JP4200550B2

JP4200550B2 - 露光方法及びリソグラフィシステム

Info

Publication number: JP4200550B2
Application number: JP20349798A
Authority: JP
Inventors: 正彦秋月; 健二肥塚; 勇樹石井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP2000036451A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及びリソグラフィシステムに係り、さらに詳しくは、さらに詳しくは、例えば半導体素子又は液晶表示素子等のマイクロデバイスを製造する際にリソグラフィ工程で用いられるリソグラフィシステム及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成されたパターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感応基板又はウエハ」という）上に転写する投影露光装置が用いられている。そして、量産性を高めるために、複数の投影露光装置を用意し、これらの投影露光装置をホスト計算機で管理するリソグラフィシステムを構築することが一般的に行われている。
【０００３】
ここで、半導体素子等の製造にあたっては、異なる回路パターンを感応基板に幾層にも積み重ねて形成するが、量産性を高めるために、１枚の基板上の各レイヤ（層）の回路パターンを異なる投影露光装置を用いて転写することとが必要となる。したがって、投影露光装置間における転写像の歪みをマッチングさせることが、重ね合わせ精度を確保するために必要となる。
【０００４】
従来のリソグラフィシステムでは、転写像の機差を低減することにより重ね合わせ精度の確保するため、各投影露光装置の搬入時に、各投影露光装置による転写像の歪みを理想値に極力近付けるようにそれぞれの投影光学系等を調整したり、あるいは複数の投影露光装置の１つを基準号機と定めてこの基準号機における転写像の歪みと同様の歪みが生じるように他の投影露光装置の投影光学系等を調整したりしていた。
【０００５】
かかる投影露光装置の転写像の歪みの調整方法としては、例えば、一括型露光装置における例としては、投影光学系の一部のレンズ素子を光軸方向に駆動、あるいは光軸直交面に対して傾斜させることにより像歪みを発生させる方法及び装置が、特開平４−１２７５１４号公報等に記載されている。また、走査型露光装置における例としては、走査露光中に投影光学系の倍率を連続的に変化させたり、レチクルと基板の走査方向の相対角度にオフセットをもたせる、あるいは前記相対角度を連続的に変化させる方法により、走査後に形成される像に歪みを与える方法及び装置が、特開平７−５７９９１号公報等に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来のリソグラフィシステムでは、各投影露光装置による転写像の歪みは、基準となる転写像の歪み、すなわち理想値の歪み又は基準号機による歪みと比較すると歪みの差は小さいが、その差の総和程度の差が投影露光装置間に存在することがある。さらに、投影露光装置の転写特性は経時変化するものであり、投影露光装置間における転写像の歪みの機差も経時的に増加することもある。
【０００７】
このため、従来のリソグラフィシステムで行われていた、各投影露光装置の導入時における転写像の歪みの調整値を用いる転写像のマッチングでは、近年において益々高まっている回路パターンの微細化に伴う重ね合わせ精度の向上の要請に対して応えることが困難になりつつある。
【０００８】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は、複数の投影露光装置を使用しつつ、高い重ね合せ精度で重ね合わせ露光を行うことができる露光方法及びリソグラフィシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光方法は、投影像の歪みを調整可能な投影露光装置を少なくとも１つ含む複数の投影露光装置（１１０₁〜１１０_N）で感応基板（Ｗ）を多層的に露光する露光方法において、少なくとも１層以上の露光がなされた前記感応基板（Ｗ）の重ね合わせ露光に際し、前記複数の投影露光装置の内の前記感応基板を露光した投影露光装置の投影光学系に関する投影像の歪み調整パラメータと、使用されたマスクに形成されたパターンの描画誤差と、その投影露光装置において定期的に所定値の露光条件で測定された投影像歪みデータとに基づいて算出される、前記感応基板を露光した投影露光装置の露光時における投影像の歪み情報を含む感応基板（Ｗ）の露光履歴と、前記複数の投影露光装置（１１０₁〜１１０_N）それぞれの歪み調整能力と、マスクに形成されたパターンの描画誤差と、に基づいて、前記感応基板を重ね合わせ露光する投影露光装置を前記複数の投影露光装置の中から選択することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、少なくとも１層以上の露光がなされた感応基板、例えば１ロットの感応基板に関する重ね合わせ露光に際し、重ね合わせ露光の対象となる感応基板が、それまでどのような投影露光装置によりどのような状態で露光されてきたかを示す露光履歴（複数の投影露光装置の内の前記感応基板を露光した投影露光装置の露光時における投影像の歪み情報を含む）から、各層における転写像の歪みを知り、その上で、各投影露光装置のそれぞれの歪み調整能力を鑑みて、かつマスクに形成されたパターンの描画誤差を考慮して、重ね合わせ精度を高精度に確保できる投影露光装置を選択する。そして、選択された投影露光装置を使用して、当該感応基板の重ね合わせ露光を行う。したがって、複数の投影露光装置を使用しつつ、高い重ね合せ精度で重ね合わせ露光を行うことができる。
【００１２】
また、重ね合わせ露光を行う投影露光装置の選択に際しては、各投影露光装置のそれぞれについて、重ね合わせ露光の対象となる感応基板を露光した投影露光装置による投影像との重ね合わせ誤差が最も小さくなるように歪み調整を行ったときの残留誤差を求め、各残留誤差の値に基づいて重ね合わせ露光を行う投影露光装置を選択することにより、適切な投影露光装置を選択することができる。かかる場合には、選択された投影露光装置の前記残留誤差となる歪み調整が行われて重ね合わせ露光が行われる。
