JP4261689B2 - 露光装置、当該露光装置に対して用いられる方法、及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばICやLSI等の半導体デバイス、CCD等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造するための露光装置、当該露光装置に対して用いられる方法、及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は静止露光装置(ステッパ)のフォーカスアルゴリズムを示す。ウエハステージにロードされたウエハは、ウエハ内で代表する数ショットにおけるフォーカス計測ショットにおいてフォーカス計測される(ステップ101)。これによって求められたフォーカス計測データから、例えば最小2乗近似等の方法でグローバル近似平面を計算する(ステップ102)。
【0003】
次にXYステージを対象露光ショットの位置にステップ移動し(ステップ103)、同時にグローバル近似平面から推定した露光ショットにおけるフォーカス・ティルトポジションにZ・ティルトウエハステージを移動させる。移動完了後、再度露光ポジションにおいてフォーカス計測105を行い、フォーカストレランス判定(ステップ106)にパスするまで追い込み駆動(ステップ107)及び計測(ステップ105)を行う。フォーカストレランスにパスしたら、フォーカス駆動・アッベ補正駆動(ステップ107)によるステップで発生したXY方向の残留振動の収束を待ち(ステップ108)、露光を開始する(ステップ109)。ステップ110では全ショットにわたる露光シーケンスが終了したかを判別し、終了していなければ最初に計測したグローバル近似平面のデータを用いて上記フォーカスアルゴリズム(ステップ103〜110)を繰り返す。
【0004】
ウエハステージは、露光光軸方向(フォーカス方向)については、非常に高精度で加工されたガイド(以下ステージ定盤と称す)の上を、エアーベアリング等によって非接触に移動する。ところが、ウエハの大口径化によって、ステージの駆動領域が広大になり、また、露光されるパターンの微細化によってフォーカス深度が浅くなり、すべての領域で高精度な加工をすることは非常に困難である。また、ステージの移動による加重変動によって、ステージ定盤自身も変形する。そのため、ステージが移動すると、上記加工精度の影響や定盤の変形による影響のため、ウエハ表面がフォーカス方向に変動してしまう。
【0005】
しかし、静止露光装置においては、フォーカス計測(ステップ105)はショットの露光位置にウエハステージを位置決めしてから行う方式(オンアクシス)であり、フォーカス計測系で計測したフォーカス目標位置に対して残留偏差があった場合には再度残留偏差を0にするための補正駆動を行えばよい。すなわち、ステージの移動によってウエハ表面がフォーカス方向に変動した量は、フォーカス検出系によって検出され、その分ステージをフォーカス方向に駆動すればよかった。フォーカス軸駆動によって発生する駆動精度はトータル的なスループットに影響するのみであり、露光ショットの不良(フォーカスぼけ)を引き起こすものではなかった。
【0006】
レチクルパターン像を一括してウエハ上に投影露光する静止露光装置に対して、レチクル上にパターンの一部をウエハ上に投影しつつレチクルステージとウエハステージを投影レンズの投影倍率に従って走査する走査露光(スキャン露光)を行う走査露光装置は、静止露光装置に対してより深い焦点深度と広い露光画角を確保することができ、投影レンズの一次元方向におけるディストーションを平均化することができるメリットから、現在露光装置としての主流になりつつある。
【0007】
走査露光装置は、例えば図2に示すように第一コンデンサ203からの露光光をスリット201によって細いシート状のビームに絞り、ショットの露光領域の一部を投影レンズ204を介してウエハ上に投影しながらレチクルステージ1とウエハステージ2を投影レンズの投影倍率と同じ速度比率で走査させることで露光を行う。投影レンズの高NA化に伴い像面の焦点深度はますます狭くなってきており、0.18ミクロンピッチの解像度を得ようとした場合の焦点深度は約0.4ミクロンとなる。そのため走査露光中のフォーカスアライメント誤差に与えられているマージンはますます厳しくなっている。走査露光中のフォーカス制御においては、図2に示すようにフォーカス計測器202が露光スリットよりも前方に配置されており、露光中にフォーカス計測と制御を行うことにより、ウエハ上を投影スリットが通過するショット内のスキャン軸方向におけるすべての場所において、最適なフォーカス位置になるように制御している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ここで先の例のように、ステージ定盤の平面度や変形の影響がある場合、図3のようにステージ駆動によってウエハ表面がフォーカス方向に変動してしまう。