではショット回転誤差)も補正するようにした点が異なり、その他は同様である。
【0041】
即ち、従来例の露光方法と同様に、ウエハ4を露光する前に、ウエハステージ5a上のウエハ4上のアライメントマーク9の位置をアライメント光学系で測定し、アライメントマーク計測位置からウエハ4上のショット配列を求める。
【0042】
ウエハ4上のショット配列の位置は、1次の系統誤差であるウエハ線形誤差Lw とウエハ面内ランダム誤差(Swx,Swy)に分離できる。
上記ウエハ線形誤差Lw は、図7(a)に示したように、xy方向の平行シフト誤差(αx ,αy )、ウエハ回転方向の誤差(回転誤差)θw 、ウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差(Ex ,Ey )、直交度誤差θwoを含む。
【0043】
設計上のアライメントマーク位置(X,Y)と測定によって得られたアライメントマーク位置との差を(dxw ,dyw )とすると、ウエハ4上のマーク検出位置誤差はウエハ面内の座標(x,y)の関数となって(1)式で表わすことができる。
【0044】
Figure 0003884098
ここで、(αx ,αy )はxy方向の平行シフト誤差、θw はウエハ回転方向の誤差係数、(Ex ,Ey )はウエハの膨張伸縮を表すスケーリング誤差係数、θwoは直交度誤差係数、(Swx,Swy)は残りのランダム誤差を表す。
【0045】
これらのウエハ面内線形誤差係数(αx ,αy ,Ex ,Ey ,θw ,θwo)は最小二乗法を用いて求める。
アライメント後、実際に露光するショット位置(xw ,yw )は設計値の(X、Y)に対して、(2)式で表わされる座標位置を用いる。
【0046】
xw =X+Δxw
yw =Y+Δyw …(2)
ここで、ウエハ面内誤差Δxw 、Δyw は
Δxw =αx −(θw +θwo)・y+Ex ・x
Δyw =αy +θw ・x+Ey ・y
を表わす。
【0047】
一方、ショット内誤差は、図7(b)に示したように、ショット内線形誤差Ls(回転、倍率、スキュー)とショット内ランダム誤差(Ssx,Ssy)に分離できる。この際、設計上のマーク位置(Xs ,Ys )と測定によって得られたマーク位置との差を(dxs ,dys )とすると、ショット内での位置誤差はショット内の座標(xs ,ys )の関数となって(3)式で表わすことができる。
【0048】
Figure 0003884098
ここで、(Mx ,My )はショットの膨張伸縮を表すショット倍率誤差係数、θs はショット回転方向の誤差係数、θsoはショットスキュー誤差係数、(Ssx,Ssy)は残りのショット内ランダム誤差を表す。これらのショット内線形誤差係数(Mx ,My ,θs ,θso)は最小二乗法を用いて求める。
【0049】
上記したようなショット内線形誤差Ls のうちショット回転(θs )とショットの等方倍率(Mx +My )/2とはアライメント装置1aにより従来例と同様に補正することができる。
【0050】
次に、図2を参照して、ウエハ座標に依存する高次(n次)ショット内誤差について説明する。
(b)に示したように、ウエハ面内のチップ領域のショット回転誤差は、(4)式に示すように、ウエハ面座標x,yのn次関数θ(x,y)で近似される。
【0051】
Figure 0003884098
ここで、右辺第1項のθs は前式(3)で示したショット回転誤差であり、右辺第2項以下の(θ1 、θ2 、θ3 、θ4 、θ5 、…)は、n次関数近似した各次数における係数であり、最小2乗近似などによって求めることができる。
【0052】
このようにウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数θs(x,y)で近似し(つまり、ショット回転誤差のウエハ面座標を関数とする高次成分回転誤差を求め)、前記レチクルステージ10aのステージ面内回転位置およびウエハステージ5aのステージ面内回転位置を前記関数θs(x,y)にしたがって位置決めするように前記ショット回転調整装置13を制御することにより、露光に際して例えば第1層目の回路パターンと第2層目の回路パターンとの重ね合わせ精度の向上を図ることが可能になる。
【0053】
上記した実施の形態では、ショット回転誤差θ(x,y) のみの補正を行ったが、本発明は、ショット倍率誤差Mx ,My のみの補正、ショット回転誤差θ(x,y) およびショット倍率誤差Mx ,My の補正、ショットスキュー誤差θsoの補正を行う場合にも適用できる。
【0054】
つまり、上記ショット倍率誤差Mx(x,y),My(x,y)、ショットスキュー誤差θso(x,y) は、前式(4)式と同様に、ウエハ面座標x,yのn次関数で次式(5)〜(7)のように近似できる。
【0055】
Figure 0003884098
上式(5)〜(7)中のx,y座標のn次関数で表された各係数は、最小2乗近似などによって求めることができる。
【0056】
このようにショット倍率誤差Mx ,My 、ショットスキュー誤差θsoについてウエハ面座標の関数とする高次成分誤差を求め、等方倍率補正、スキュー補正を行うことにより、露光パターンの重ね合わせ精度の一層の向上を図ることが可能になる。
【0057】
次に、前式(5)〜(7)で得られたウエハ座標x,yに依存するショト内の回転誤差と倍率誤差とを補正する例について説明する。
この場合には、図1の露光装置において、さらに、前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置14を具備する必要がある。
【0058】
ショット内回転誤差θ(x,y)の補正は、ウエハ座標x,yの位置に対応して前記ショット回転調整装置13を制御し、ウエハステージ5aおよびレチクルステージ10aを回転することにより補正可能である。
【0059】
ショット倍率M(=(Mx+My)/2)の補正は、ウエハ座標x,yの位置に対応して等方倍率調整装置14を調整する(例えば前記投影光学装置における投影レンズ2の空気圧を変えて倍率を変える)ことにより補正可能である。
【0060】
図3は、図1の露光装置を用いた露光方法の適用例におけるフローチャートを示している。
図1の露光装置を用いた露光方法においては、露光に先立ってウエハ座標x,yのn次成分のショット内誤差(θs(x,y)、Mx(x,y)、My(x,y)、θso(x,y))を求める必要がある。
【0061】
そこで、例えば25枚程度のウエハを1ロットとして露光装置により連続して露光する時、n次のショット内誤差は、予め指定された特定のウエハ(例えば最初に露光を行う対象となる1枚目のウエハ)に関しては、露光装置のアライメント装置によって計測して求め、このショット誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数Ls (x,y)で近似し、レチクルステージおよびウエハステージの位置を前記関数Ls (x,y)にしたがって位置決めした後、上記特定のウエハおよび他のウエハに対する露光を順次行う。