【００１３】
また、投影露光装置の選択時点における各投影露光装置の稼動状況と、すでに行われた露光における転写像の誤差とのマッチング精度とを総合的に判断して当該重ね合わせ露光を行う投影露光装置を選択することにより、高い重ね合わせ精度を確保しつつ、量産性を向上することができる。
【００１４】
本発明のリソグラフィシステムは、投影像の歪みを調整可能な投影露光装置を少なくとも１つ含む複数の投影露光装置（１１０₁〜１１０_N）と；少なくとも１層以上の露光がなされた前記感応基板（Ｗ）の重ね合わせ露光に際し、前記複数の投影露光装置の内の前記感応基板を露光した投影露光装置の投影光学系に関する投影像の歪み調整パラメータと、使用されたマスクに形成されたパターンの描画誤差と、その投影露光装置において定期的に所定値の露光条件で測定された投影像歪みデータとに基づいて算出される、前記感応基板を露光した投影露光装置の露光時における投影像の歪み情報を含む感応基板（Ｗ）の露光履歴と、前記複数の投影露光装置（１１０₁〜１１０_N）それぞれの歪み調整能力と、マスクに形成されたパターンの描画誤差と、に基づいて、前記感応基板を重ね合わせ露光する投影露光装置を前記複数の投影露光装置の中から選択する判定装置（１３０，１４０，１６０）と；を備える。
【００１５】
これによれば、重ね合わせ露光に際して、判定装置が、重ね合わせ露光の対象となる感応基板が、それまでどのような投影露光装置によりどのような状態で露光されてきたかを示す露光履歴（複数の投影露光装置の内の前記感応基板を露光した投影露光装置の露光時における投影像の歪み情報を含む）と、各投影露光装置のそれぞれの歪み調整能力と、マスクに形成されたパターンの描画誤差を考慮して、に基づいて、重ね合わせ精度を高精度に確保できる投影露光装置を選択する。すなわち、上記の本発明の露光方法を使用して感応基板に重ね合わせ露光を行うので、複数の投影露光装置を使用しつつ、高い重ね合せ精度で重ね合わせ露光を行うことができる。
【００１６】
ここで、判定装置を、複数の投影露光装置の稼動状況を管理するプロセス管理装置と；複数の投影露光装置の稼動履歴及び投影像の歪み設定を管理する歪み管理装置とを備えて構成することが可能である。
【００１７】
かかる場合には、歪み管理装置が、感応基板の露光履歴に基づいて、投影像の歪みを調整可能な投影露光装置について、感応基板の露光の際に最適な歪み設定値を算出する処理を分担し、重ね合わせ露光を行う投影露光装置の選択に貢献する構成とすることが、システムの負荷分担として適切である。このシステム構成では、例えば、感応基板の露光に際し、プロセス管理装置によって指定された重ね合わせ露光の対象となる感応基板について、その露光履歴と各投影露光装置の歪み調整能力とに基づいて、歪み管理装置が、重ね合わせ精度の観点から、重ね合わせ露光を行う投影露光装置の候補を１つ以上を決定する。そして、プロセス管理装置が、決定された投影露光装置の稼動状況に基づいて、決定された投影露光装置の中から１つの投影露光装置を選択する露光方法を実行することができる。この露光方法によれば、高い重ね合わせ精度を確保しつつ、量産性を向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、一実施形態のリソグラフィシステム１００の構成が概略的に示されている。このリソグラフィシステム１００は、Ｎ台の投影露光装置１１０₁〜１１０_N、各投影露光装置１１０_i（ｉ＝１〜Ｎ）毎に併設されたマシンコントローラ（ＭＣ）１２０₁〜１２０_N、像歪み演算装置１３０、集中情報サーバ１４０、ターミナルサーバ１５０、及びプロセス管理装置としてのホスト計算機１６０を備えて構成される。ここで、投影露光装置１１０_i、ＭＣ１２０_i、像歪み演算装置１３０、集中情報サーバ１４０、及びターミナルサーバ１５０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１７０に接続されており、また、ホスト計算機１６０は、ターミナルサーバ１５０を介してＬＡＮ１７０に接続されている。すなわち、ハードウエア構成上では、投影露光装置１１０_i、ＭＣ１２０_i、像歪み演算装置１３０、集中情報サーバ１４０、ターミナルサーバ１５０、及びホスト計算機１６０の相互間の通信経路が確保されている。なお、本システムにおける実際の構成要素相互間の通信については後述する。
【００２０】
前記投影露光装置１１０₁〜１１０_Nのそれぞれはステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆる「ステッパ」）であってもよいし、また、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（以下、「走査型露光装置」という）であってもよい。但し、投影露光装置１１０₁〜１１０_Nの少なくとも１つは、投影像の歪みの調整能力を有していることが必要である。なお、以下の説明においては、投影露光装置１１０₁〜１１０_Nの全てが、投影像の歪み調整能力を有する走査型露光装置であるとする。
【００２１】
図２には、かかる投影露光装置１１０₁〜１１０_Nの中の１台の投影露光装置１１０₁の概略的な構成が示されている。なお、他の投影露光装置１１０₂〜１１０_Nも投影露光装置と同様に構成される。図２に示されるように、投影露光値１１０₁は、照明系ＩＯＰ、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、感応基板としてのウエハＷが搭載されるウエハステージＷＳＴ等を備えている。
【００２２】
前記照明系ＩＯＰは、光源、フライアイレンズ等からなる照度均一化光学系、リレーレンズ、可変ＮＤフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミラー等（いずれも不図示）を含んで構成されている。こうした照明系の構成は、例えば、特開平１０−１１２４３３号公報に開示されている。
【００２３】
この照明系ＩＯＰでは、回路パターン等が描かれたレチクルＲ上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度で照明する。
【００２４】