そのため先読み位置で計測したウエハ表面高さZpを検出して、露光領域にステージが達したときにZpだけ駆動しても、ステージ変動による変動分Zdがあった場合には、Zdだけウエハ表面がベストフォーカス位置からずれてしまうという問題があった。そのため、これらフォーカスの変動分をあらかじめ計測しておき、先読み位置から露光領域までステージが駆動した場合、この変動分を補正し、フォーカス誤差を低減させる必要がある。
【0009】
ところが、そのようなステージ駆動によるフォーカス方向への変動分を計測するのは容易ではなかった。例えば、ウエハの代わりに、非常に平面度の高い基板を用いて、ステージ駆動領域全面でフォーカス計測を行ったとする。しかし、この計測値は、ステージの変動分と、上記基板の平面度の合計値であり、純粋にステージの変動分を取り出すためには、上記基板をより高精度に加工するなどの対策が必要であり、コストの面からも現実的ではなかった。
【0010】
本発明の目的は、上記従来例に鑑み、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置の補正を行う露光装置、当該露光装置に対して用いられる方法、及び当該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、基板ステージに保持された基板の複数のショットを、投影光学系を介して露光する露光装置に対して用いられ、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量を求めて前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う方法であって、
前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所に関して前記光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された2つの検出器を用いて、前記複数の箇所それぞれに関して前記光軸の方向における位置を検出するステップと、
前記複数の箇所それぞれに関して前記2つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存するステップと、
を有することを特徴とする方法である。
【0019】
第2の発明は、基板を保持する基板ステージと、投影光学系と、前記基板ステージに保持された基板の表面の複数の箇所に関して前記投影光学系の光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器と、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量に基づき前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う制御手段とを有し、前記基板ステージに保持された基板の複数のショットを、前記投影光学系を介して露光する露光装置であって、
前記目標位置を固定して前記直交する方向に前記基板ステージを移動させ、前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所それぞれに関して前記複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された2つの検出器を用いて前記光軸の方向における位置を検出し、
前記複数の箇所それぞれに関して前記2つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存する、
ことを特徴とする露光装置である。
【0027】
第3の発明は、上記第2の発明の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
前記ステップで露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法である。
【0028】
【発明の実施の形態】