【0062】
なお、前述したようなスキャン型の露光装置(水銀ランプやエキシマレーザなどの光を光源とし、レチクルステージとウエハステージを移動させることによってレチクルとウエハを相対的に移動しながら露光する装置)では、スキャン露光をしながらショット内線形誤差Ls(θs 、Mx 、My 、θso)の全てを補正することができる。
【0063】
図4は、本発明の第2の実施の形態に係るスキャン型の露光装置の一例を概略的に示している。
このスキャン露光装置は、第1の実施の形態に係るステッパ型の露光装置と比べて、(1)レチクルステージ10bがx,y、θ、スキュー(θo )方向に移動する点、(2)レチクル干渉計15bがx,y、θ、θo 方向のレチクルステージ位置を計測する点、(3)補正手段の制御機能が異なり、その他は同じであるので、図1中と同一符号を付している。
【0064】
次に、図4のスキャン型の露光装置を用いて、前式(4)〜(7)で得られたウエハ座標x,yに依存するショト内の回転誤差、倍率誤差、スキュー誤差に関する補正を行う例について説明する。
【0065】
ショット内回転誤差θ(x,y)の補正は、ウエハ座標x,yの位置に対応してウエハステージ5aおよびレチクルステージ10aを回転することにより補正可能である。
【0066】
ショット倍率Mx 、My の補正は、ウエハ座標x,yの位置に対応して投影レンズ2の倍率とウエハステージ5aおよびレチクルステージ10aの相対的なスキャンスピードを変えることによりそれぞれ補正可能である。
【0067】
ショットスキューθo (x,y)の補正は、ウエハ座標x,yの位置に対応してウエハステージ5aおよびレチクルステージ10aの相対的なスキャンスピードを変えることにより補正可能である。
【0068】
なお、本発明は、上述したように高次のショット内誤差を補正することを特徴とするものであり、露光装置の補正方法に関しては特に限定されるものではなく、次に述べるように実施したすることも可能である。
【0069】
即ち、露光装置の補正方法に関しては、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数θs(x,y)で近似して求め、この結果をオフラインでフィードバックしてレチクルパターンを修正し、あるいはレチクルステージの位置を補正するようにしてもよい。
【0070】
また、本発明は、電子ビームを用いてパターンを描画する電子ビーム露光装置やマスクパターンを形成するためのマスクパターン露光装置にも適用できる。
電子ビーム露光装置に適用する際には、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画する露光装置において、前記ウエハに対する描画中にショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正する機構と、前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをウエハ面内座標(x,y)においてn次の関数Ls (x,y)で近似して、前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方を前記関数Ls (x,y)にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備すればよい。
【0071】
マスクパターン露光装置に適用する際には、マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光する露光装置において、前記マスクに対する露光中にショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正する機構と、前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをマスク面内座標(x,y)においてn次の関数Ls (x,y)で近似して、前記マスクステージを前記関数Ls (x,y)にしたがって位置決めするように制御する補正手段とを具備することにより、マスク上の基準位置からのパターンずれを抑制することができる。
【0072】
【発明の効果】
上述したように本発明の露光装置によれば、ウエハステージ位置に依存するショット内の系統誤差を補正するために、ショット内誤差(θs(x,y)、Mx(x,y)、My(x,y)、θso(x,y)のうちの少なくとも1つ)のウエハ座標(x,y)に関するn次成分を求めて露光位置を補正することにより、露光パターンの重ね合わせ精度を向上させ、あるいは基準位置からのパターンずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るステッパー型の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図2】図1の露光装置により形成されたショットのウエハ座標に依存するn次ショット内誤差を説明するために示す図。
【図3】図1の露光装置を用いた露光方法の適用例を示すフローチャート。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係るスキャン型の露光装置の一例を概略的に示す構成説明図。
【図5】従来のステッパー型の光学式縮小投影露光装置を概略的に示す構成説明図。
【図6】ウエハ面内に配置したアライメントマークの一例を示す平面図。
【図7】ウエハ面内誤差およびショット内誤差を説明するために示す図。
【符号の説明】
1a…アライメント装置、
2…投影光学装置(投影レンズ)、
4…半導体ウエハ、
5a…ウエハステージ、
6…レチクル、
7…ウエハステージ位置計測装置(ウエハ干渉計)、
8a…演算装置、
9…アライメントマーク、
10a、10b…レチクルステージ、
11…レチクルXYステージ駆動装置、
12…ウエハXYステージ駆動装置、
13…ショット回転調整装置、
14…等方倍率調整装置、
15、15b…レチクルステージ位置計測装置(レチクル干渉計)。

Claims (16)

  1. 回路パターンが描画されるとともに位置識別用の複数のアライメントマークが形成されたレチクルと、
    前記レチクルを搭載するレチクルステージと、
    前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルXYステージ駆動装置と、
    位置識別用の複数のアライメントが形成された半導体ウエハを搭載するウエハステージと、
    前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハXYステージ駆動装置と、
    前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するためのショット回転調整装置と、