前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、ここでは、磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータから成る不図示のレチクルステージ駆動部によって、レチクルＲの位置決めのため、照明光学系の光軸（後述する投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに一致）に垂直なＸＹ平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向（ここではＹ方向とする）に指定された走査速度で駆動可能となっている。さらに、本実施形態では上記磁気浮上型の２次元リニアアクチュエータはＸ駆動用コイル、Ｙ駆動用コイルの他にＺ駆動用コイルを含んでいるため、Ｚ方向にも微小駆動可能となっている。
【００２５】
レチクルステージＲＳＴのステージ移動面内の位置はレチクルレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）１６によって、移動鏡１５を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１６からのレチクルステージＲＳＴの位置情報はステージ制御系１９に送られ、ステージ制御系１９はレチクルステージＲＳＴの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部（図示省略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。
【００２６】
前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳＴの図２における下方に配置され、その光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされ、ここでは両側テレセントリックな光学配置となるように光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメント２７、２９、３０、３１、……及びこれらのレンズエレメント２７、２９、３０、３１、……を保持するレンズ鏡筒３２を含んで構成されている。この投影光学系ＰＬは所定の投影倍率、例えば１／５（あるいは１／４）を有する縮小光学系である。このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってレチクルＲの照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域部分のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立像）が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上に形成される。この投影露光装置１１０₁では、この投影光学系ＰＬによる投影像の歪み（倍率を含む）を補正する結像特性補正装置が設けられている（これについては、後に詳述する）。
【００２７】
前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの図２における下方に配置され、このウエハステージＷＳＴ上には、ウエハホルダ９が保持されている。このウエハホルダ９上にはウエハＷが真空吸着されている。ウエハホルダ９は不図示の駆動部により、投影光学系ＰＬの最良結像面に対し、任意方向に傾斜可能で、かつ投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に微動が可能に構成されている。また、このウエハホルダ９は光軸ＡＸ回りの回転動作も可能になっている。
【００２８】
ウエハステージＷＳＴは走査方向（Ｙ方向）の移動のみならず、ウエハＷ上の複数のショット領域を前記照明領域ＩＡＲと共役な露光領域ＩＡに位置させることができるように、走査方向に垂直な方向（Ｘ方向）にも移動可能に構成されており、ウエハＷ上の各ショット領域を走査（スキャン）露光する動作と、次のショットの露光開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。このウエハステージＷＳＴはモータ等のウエハステージ駆動部（不図示）によりＸＹ２次元方向に駆動される。
【００２９】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置はウエハレーザ干渉計１８によって、移動鏡１７を介して、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）はステージ制御系１９に送られ、ステージ制御系１９はこの位置情報（又は速度情報）に基づいてウエハステージＷＳＴを制御する。
【００３０】
上記のように構成された投影露光装置１１０₁においては、前記スリット状の照明領域（中心は光軸ＡＸとほぼ一致）を照明光ＩＬにより照明した状態で、ウエハＷとレチクルＲとを走査方向（Ｙ方向）に沿って互いに逆向きに、投影倍率に応じた速度比で同期移動する。かかる走査露光により、レチクルＲのパターン領域のパターンがウエハＷ上のショット領域上に縮小転写される。
【００３１】
投影光学系ＰＬの側面には、ウエハＷ上の各ショット領域に付設されたアライメントマーク（ウエハマーク）の位置を検出するためのオフ・アクシス方式のアライメント顕微鏡、例えば画像処理方式の結像式アライメントセンサ８が設けられている。主制御装置５０では、上記の走査露光に先立って、ウエハマークの計測された位置に基づいて例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示される統計演算によりウエハＷ上のショット領域の配列座標を算出する。
【００３２】
また、投影露光装置１１０₁には、投影光学系ＰＬの最良結像面に向けて複数のスリット像を形成するための結像光束を光軸ＡＸ方向に対して斜め方向より供給する照射光学系１３と、その結像光束のウエハＷの表面での各反射光束をそれぞれスリットを介して受光する受光光学系１４とから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系が、投影光学系ＰＬを支える支持部（図示省略）に固定されている。この多点焦点位置検出系（１３、１４）としては、例えば特開平５−１９０４２３号公報に開示されるものと同様の構成のものが用いられ、ステージ制御系１９はこのウエハ位置情報に基づいてウエハホルダ９をＺ方向及び傾斜方向に駆動する。
【００３３】