図4に本発明における走査露光装置の実施例を示す。エキシマレーザー光源からの露光光は第一コンデンサレンズ群203を経由してスリット201に達する。スリット201は露光光の光束をZ方向に関して7mm程度の細いシート状のビームに絞っており、紙面に対して垂直方向の軸(X軸)に関しZ方向に積分した照度が均一になるように調整することが可能である。402はマスキングブレードであり、レチクルステージ1とウエハステージ2をスキャンさせて露光する際にレチクル7のパターン描画画角の端に追従して走査する。マスキングブレード402は、レチクル7のパターンエリアを通過して減速している間にレチクルパターンによって遮光されていない部分に露光光が当たってウエハ12上に投光されてしまうことを防止する。マスキングブレード402を通過した露光光は第二コンデンサレンズ群401を経由してレチクルステージ1上のレチクル7に照射される。レチクルパターンを通過した露光光は投影レンズ204を経由してウエハ12表面近傍にレチクルパターンの結像面を構成する。
【0029】
レチクルステージ1は3本のレチクルレーザー干渉計8によってXYθ方向に制御されている。図面上では表現上1本に省略されているが、Y方向に2本、紙面と垂直に1本のレーザー干渉計が配置されている。レチクルステージ1は鏡筒定盤9上に設けられたガイド上をXYθ方向に移動可能である。特にY軸に関してはウエハステージ2と同期スキャンするために長ストロークにわたって駆動可能であり、Xθ軸はレチクル7のレチクルステージ1への吸着誤差を解消するための微少駆動に用いられる。レチクル駆動を行った際の反力はベースプレート406と剛につながっている不図示の反力吸収装置に逃がされるような構造になっており、駆動の反動による鏡筒定盤9のゆれは発生しない。
【0030】
202はフォーカス検出器であり、投影レンズ204を介することなくウエハステージ2上に搭載されたウエハ12のZ、ωx、wy方向の位置をマークの有無にかかわらず、高速に計測することができる。レチクルステージ1とウエハステージ2を同期スキャンさせて露光を行う際のフォーカス計測はこのフォーカス検出器202を用いる。
【0031】
9は鏡筒定盤であり、露光装置の高精度な計測器を取り付ける基台となっている。鏡筒定盤9は床の上に直接置かれたベースプレート406に対し微少量上方に浮上した状態で位置決めされている。先に説明したフォーカス検出器202は鏡筒定盤9に取り付けられているので、これらの計測器の計測値は結果的に鏡筒定盤9からの相対的な距離を計測していることになる。10は定盤間レーザー10とウエハステージ2に実装されている不図示の3軸のZセンサーの和が上位シーケンスから指令される目標値になるような制御を行っていることにより、ウエハステージ2上のウエハ12が鏡筒定盤9に対してフォーカス方向において上位シーケンスから指定される目標値になるように維持される。11はウエハステージ干渉計であり、レチクルステージ1同様に3本配置され、ウエハステージ2のXYθ方向の制御に用いている。
【0032】
3はステージ定盤であり、ベースプレート406から鏡筒定盤9同様、微少量浮上して位置決めされている。ステージ定盤3は床からベースプレート406を経由してウエハステージ2に伝達される振動を取り除く働きと、ウエハステージ2を駆動したときの反力をなまらせてベースプレート406に逃がす働きを兼ねている。
【0033】
ウエハステージ2は、ステージ定盤3の上に微少距離浮上して搭載されている。Z軸の目標値を固定し、XY軸を変化させた場合に描くウエハチャック面上の任意の点の軌道面(以下ステージ走り面)は、理想的には像面と一致しているのが望ましい。しかし実際にはステージ走り面は、図5に示すようにステージ定盤面の凹凸の影響を受けている。このとき、この像面とステージ走り面のずれ量は、ステージ定盤面が像面に対して傾斜して設置されているために生じる傾き成分(以下、一次成分)と、先に述べたように、ステージ定盤の加工精度や加重変形の影響を受け、ステージ走り面が凹凸になる成分(以下、高次成分)とに分類することができる。
【0034】
図6は図4に示されたウエハステージ2の制御を行う制御演算ユニットを表している。ウエハステージ干渉計11と定盤間干渉計10とウエハステージ2に実装されているZセンサーをデータはセンサー信号入力部601に取り込まれる。この信号は補正処理部602に渡され補正処理を行った結果各軸の現在位置を表すデータを得る。この補正処理部では後に示すように、ステージの位置をリアルタイムに変更したい場合に用いる。今回の例では、ステージのXY位置に応じてZ方向(フォーカス方向)にリアルタイムに補正駆動を行う場合である。この場合、ステージZ方向への補正量をXYの関数としてあらかじめ用意しておかなければならない。607はプロファイラであり、上位シーケンスから指令されたステップ的な制御目標値の変化に対して、ステージに規定された以上の加速度が加わらないように徐々に目標値を変化させてステージを移動させるものである。差分演算器603は、プロファイラ607の出力と補正処理部602の出力を比較して逐次的に変化する目標値に対する偏差量を計算する。604はサーボ補償器であり、ウエハステージ2にメカ的な特性に配慮した補償器、たとえばPID調節計やノッチフィルターの機能が実装されている。サーボ補償器604を経た制御量は、推力分配器605によって実際に配置されているウエハステージのアクチュエータの操作量として分配され、ドライブ出力606となる。