    前記レチクルステージの位置を計測するレチクルステージ位置計測装置と、
    前記ウエハステージの位置を計測するウエハステージ位置計測装置と、
    前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショットを形成する投影光学装置と、
    前記レチクル上およびウエハ上の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント装置と、
    前記アライメント装置から得られるアライメント出力信号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られた出力信号を演算処理する演算装置と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数θs(x,y)で近似し、前記関数θs(x,y)にしたがって前記ショット回転調整装置を制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整する補正手段
    とを具備することを特徴とする露光装置。
  2. 前記ショット回転調整装置は、前記レチクルステージを回転方向に駆動するレチクルステージ回転駆動装置および前記ウエハステージを回転方向に駆動するウエハステージ回転駆動装置を有することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
  3. 回路パターンが描画されたレチクルと、
    前記レチクルを搭載するレチクルステージと、
    前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルXYステージ駆動装置と、
    半導体ウエハを搭載するウエハステージと、
    前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハXYステージ駆動装置と、
    前記レチクルステージ位置を計測するレチクルステージ位置計測装置と、
    前記ウエハステージ位置を計測するウエハステージ位置計測装置と、
    前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショットを形成する投影光学装置と、
    前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置と、
    前記レチクル上およびウエハ上に形成された位置識別用の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント装置と、
    前記アライメント装置から得られるアライメント出力信号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られた出力信号を演算処理する演算装置と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差Mを求め、前記倍率誤差Mをウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数M(x,y)で近似し、前記関数M(x,y)にしたがって前記等方倍率調整装置を制御して前記ショットの等方倍率を調整する補正手段
    とを具備することを特徴とする露光装置。
  4. 回路パターンが描画されたレチクルと、
    前記レチクルを搭載するレチクルステージと、
    前記レチクルステージを平行方向に駆動するレチクルXYステージ駆動装置と、
    半導体ウエハを搭載するウエハステージと、
    前記ウエハステージを平行方向に駆動するウエハXYステージ駆動装置と、
    前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するためのショット回転調整装置と、
    前記レチクルステージ位置を計測するレチクルステージ位置計測装置と、
    前記ウエハステージ位置を計測するウエハステージ位置計測装置と、
    前記レチクルの回路パターンをウエハ上に投影してショットを形成する投影光学装置と、
    前記ウエハ上に投影されるショットの等方倍率を調整するための等方倍率調整装置と、
    前記レチクル上およびウエハ上に形成された位置識別用の複数のアライメントマークの位置を検出して前記レチクルおよびウエハを所望の位置に合わせるアライメント装置と、
    前記アライメント装置から得られるアライメント出力信号を処理した信号と前記レチクルステージ位置計測装置およびウエハステージ位置計測装置からそれぞれ得られた出力信号を演算処理する演算装置と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数θs(x,y)で近似し、前記関数θs(x,y)にしたがって前記ショット回転調整装置および等方倍率調整装置を制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を前記関数θs(x,y)にしたがって調整するとともに前記ショットの等方倍率を調整する補正手段
    とを具備することを特徴とする露光装置。
  5. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
    露光中にショットの回転を補正するショット回転補正機構と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差を求め、この回転誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似し、前記関数Ls (x,y)にしたがって前記ショット回転補正機構を制御して前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を補正する補正手段
    とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。
  6. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
    露光中にショットの倍率を補正するショット倍率補正機構と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差(Mx,My)を求め、この倍率誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似し、前記関数Ls (x,y)にしたがって前記ショット倍率補正機構を制御してショット倍率を補正する補正手段
    とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。