次に、投影学系ＰＬの結像特性を補正するための結像特性補正装置について説明する。この結像特性補正装置は、大気圧変化、照明光吸収等による投影光学系ＰＬ₁自体の結像特性の変化を補正すると共に、ウエハＷ上の前層の露光ショット（ショット領域）の歪みに合わせてレチクルＲのパターンの投影像を歪ませる働きをもつ。投影光学系ＰＬの結像特性としては焦点位置、像面湾曲、ディストーション、非点収差等があり、それらを補正する機構はそれぞれ考えられるが、以下の説明においては結像特性補正装置は、主として投影像の歪み（倍率を含む）に関する補正のみを行なうものとする。
【００３４】
図２において、投影光学系ＰＬを構成する、レチクルＲに最も近いレンズエレメント２７は支持部材２８に固定され、レンズエレメント２７に続くレンズエレメント２９，３０，３１，…は投影光学系ＰＬのレンズ鏡筒３２に固定されている。支持部材２８は、伸縮自在の複数（ここでは３つ）の駆動素子、例えばピエゾ素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ（但し、図２では紙面奥側の駆動素子１１ｃは図示せず）を介して投影光学系ＰＬのレンズ鏡筒３２と連結されている。駆動素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃに印加される駆動電圧が結像特性制御部１２によって独立して制御され、これによって、レンズエレメント２７が光軸ＡＸに直交する面に対して任意に傾斜及び光軸方向に移動可能な構成となっている。各駆動素子によるレンズエレメント２７の駆動量は不図示の位置センサにより厳密に測定され、その位置はサーボ制御により目標値に保たれるようになっている。
【００３５】
この投影露光装置１１０₁ではレンズエレメント２７の支持部材２８、駆動素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及びこれに対する駆動電圧を制御する結像特性制御部１２によって結像特性補正装置（倍率調整手段を兼ねる）が構成されている。なお、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとはレンズエレメント２９以下のレンズエレメントの共通の光軸を指すものとする。
【００３６】
次に、投影像の歪みを測定を計測するため、レチクルＲに形成された計測マーク（マークパターン）の投影光学系ＰＬを介しての投影像を光電検出する空間像計測器６０について、図３に基づいて説明する。
【００３７】
図３には、この空間像計測器６０を含む図２のウエハステージＷＳＴ近傍部分が拡大して示されている。図３において、ウエハステージＷＳＴの一端部上面には、上部が開口した突設部が設けられており、この突設部の開口を塞ぐ状態で受光ガラス６２が嵌め込まれている。この受光ガラス６２の上面は、その周辺部にクロム層により形成された遮光帯６４ａが形成され、中央部にほぼ正方形の開口パターン６４が形成されている。
【００３８】
開口パターン６４の下方のウエハステージ５０内部には、レンズ６６、６８から成るリレー光学系と、このリレー光学系（６６、６８）によって所定光路長分だけリレーされる照明光束（像光束）の光路を折り曲げる折り曲げミラー６９とから成る受光光学系と、シリコンフォトダイオード又はフォトマルチプライヤ等の光電変換素子から成る光電センサ７０が配置されている。
【００３９】
本実施形態では、上記ウエハステージＷＳＴの一端部上面の突設部、受光ガラス６２、受光ガラス６２上の遮光帯６４ａによって形成された開口パターン６４、リレー光学系（６６、６８）、折り曲げミラー６９及び光電センサ７０によって空間像計測器６０が構成されている。
【００４０】
この空間像計測器６０によれば、レチクルＲに形成された計測パターンの投影光学系ＰＬを介しての投影像の検出の際には、投影光学系ＰＬを透過してきた照明光ＩＬが受光ガラス６２を照明し、受光ガラス６２上の開口パターン６４を透過した照明光ＩＬが上記受光光学系を通って光電センサ７０に到達し、光電センサ７０では光電変換を行い受光量に応じた光量信号Ｐを主制御装置５０に出力する。
【００４１】
次に、上記の空間像計測器６０を用いた投影像の歪みの検出方法の一例について説明する。
【００４２】
前提として、ここではレチクルＲ上に図４に示されるような５本のバーマークから成るラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）のマークパターンとしての計測マーク９０が形成されているものとする。図４において斜線部（影線部）は遮光帯を表している。
【００４３】
この投影像の検出は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの直下に受光ガラス６２上の開口パターン６４のウエハホルダ９側の遮光部６４ａが位置するように、ウエハステージＷＳＴを移動した状態で開始される。
【００４４】
この開始位置では、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬにより計測マーク９０が照明されると、この計測マーク９０部分（５本のバーマーク）を透過した照明光ＩＬによってウエハステージＷＳＴ上の受光ガラス６２上の開口パターン６４のウエハホルダ５２側の遮光部６４ａに計測マーク９０の投影像９０’が結像される。このときの状態が、図５に示されている。
【００４５】
そして、主制御装置５０からの指示に応じて、ステージ制御系１９ではステージ駆動系を介してウエハステージＷＳＴを−Ｘ方向に所定速度で移動させる。これにより計測マーク９０の投影像９０’の右側から徐々に開口パターン６４に重なるようになる。計測マーク９０の投影像９０’と開口パターン６４の重なりが増すにつれて、光電センサ７０に入射する光量が増加していき、計測マーク９０の投影像９０’と開口パターン６４とがちょうど重なった時が最大光量となる。その後、更にウエハステージＷＳＴが−Ｘ方向に移動すると、今度は光電センサ７０に入射する光量が徐々に減っていき、計測マーク９０の投影像９０’と開口パターン６４の重なりがなくなった時に光電センサ７０に入射する光量は０となる。
【００４６】