【0035】
図7は図4の202フォーカス検出系の詳細である。701は発光素子であり、ここから非露光光が発光され、ウエハ12の表面に反射して、702の受光素子に受光される。このときの反射光の位置から、ウエハ12表面のZ方向の位置を検出することができる。図8は、この非露光光がウエハ12表面に投影されたときの検出点の配置図であり、このように本実施例では7点で検出している。図8の813、814、815、816、817、818、819はウエハ上の検出位置を表しており、それに対応して803、804、805、806、807、808、809(図8において不図示)は、813から819の検出位置に照射する個々のセンサーを表すとする。801はスリット露光領域であり813はこの位置におけるフォーカス検出位置である。このスリット露光領域がウエハ上で移動することにより、802のようなショットを露光することができる。814、815、816は、ウエハステージ2を紙面下から上へスキャンさせるときの先読みセンサー804、805、806のウエハ12表面におけるフォーカス計測位置であり、Zとティルトを同時に計測することができる。817、818、819は、同様にウエハステージ2を紙面上から下へスキャンさせるときの先読みセンサー807、808、809の計測位置である。
【0036】
本発明におけるステージ走り面の計測は、上記フォーカスセンサーを用いることによって実現できる。その概念を、図9に従って説明する。
【0037】
図9において、上記のようなフォーカス検出系が、Y方向(スキャン方向)に対して配置されている。例えば、図8における813と815であり、この間隔をLyとする。
【0038】
まず、ステージ座標Y=y0において先読みセンサー805が、ウエハ12上のP点(815)のフォーカス計測を行っているとする。この値をZp(y0)とする。次に、ステージをLyだけ駆動し、この座標をY=y1とする。すると、中心センサー803は、ウエハ12上のP点の位置のフォーカスを計測することになる。この値をZc(y1)とする。すると、ステージがy0からy1に駆動したことによって、フォーカス方向に変動した量Zdは、
Zd(y1)=Zc(y1)−Zp(y0)
という式で与えることができる。
【0039】
これを、概念的に示したものが図10である。ウエハ12は、表面に凹凸を持っている。また、ステージ定盤の凹凸によって、ステージがy0からy1に駆動されると、フォーカス方向にZdだけウエハ12表面が変動するとする。ウエハ12がY=y0の位置にあるとき、先読みセンサー805はウエハ12上のある点P点のフォーカス位置を計測しており、この値がZp(y0)と計測される。ステージがLyだけ駆動し、ステージ位置がY=y1になった場合、中心センサー803は、Y=y0において先読みセンサー805が計測したウエハ12上のP点のフォーカスを計測することになる。つまり、ウエハ12上で同じ位置を計測しているので、ウエハ12表面の凹凸の如何にかかわらず、同じ計測値を検出するはずである。ところが、ステージ駆動によってウエハ12表面がフォーカス方向にZdだけ変動したと仮定すると、中心センサー803の計測値Zc(y1)は、先読みセンサー805の計測値Zp(y0)に対し、Zd(y1)だけ変動して検出される。つまり、
Zc(y1)=Zp(y0)+Zd(y1)
となって、先の式と一致する。
【0040】
これを、ウエハ12全面にわたって計測を行う。また、X方向も同様に、例えば、807センサーと809センサーを用いてステージをLxだけ駆動して、その計測値の差からステージ駆動によるフォーカス位置の変動分を計測することができる。また、先の例では、ステージがy0からy1に移動するときの計測方法を述べているが、ステージが逆方向に移動するとき、先で求めたZd(y1)の値を符号反転して用いてもよいし、逆方向の先読みセンサー808と中心センサー803とを用いて新たに計測し直してもよい。逆方向の先読みセンサーを用いてテーブルを作成した場合、ステップまたはスキャン方向に依存してフォーカス方向への変動量が変化する場合にも対応することが可能となる。すなわち、図8においてステージが紙面下から上へ駆動する場合は、先読みセンサー805と中心センサー803でテーブルを作成し、ステージが紙面上から下へ駆動するときは、先読みセンサー808と中心センサー803でテーブルを作成する。逆に、補正する場合は、ステージが紙面下から上へ駆動するときは、先読みセンサー805と中心センサー803で作成したテーブルを用いて補正し、ステージが紙面上から下へ駆動するときは、先読みセンサー808と中心センサー803で作成したテーブルを用いればよい。