  7. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
    露光中にショットのスキューを補正するショットスキュー補正機構と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎のスキュー誤差θsoを求め、このスキュー誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似し、前記関数Ls (x,y)にしたがって前記ショットスキュー補正機構を制御して前記ショットスキューを補正する補正手段
    とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。
  8. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをマスクステージ上に搭載されたマスク上に投影してショットを形成する際にレチクルとウエハとが相対的に移動している時に露光を行なう露光装置であって、
    露光中にショットの回転、倍率、スキューをそれぞれ補正する補正機構と、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θs および倍率誤差(Mx,My)およびスキュー誤差θsoを求め、この回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似し、前記関数Ls (x,y)にしたがって前記補正機構を制御して前記ショットの回転、倍率、スキューをそれぞれ補正する補正手段
    とを具備することを特徴とするスキャン型の露光装置。
  9. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差θを求め、前記回転誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数θs(x,y)で近似するステップと、
    前記関数θs(x,y)にしたがって前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するステップ
    とを具備することを特徴とする露光方法。
  10. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の倍率誤差θを求め、前記倍率誤差θをウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数θs(x,y)で近似するステップと、
    前記関数θs(x,y)にしたがって前記ショットの等方倍率を調整するステップ
    とを具備することを特徴とする露光方法。
  11. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の回転誤差および倍率誤差を求め、前記回転誤差および倍率誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数θs(x,y)で近似するステップと、
    前記関数θs(x,y)にしたがって前記レチクルステージおよびウエハステージの少なくとも一方のステージ面内回転位置を調整するとともに前記ショットの等方倍率を調整するステップ
    とを具備することを特徴とする露光方法。
  12. レチクルステージ上に搭載されたレチクルに描画されている回路パターンをウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に投影してショットを形成する際、
    前記ウエハ上に複数形成されるショットの回転誤差θs(x,y)、ショットの倍率誤差Mx(x,y)、My(x,y)、ショットのスキュー誤差θso(x,y)の少なくとも1つについて、予め指定された特定のウエハに対してアライメント装置で計測し、計測誤差をウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似するステップと、
    前記関数Ls (x,y)にしたがって前記ショットの回転誤差、倍率誤差、スキュー誤差の少なくとも1つを調整した後、上記特定のウエハおよび他のウエハに対する露光を順次行うステップ
    とを具備することを特徴とする請求項9乃至11のいずれかに記載の露光方法。
  13. マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光するマスクパターン露光装置であって、
    前記マスクに対する露光中にショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正する機構と、
    前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをマスク面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似し、前記関数Ls (x,y)にしたがって前記マスクステージを位置決めする補正手段
    とを具備することを特徴とする露光装置。
  14. マスクステージ上に搭載されたマスク上に回路パターンを露光する際、
    前記マスク上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをマスク面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似するステップと、
    前記マスクに対する露光中に前記関数Ls (x,y)にしたがってショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正するステップ
    とを具備することを特徴とする露光方法。
  15. ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ上に電子ビームにより回路パターンを描画するための電子ビーム露光装置を用いて回路パターンを描画する際、
    前記ウエハ上に複数形成されるショット毎の系統誤差Ls (θs 、Mx,My、θso)のうちの少なくとも1つを求め、回転誤差および倍率誤差およびスキュー誤差のうちの少なくとも1つをウエハ面内座標(x,y)においてn次(nは1以上の整数)の関数Ls (x,y)で近似するステップと、
    前記ウエハに対する描画中に前記関数Ls (x,y)にしたがってショットの回転(θs )、ショットの倍率(Mx,My)、ショットのスキュー(θso) のうちの少なくとも1つを補正するステップ
    とを具備することを特徴とする露光方法。
  16. 前記系統誤差Ls は予め露光装置以外の計測機で求められることを特徴とする請求項15に記載の露光方法。
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