この時の光量の変化が図６（Ａ）に示されている。主制御装置５０では、この図６（Ａ）に示されるような光量信号Ｐの波形（実際には、所定のサンプリング間隔で取り込まれたディジタルデータである）を走査方向に対して微分することで図６（Ｂ）に示されるような微分波形を計算する。この図６（Ｂ）から明らかなように、開口パターン６４の走査方向前側のエッジが計測マークの投影像９０’を横切っている状態では徐々に光量が増加する、即ち微分波形がプラス側となる。この反対に、開口パターン６４の走査方向後側のエッジが計測マーク９０の投影像９０’を横切っている状態では徐々に光量が減少する、即ち微分波形がマイナス側となる。
【００４７】
そして、主制御装置５０では図６（Ｂ）に示されるような微分波形に基づいてフーリエ変換法などの公知の信号処理を施し、計測マーク９０が投影された光学像（空間像）を検出する。
【００４８】
以上説明したような検出方法を用いて、レチクルＲ上に配置された複数の計測マークの投影像（空間像）を検出することにより、投影光学系ＰＬの倍率やディストーション等の結像特性を含めた投影像の歪みを測定する。
【００４９】
図２に戻り、主制御装置５０はＬＡＮ１７０に接続されており、また、ＬＡＮ１７０とは別経路で設けられた通信路１８０を介してＭＣ１２０₁に接続されている。そして、主制御装置５０は、通信路１８０を介して、ＭＣ１２０₁からの動作パラメータを受信したり、露光動作の経過や結果をＭＣ１２０₁に送信したりする。また、主制御装置５０は、ＬＡＮ１７０を介して、集中情報サーバ１４０へ投影像の歪みの測定結果を送信する。
【００５０】
図１に戻り、前記ＭＣ１２０₁〜１２０_Nのそれぞれは、通常のパーソナルコンピュータと同様に構成される。各ＭＣ１２０_iは、通信路１８０を介した対応する投影露光装置１１０_iとの間の通信の他に、ＬＡＮ１７０を介して、像歪み演算装置１３０との間で通信を行い、対応する投影露光装置１１０_iの動作パラメータの問い合わせを行い、また、像歪み演算装置１３０から対応する投影露光装置１１０_iの動作パラメータを受信する。なお、各ＭＣ１２０_iは、各投影露光装置１１０_iと対で設置される不図示のコータ／デベロッパをも管理している。
【００５１】
前記像歪み演算装置１３０は、演算能力に優れた中規模の計算機システム（例えば、ミニコン・システムやエンジニアリング・ワークステーション・システム）によって構成されている。この像歪み演算装置１３０は、ＬＡＮ１７０を介した上記のＭＣ１２０₁〜１２０_Nとの通信の他に、ＬＡＮ１７０及びターミナルサーバ１５０を介して、ホスト計算機１６０との間で通信を行い、ホスト計算機１６０からの露光ロットの指定情報を受信し、また、指定された露光ロットの露光に適切な投影露光装置の候補を決定し、この決定結果をホスト計算機１６０へ送信する。また、像歪み演算装置１３０は、ＬＡＮ１７０を介して、集中情報サーバ１４０との間で通信を行い、後述するデータの授受を行う。
【００５２】
前記集中情報サーバ１４０は、大容量記憶装置とＬＡＮインターフェースとから構成される。大容量記憶装置には、像歪み演算装置１３０によって管理されるウエハＷのロットに関する露光履歴データを記憶している。露光履歴データには、各ウエハロットに関する各層の露光時における投影像の歪みデータが含まれている。さらに、大容量記憶装置には、使用するレチクルの描画誤差等を記憶している。
【００５３】
本実施形態では、この各層の露光時における投影像の歪みデータは、各層の露光で使用された投影露光装置の投影光学系ＰＬに関する投影像の歪み調整パラメータと、使用されたレチクルの描画誤差と、その投影露光装置において、前述の空間像計測器６０を使用して定期的（例えば、１回／日、１回／週、１回／月等）に所定値の露光条件で測定された投影像歪みデータとに基づいて、像歪み演算装置１３０によって算出され、集中情報サーバ１４０の大容量記憶装置に格納される。なお、像歪み演算装置１３０及び集中情報サーバ１４０を含んで歪み管理装置が構成されている。
【００５４】
前記ターミナルサーバ１５０は、ＬＡＮ１７０における通信プロトコルとホスト計算機１６０の通信プロトコルとの相違を吸収するためのゲートウエイプロッセサとして構成される。このターミナルサーバ１５０の機能によって、ホスト計算機１６０と、ＬＡＮ１７０に接続されたＭＣ１２０₁〜１２０_N及び像歪み演算装置１３０との間の通信が可能となる。
【００５５】
前記ホスト計算機１６０は大型の計算機で構成され、例えば、リソグラフィ工程を含め、工場内における半導体素子等の製造にあたっての統括制御を行っている。なお、像歪み演算装置１３０、集中情報サーバ１４０、及び前記ホスト計算機１６０を含んで判定装置が構成されている。
【００５６】
前記ＬＡＮ１７０には、バス型ＬＡＮ及びリング型ＬＡＮのいずれも採用可能であるが、本実施形態では、ＩＥＥＥ８０２規格のキャリア敏感型媒体アクセス／競合検出（ＣＳＭＡ／ＣＤ）方式のバス型ＬＡＮを使用している。また、通信経路１８０には、シリアル型及びパラレル型のいずれの方式の通信経路も採用可能であるが、本実施形態では、ＲＳ２３２Ｃ規格のシリアル型通信路を使用している。
【００５７】
次に、以上のように構成された本実施形態のリソグラフィシステム１００によるウエハＷの露光処理のアルゴリズムを、図７に基づいて説明する。
【００５８】
なお、図７に示された露光処理のアルゴリズムの実行の前提として、露光対象となるウエハＷは、既に１層以上の露光が行われたものであり、また、ウエハＷの露光履歴データ、各投影露光装置１１０₁〜１１０_Nに関する投影像の歪みデータ、及び転写対象となるレチクルＲに形成されたパターンの描画誤差は集中情報サーバ１４０に記憶されているものとする。
【００５９】
まず、図７のステップ２０１において、ホスト計算機１６０が、重ね合わせ露光の対象となるウエハＷのロットの識別子（例えば、ロット番号）と、重ね合わせ露光にあたって重ね合わせ精度を確保すべき１層以上の露光済み層（以後、「基準層」という）と、使用するレチクルの識別子（例えば、レチクル番号）とを指定して、該ロット番号のウエハＷの露光を行うのに適切な投影露光装置を、ターミナルサーバ１５０及びＬＡＮ１７０を介して像歪み演算装置１３０に問い合わせる。
【００６０】
次に、ステップ２０３において、像歪み演算装置１３０は、受信したロット識別子及び基準層に応じて、集中情報サーバ１４０からウエハＷのロットの露光履歴情報の中から、各基準層の露光に関する投影像の歪みデータをＬＡＮ１７０を介して読み出す。また、像歪み演算装置１３０は、受信したレチクル識別子に応じて、集中情報サーバ１４０から使用するレチクルＲの描画誤差をＬＡＮ１７０を介して読み出す。
【００６１】