【0041】
ここで求められた計測データは、ステージの座標と対応づけて、テーブルとしてメモリーに保存しておく。そして、スキャン露光を行うときは、このメモリー内のテーブルを用いてステージを補正駆動する。ステージの補正量は、図6の602で演算される。例えば、ステージがy0からy1に駆動するとき、先読みセンサー805で計測したウエハ12表面のフォーカス位置がZpであったとする。ステージのP点が露光位置に来るときまでに、ステージをフォーカス方向に−Zpだけ駆動するのだが、ステージの走り面の影響で、ウエハ12表面はZdだけ変動してしまう。この分を、前もって駆動しておくことで、P点が露光位置に来たときに、ウエハ12表面を像面に合わせ込むことができる。
【0042】
ここでは走査露光装置における応用例を述べたが、上記実施例は走査露光装置に限らず、静止露光装置でも応用可能である。静止露光装置に上記補正テーブルを用いる場合、ステージの駆動におけるフォーカス方向への変動量の影響を少なくすることができ、ウエハ表面をフォーカス位置に駆動する動作が高速になるため、結果スループットを向上させることができる。
【0043】
上記で求められた計測データを、メモリーに格納する方法であるが、上記計測データを計測位置に対応づけて保存する場合、ステージの駆動開始位置と駆動目標位置との関係から、ステージのフォーカス駆動量を演算しなければならない。これは、テーブルが、ステージがA点からB点まで移動したときのフォーカス方向への変動分、すなわちA点とB点とのフォーカス位置の差分によって構成されているためである。従って、ステージの移動する経路によっては、この演算は非常に複雑なものになってしまう。
【0044】
そこで、テーブルに格納するデータを、差分という形ではなくて、絶対量という形で格納する方法をとる。これを、図10と照らし合わせて説明する。
【0045】
ステージがy0の位置にあるとき、ウエハ12上のP点における先読みセンサー805の計測値をZp(y0)であったとする。ステージをLyだけ駆動して、ステージ位置がy1に来たとき、このウエハ12上の同じ位置P点を中心センサーで計測したときの計測値をZc(y1)とし、この2つの計測値の差をZd(y1)とすることは先に述べた通りである。このとき、ステージがy1にいるとき、先読みセンサー805はウエハ12上のQ点のフォーカス位置を計測している。この計測値をZp(y1)とする。同様にステージをLyだけ駆動し、y2の位置に来たとき、中心センサー803でQ点のフォーカス位置を計測し、その計測値をZc(y2)とする。Q点を計測する2つの計測値の差から、Zd(y2)を求める。同様に、Zd(y3)、Zd(y4)というように計測していく。このとき、仮にy0におけるステージのフォーカス位置の絶対値をZ0とする。すると、ステージがy1に駆動されたときのフォーカス位置Z(y1)は、
Z(y1)=Z0+Zd(y1)
となる。また、ステージがy2に来たときのフォーカス位置Z(y2)は、
Z(y2)=Z(y1)+Zd(y2)
=Z0+Zd(y1)+Zd(y2)
となる。同様に、
Z(y3)=Z0+Zd(y1)+Zd(y2)+Zd(y3)
Z(y4)=Z0+Zd(y1)+Zd(y2)+Zd(y3)+Zd(y4)
:
:
Z(yn)=Z0+Zd(y1)+Zd(y2)+・・・+Zd(yn)
で表すことができる。これを、ステージのY方向の計測可能領域全面にわたって行う。すなわち、前記手段によって計測された差分データから、ステージのフォーカス位置の絶対位置をテーブルに持つことができる。また、ステージをX方向に駆動して同様なことを繰り返すことで、ウエハ全面におけるフォーカス補正量のテーブルを持つことができる。ただし、このままでは、例えばX=x0におけるY方向に並んだテーブル列と、X=x1におけるテーブル列とは相関関係がない。そこで、ステージがXに駆動した場合のフォーカス位置の変動量も、同様に求める。この場合、例えば、Y=y0のときだけのテーブルを作成し、上式で基準に用いたZ0の値を、X位置に応じて変更すればよい。こうすることによって、X方向にステージが駆動した場合でも、上記テーブルを用いてフォーカス補正量を求めることができる。結果的に、XY2次元に配列されたフォーカス補正量のテーブルを作成することができる。
【0046】