引き続き、像歪み演算装置１３０は、読み出されたレチクルＲの描画誤差を加味しつつ、各投影露光装置１１０_iにおける投影像の歪みが、基準層の露光時において発生していた投影像の歪みとの差が最小となる歪み調整パラメータ値を各投影露光装置１１０_i毎に算出する。ここで、基準層が複数あるときは、各基準層の露光時において発生していた投影像の歪みを統計処理（例えば、平均演算）して、重ね合わせの基準とする投影像の歪みを求める。
【００６２】
そして、算出された各投影露光装置１１０_iに関する歪み調整パラメータ値が、各投影露光装置１１０_iの調整能力範囲であるか否かを判定し、肯定的に判定された場合には、算出された歪み調整パラメータ値を適用したときの投影像の歪みと基準層の露光時において発生していた投影像の歪みとの差をそれらの投影露光装置１１０_iの残留誤差として求める。一方、否定的に判定された場合には、それらの投影露光装置の調整能力の範囲内で、基準層の露光時において発生していた投影像の歪みとの差が最小となる投影像の歪みとなる歪み調整パラメータ値を算出し、これらの歪み調整パラメータ値を適用したときの投影像の歪みと基準層の露光時において発生していた投影像の歪みとの差をそれらの投影露光装置１１０_iの残留誤差として求める。すなわち、全ての投影露光装置１１０_iのそれぞれについて、投影像の歪み調整能力の範囲内における最良の歪み調整パラメータ値と残留誤差とを求める。
【００６３】
次いで、像歪み演算装置１３０は、各残留誤差と所定の許容誤差とを比較し、残留誤差が許容誤差以下である投影露光装置を、重ね合わせ露光を行う投影露光装置の候補として決定する。
【００６４】
そして、ステップ２０５において、決定された投影露光装置のリストを候補リストとしてホスト計算機１６０へＬＡＮ１７０及びターミナルサーバ１５０を介して送信する。
【００６５】
次に、ステップ２０７において、ホスト計算機１６０が、受信した候補リストに挙げられた投影露光装置について現在の稼動状況及び将来の稼動予定を参照し、リソグラフィシステムとして最も効率良くリソグラフィ工程を進行させる観点から、重ね合わせ露光を行う投影露光装置を選択する。例えば、ホスト計算機１６０は、候補リストに挙げられた投影露光装置の内で、現在稼動していない投影露光装置があれば、その投影露光装置を選択する。また、候補リストに挙げられた投影露光装置が全て稼動中の場合には、ホスト計算機１６０は、例えば、最も早く現在の露光動作が完了する予定の投影露光装置を選択する。
【００６６】
上記のステップ２０５において、像歪み演算装置１３０は、候補リストに加えて、候補リストに挙げられた各投影露光装置の残留誤差もホスト計算機１６０に送信するようにすることもできる。この場合には、ステップ２０７において、ホスト計算機は、リソグラフィシステムにおける処理効率と露光精度とを総合的に勘案して、重ね合わせ露光を行う投影露光装置を選択することができる。例えば、候補リストに挙げられた投影露光装置の複数が現在稼動していないときには、その中で残留誤差が最小のものを選択することにより、処理効率を確保しつつ露光精度を高めることができる。
【００６７】
なお、以下では、投影露光装置１１０₁が選択された場合を例にして説明を行う。
【００６８】
そして、ステップ２０９において、ホスト計算機１６０は、選択した投影露光装置１１０₁が稼動中でなければ直ちに、また、選択した投影露光装置１１０₁が稼動中の場合には露光動作の終了を待って、重ね合わせ露光の対象となるウエハＷのロットの識別子を指定して選択した投影露光装置１１０₁と接続されたＭＣ１２０₁にＬＡＮ１７０を介して露光実行の指示を行う。
【００６９】
次に、ステップ２１１において、露光実行の指示を受信したＭＣ１２０₁は、重ね合わせ露光の対象となるウエハＷのロットの識別子及び投影露光装置１１０₁の識別子を指定して、当該ロットのウエハＷを露光するにあたっての投影像の歪みの調整パラメータ値を像歪み演算装置１３０に問い合わせる。なお、投影露光装置１１０_iとＭＣ１２０_iとは１対１に対応するので、ＭＣ１２０₁は、投影露光装置１１０₁の識別子に代えて、ＭＣ１２０₁の識別子を指定することも可能である。
【００７０】
次いで、ステップ２１３において、像歪み演算装置１３０は、受信したウエハＷのロットの識別子に応じて、そのウエハＷのロットについてステップ２０３で算出された、選択された投影露光装置１１０₁に関する歪み調整パラメータをＭＣ１２０₁へＬＡＮ１７０を介して送信する。この送信と相前後して、重ね合わせ露光前に、像歪み演算装置１３０は、当該ロットの当該重ね合わせ露光における投影像の歪みを特定し、この投影像の歪みデータをＬＡＮ１７０を介して集中情報サーバ１４０に格納し、当該ロットの露光履歴情報を仮に更新する。そして、後にＭＣ１２０₁から露光の正常終了が通知されると、当該ロットの露光履歴情報の仮更新を本更新に変更する。
【００７１】
次に、ステップ２１５において、ＭＣ１２０₁は、受信した歪み調整パラメータを通信路１８０₁を介して投影露光装置１１０₁へ送信する。そして、投影露光装置１１０₁は、受信した歪み調整パラメータに基づいて、自身の結像特性補正装置を制御して、投影像の歪みを調整する。この後、ステップ２１７において、投影像の歪みが調整された投影露光装置１１０₁によって、レチクルＲに形成されたパターンが、重ね合わせ露光により、ウエハＷに転写される。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態のリソグラフィシステム１００では、各ウエハＷのロットに関する重ね合わせ露光の都度、露光済みの基準層の露光において発生した投影像の歪みに対して、残留誤差を許容範囲におさめることができ、かつ、リソグラフィシステムの処理効率向上の観点からも適切な投影露光装置を選択することができる。したがって、高い重ね合わせ精度を確保しつつ、量産性を向上することができる。
【００７３】
なお、上記の実施形態では、複数の投影露光装置の全てを走査型露光装置としたが、全ての投影露光装置がステップ・アンド・リピート方式のステッパであってもよいし、また、走査型露光装置とステッパとが混在してもよい。但し、走査型露光装置とステッパとが混在したり、全ての露光装置がステッパであってもフィールドサイズが異なる場合には、投影像の歪みの測定にあたっての測定位置が異なるので、投影像の歪みの直接的な比較ができないことがある。その場合は、こで、投影像の歪みの適切なモデル（例えば、３次モデル）から、必要な位置における投影像の歪みを求めて、比較すれば良い。
【００７４】
また、上記の実施形態では、複数の投影露光装置の全てが投影像の歪みの調整能力を有するものととしたが、少なくとも１つの投影露光装置が投影像の歪みの調整能力を有すればよい。投影像の歪みの調整能力が無い投影露光装置が混在する場合には、それらについては、候補リストの作成にあたって、歪み調整パラメータの最良値の算出を行わず、投影像の歪みの測定値を使用して残留誤差を求めることにすればよい。
【００７５】
また、上記の実施形態では、投影像の歪み調整にあたっては、投影光学系の結像特性を調整することにしたが、レチクルとウエハとの同期移動状態を調整することにより、投影像の歪みを調整してもよい。さらに、投影光学系の結像特性及びレチクルとウエハとの同期移動状態の双方を調整することにより、投影像の歪みを調整してもよい。
【００７６】
また、上記の実施形態では、投影光学系の結像特性の調整で、投影光学系のレンズ要素を駆動したが、投影光学系内の露光光の光路上の一部の密閉室内のガス圧を制御してその部分の屈折を調整することにより、投影光学系の結像特性を調整してもよい。
【００７７】
また、上記の実施形態では、各投影露光装置の投影像の歪みの測定を、定期的に行うことにしたが、各ウエハのロットの各層の露光ごとに、歪み調整パラメータの算出の直前に行ってもよい。
【００７８】
また、上記の実施形態では、各投影露光装置の投影像の歪みの測定を、空間像計測器を使用した空間像検出によって行ったが、測定用レチクルに形成された測定用パターンを測定用のウエハに実際に転写し、ウエハ上に転写されたパターンを計測することにより、投影像の歪みを測定することも可能である。
【００７９】
さらに、投影露光装置が、空間像計測器による空間像検出の機能を有する場合には、デバイス製造用のレチクルにも位置検出マークを形成し、この位置検出マークの空間像を検出することにより、投影露光装置で各レチクルの使用の度に、投影像の歪み計測とレチクルの位置合わせとを精度良く行うこともできる。
【００８０】
また、投影露光装置の露光対象は上記の実施形態のように半導体製造用のウエハに限定されることなく、例えば、液晶表示素子パターンの露光用の角型のガラスプレートや、薄膜磁気へッドを製造するための基板にも広く適用できる。
【００８１】
また、上記の実施形態の投影露光装置における照明光ＩＬとしては、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（１９３ｎｍ）、Ｆ₂レーザ光（１５７ｎｍ）、Ｘ線や電子線等の荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンへキサボライト（ＬａＢ₆）、夕ンタル（Ｔａ）を用いることができる。
【００８２】
また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもいい。
【００８３】
また、投影光学系としては、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ光などの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ₂レーザ光やＸ線を用いる場合は反射屈折系または反射系の光学系にし（レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズ及び偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００８４】
また、ウエハステージやレチクルステージにリニアモータ（米国特許番号第５，６２３，８５３号公報または米国特許番号第５，５２８，１１８号公報参照）を用いる場合は、エアべアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力又はリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ウエハステージやレチクルステージは、ガイドに沿って移動するタイブでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもいい。
【００８５】
また、ウエハステージの移動により発生する反力は、（米国特許番号第５，５２８，１１８号公報に記載されているように、）フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもいい。また、レチクルステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報（米国特許出願シリアル番号第０８／４１６，５５８号）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもいい。
【００８６】
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を投影露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを投影露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより、本実施形態の投影露光装置、ひいては本実施形態のリソグラフィシステムを製造することができる。なお、投影露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００８７】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを制作するステッブ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態のリソグラフィシステムによりレチクルのパターンをウエハに露光するステッブ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステッブ等を経て製造される。
【００８８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の露光方法によれば、少なくとも１層以上の露光がなされた感応基板に関する重ね合わせ露光に際し、重ね合わせ露光の対象となる感応基板が、それまでどのような投影露光装置で露光されてきたかを示す露光履歴と、各投影露光装置のそれぞれの歪み調整能力とに基づいて、重ね合わせ精度を高精度に確保できる投影露光装置を選択する。したがって、複数の投影露光装置を使用しつつ、高い重ね合せ精度で重ね合わせ露光を行うことができる。