なお、ここではこの装置が主にY方向にスキャンするために、Y方向主体で記述している。X方向にスキャンする装置においては、上記XYを逆に考えた方が自然である。
【0047】
ここでは、基準となる点をy0としたが、通常はステージが原点にいるときに、y0が0になるように、テーブル全体からオフセットを引いてやればよい。
【0048】
なお、上記テーブルの間隔は、先読みセンサーと中心センサーの配置によって決定される。通常ステージ定盤の平面度は、それほど高い空間周波数成分を持っていないため、計測点の間にステージが存在する場合は、その近傍の計測点のデータから1次または高次の関数で補間を行えば十分である。
【0049】
しかし、より厳密なテーブルを作成したい場合には、その計測点の間を、さらに同様な計測で計測点の間隔を狭くする方法もある。
【0050】
計測点の間隔をLyよりも小さくした場合、隣接した計測データの間には相関関係がない。そこで、相関関係のなかったテーブルに相関関係をもたせ、一つの計測点の細かいテーブルとして扱うことができような手段を、以下に述べる。図13のアルゴリズムはその一例を示している。
【0051】
まず、計測したデータに対し、間隔Lyごとに加算していくのは、今まで述べてきた方法と同様である。このとき間隔Lyの間に他の計測点が存在する場合は、これを別のテーブルとして加算していく。図12の例では、Lyの間にあと2つ計測点があるので、計3つのテーブルができる。なお、最初の計測点の外側に、基準となる点を設ける。図12のA0、B0、C0がそれで、値を0とする。こうしてできた3つのテーブルは、オフセットのみが異なる、形状の非常に似たテーブルになる。これら3つのテーブルのなかで適当な領域を選んで、関数近似する。図12では、中心付近の3点を選んで、2次関数近似を行っている。この場合、A2からC4までの領域が2次関数で近似できるという前提である。空間周波数が高い場合は、計測点の間隔をさらに狭くし、多くのサンプル点を選んで高次の関数近似を行えばよい。3つのテーブルについて、2次関数
y=ax2+bx+c
の係数abを求め、この3つの係数を平均化する。このab係数が、最終的に一つにテーブルがまとまったときの関数近似の係数になる。
【0052】
平均されたab係数を用いて、今度は3つのテーブルそれぞれのオフセットを求める。どこか1点を選んで、先の2次関数のab係数とxyから、テーブルのオフセットcが求まる。例えば、テーブル1の場合は、A2点から、cを求めることができる。図13のアルゴリズムでは、精度良く求めるため、A3、A4点からもcを求めて、それを平均化している。こうして求まったオフセットcを、各テーブルから引く。すると、図12のように3つのテーブルを1つのテーブルにまとめることができる。
【0053】
また、この計測が行うことができる領域は、ウエハ上をフォーカス計測できる範囲である。従って、通常のウエハを用いてテーブルを作成した場合は、ウエハの形状と同様に、丸い領域でテーブルが作成される。4隅または、その範囲外では、テーブルは作成することができない。しかし、フォーカス精度が要求される領域もこの計測可能範囲であるため、この範囲外は、1次または高次の関数による補間を行えばよく、計測範囲と範囲外で、データが不連続にならないように補完すればよい。
【0054】
このような形式でテーブルを持つようにすれば、ステージの駆動の開始位置と目標位置からフォーカス補正量を計算する必要がなくなり、ステージのXYの現在位置に応じたフォーカス補正量をテーブルから求めて、リアルタイムにステージをフォーカス方向に駆動することができる。
【0055】
ここでは、ステージ定盤面の平面度による、ステージのZ方向の変動分のみについて述べたが、フォーカス計測のセンサーを多点で計測することにより、ティルトのテーブルも同様に作成することができる。ただし、ここでは、主にZ方向についてのみ述べている。
【0056】
ここで、先読みセンサー805と中心センサー803は、共に原点がレンズ像面と一致しているという前提で記述しているが、このセンサー間にオフセットが存在しても、ステージ走り面と像面が一致している場合、全く同様な手段で補正することができる。つまり、先読みセンサー805で計測したP点のウエハ表面におけるフォーカス位置を、ステージを駆動して中心センサー803で計測したとき、双方の計測値に偏差が生じている場合、これが、ステージの走りが変動したのか、中心センサー803に対して先読みセンサー805がオフセットを持っているのか、どちらかの可能性があるが、前記補正方法においては、原因がどちらでも補正することが可能である。
【0057】