【００８９】
さらに、重ね合わせ露光を行う投影露光装置の選択にあたって、各投影露光装置の稼動状況を考慮することにより、高い重ね合わせ精度を確保しつつ、露光処理のスループットを向上することができる。
【００９０】
また、本発明のリソグラフィシステムによれば、重ね合わせ露光に際して、判定装置が、重ね合わせ露光の対象となる感応基板の露光履歴と、各投影露光装置のそれぞれの歪み調整能力とに基づいて、重ね合わせ精度を高精度に確保できる投影露光装置を選択する。すなわち、本発明の露光方法を使用して、感応基板の重ね合わせ露光を行うので、複数の投影露光装置を使用しつつ、高い重ね合せ精度で重ね合わせ露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のリソグラフィシステムの概略的な構成を示す図である。
【図２】図１の投影露光装置の概略的な構成を示す図である。
【図３】図２のウエハステージ近傍部分を拡大して示す図である。
【図４】レチクル上に形成された計測マークの一例を示す図である。
【図５】図４の計測マークの投影像の光電検出方法を説明するための図である。
【図６】（Ａ）は図４の計測マークの投影像の光電検出した結果得られた光量信号の波形を示す線図、（Ｂ）は（Ａ）の微分波形を示す線図である。
【図７】一実施形態のリソグラフィシステムで行われる露光処理のアルゴリズムのフローチャートである。
【符号の説明】
１１０…投影露光装置、１３０…像歪み演算装置（歪み管理装置の一部、判定装置の一部）、１４０…集中情報サーバ（歪み管理装置の一部、判定装置の一部）、１６０…ホスト計算機（プロセス管理装置、判定装置の一部）

Claims

投影像の歪みを調整可能な投影露光装置を少なくとも１つ含む複数の投影露光装置で感応基板を多層的に露光する露光方法において、
少なくとも１層以上の露光がなされた前記感応基板の重ね合わせ露光に際し、前記複数の投影露光装置の内の前記感応基板を露光した投影露光装置の投影光学系に関する投影像の歪み調整パラメータと、使用されたマスクに形成されたパターンの描画誤差と、その投影露光装置において定期的に所定値の露光条件で測定された投影像歪みデータとに基づいて算出される、前記感応基板を露光した投影露光装置の露光時における投影像の歪み情報を含む感応基板の露光履歴と、前記複数の投影露光装置それぞれの歪み調整能力と、マスクに形成されたパターンの描画誤差と、に基づいて、前記感応基板を重ね合わせ露光する投影露光装置を前記複数の投影露光装置の中から選択することを特徴とする露光方法。
前記選択に際し、前記複数の投影露光装置のそれぞれについて、前記感応基板を露光した投影露光装置による投影像との重ね合わせ誤差が最も小さくなるように歪み調整を行ったときの残留誤差を求めることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
前記選択された投影露光装置により重ね合わせ露光を行う際に、前記残留誤差を求めたときの歪み調整に関する情報を用いることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
前記重ね合わせ露光を行う投影露光装置の選択の際には、前記選択時における前記複数の露光装置の稼動状況が更に考慮されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
投影像の歪みを調整可能な投影露光装置を少なくとも１つ含む複数の投影露光装置と；
少なくとも１層以上の露光がなされた前記感応基板の重ね合わせ露光に際し、前記複数の投影露光装置の内の前記感応基板を露光した投影露光装置の投影光学系に関する投影像の歪み調整パラメータと、使用されたマスクに形成されたパターンの描画誤差と、その投影露光装置において定期的に所定値の露光条件で測定された投影像歪みデータとに基づいて算出される、前記感応基板を露光した投影露光装置の露光時における投影像の歪み情報を含む感応基板の露光履歴と、前記複数の投影露光装置それぞれの歪み調整能力と、マスクに形成されたパターンの描画誤差と、に基づいて、前記感応基板を重ね合わせ露光する投影露光装置を前記複数の投影露光装置の中から選択する判定装置と；を備えるリソグラフィシステム。
前記判定装置は、
前記複数の投影露光装置の稼動状況を管理するプロセス管理装置と、
前記感応基板の露光履歴及び前記複数の投影露光装置の投影像の歪み設定を管理する歪み管理装置と、を備える請求項５に記載のリソグラフィシステム。
前記歪み管理装置は、前記感応基板の露光履歴に基づいて、前記投影像を調整可能な投影露光装置について、前記感応基板の露光の際に最適な歪み設定値を算出することを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィシステム。
請求項７記載のリソグラフィシステムで使用される露光方法であって、
感応基板の露光に際し、前記プロセス管理装置が、前記感応基板の識別子を前記歪み管理装置に供給する第１工程と；
前記歪み管理装置が、前記感応基板の識別子によって識別された感応基板の露光履歴と、前記複数の投影露光装置のそれぞれの前記歪み調整能力とに基づいて、前記複数の投影露光装置の中から露光を行う候補の投影露光装置を１つ以上を決定し、前記決定された投影露光装置の情報を前記プロセス管理装置に供給する第２工程と；
前記プロセス管理装置が、前記決定された投影露光装置の稼動状況に基づいて、前記決定された投影露光装置の中から前記感応基板を露光する投影露光装置を選択する第３工程と；
前記選択された投影露光装置の投影像の歪みが調整可能な場合には、前記選択された投影露光装置が、前記感応基板の露光の際の歪み設定パラメータを前記歪み管理装置に問い合わせる第４工程と；
前記選択された投影露光装置が、前記歪み管理装置からの前記歪み設定パラメータに基づいて投影像の歪みを調整した状態で露光を行う第５工程とを含む露光方法。
デバイス製造用の回路パターンが形成されたレチクルを用意し、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、前記レチクル上に形成された回路パターンの像で、前記感応基板を露光する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。