これを図11で説明する。ここでは、ステージの走り面が像面と一致していると仮定する。ウエハ12上のP点を先読みセンサー805で計測しているとする。実際にウエハ12表面が像面からずれている量はZdefであるとする。先読みセンサー805は、像面に対してZofsだけオフセットを持っているとすると、計測値Zp=Zdef−Zofsである。ステージをLyだけ駆動して中心センサー803にてウエハ12上のP点を計測すると、Zc=Zdefを計測することができる。これを上記の例にあてはめると、
Zd(y1)=Zc(y1)−Zp(y0)
=Zdef−(Zdef−Zofs)
=Zofs
となる。つまり、今まで述べた手段によって、先読みセンサー805にオフセットがあった場合でも、全く同様な扱いができることを表している。
【0058】
先読みセンサー805のオフセット分は、上記フォーカスの絶対位置のテーブルに変換した場合、図5における502のように1次成分となって表れる。逆に、上記テーブルが1次成分を持つ場合、これを先読みセンサー805のオフセットとして、予め補正してもよい。すなわち、ステージ走り面と像面が一致していて、補正テーブルの1次成分から先読みセンサー805にZofsのオフセットがあると予想されるとき、先読みセンサー805の計測値がZpであった場合、ステージは(Zp+Zofs)だけ駆動すればよい。
【0059】
以上述べた手段は、像面が変動しないという前提のもとに論じてきたが、実際に像面は、変形照明モードや気圧や温度などの外的要因によっても変動する。そこで、上記テーブルにおける1次成分のみを分離し別の手段で補正し、ここで求めるテーブルは高次の成分のみに限定しても良い。
【0060】
ここで述べた方法は、ステージ駆動によるフォーカス方向への変動量を、特別な工具や計測装置を用いることなく計測することができる。そのため、ウエハチャックなどの交換によって、ウエハステージの走りが変動してしまうおそれがある場合、それらの行為を行った後に、上記手段によって、手軽に補正テーブルを計測し直すことができる。
【0061】
また、計測値に異常値があった場合を考える。例えば計測基板(ウエハ)に非常に微少なゴミが付着しており、先読みセンサーではこれを計測してしまったが、中心センサーでは計測できなかった場合、あるいは、外乱などによって、計測値が非常に大きかったりする場合である。図14がその例であるが、ここではD4という計測値が異常値であった場合である。補正テーブルはこれらの累積加算であるため、どこか一ヶ所に異常値があっても、そこより後から加算したテーブルは、すべて異常になってしまう。ここで、図15のアルゴリズムは、計測データに異常値があっても、それを回避する一例である。差分データからテーブルを作成する際、差分データの値が、周辺のデータと比較して極端に大きすぎないかチェックしている。これがもし、あるしきい値を超えて大きすぎた場合は、異常値と見なして別処理を行う。図14の例では、例えばD4が異常値と見なされたとする。この例では、周辺のD3とD5の平均値を、D4の代わりに用いている。この他にも、周辺のデータ複数点で関数近似してもよいし、また、計測データの一部あるいは全体に対してフィルタ処理を行っても良い。このように、たとえ異常値があったとしても、精度良く補正テーブルを作成することができる。
【0062】
以上述べてきた方法で、フォーカス精度を向上させることができ、ウエハへのより正確な露光を行うことができる。
【0063】
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【0064】
図16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)では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ2(露光制御データ作成)では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン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、上記用意した露光制御データが入力された露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエ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。
【0065】
図17は上記ウエ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)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエ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)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では上記説明した露光装置によって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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0066】
本実施形態の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに製造することができる。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、投影光学系の光軸の方向における基板ステージの位置の補正を正確に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来例における静止露光装置(ステッパ)のフォーカスアルゴリズムを示す図
【図2】走査露光装置におけるウエハステージフォーカス駆動を示す図
【図3】ステージ定盤の平面度によるフォーカス誤差を示す図
【図4】本発明における走査露光装置の構成図
【図5】ステージ定盤面の平面度によるステージの軌跡を示す図
【図6】図4に示されたウエハステージの制御を行う制御演算ユニットを示す図
【図7】図4におけるフォーカス検出系の詳細図
【図8】図7のフォーカス検出系のウエハ面への投影図
【図9】本発明を適用してステージ走り面を計測する方法を示す図
【図10】図9を側面より見た図
【図11】先読みセンサーがオフセットを持っているときの図
【図12】計測点を細かく取ったときのテーブルの作成手段を示す図
【図13】図12のアルゴリズムを示す図
【図14】異常データの処理を示す図
【図15】図14のアルゴリズムを示す図
【符号の説明】
1 レチクルステージ
2 ウエハステージ
3 ステージ定盤
4 像面
5 露光位置
6 先読み位置
7 レチクル
9 鏡筒定盤
12 ウエハ
202 フォーカス検出器
204 投影レンズ
813 中心フォーカスセンサー計測位置
814〜819 先読みフォーカスセンサー計測位置
Claims (15)
- 基板ステージに保持された基板の複数のショットを、投影光学系を介して露光する露光装置に対して用いられ、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量を求めて前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う方法であって、
前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所に関して前記光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された2つの検出器を用いて、前記複数の箇所それぞれに関して前記光軸の方向における位置を検出するステップと、
前記複数の箇所それぞれに関して前記2つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存するステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 前記物体は、被露光基板であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記補正の量は、前記直交する方向における前記基板ステージの基準位置から前記直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合のものであることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- しきい値を超えた前記差を除外して前記補正の量を求めることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。
- 前記基板を保持するチャックを交換した場合に、前記補正の量を求めることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の方法。
- 前記露光装置は、レチクルを載置するレチクルステージと前記基板ステージとを前記投影光学系の投影倍率に従って走査して露光を行う走査露光装置であり、前記補正の量は、前記走査の方向ごとに求めることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の方法。
- 前記複数の箇所の間にそれぞれ配列された複数の箇所について前記検出するステップを行って前記移動量を求め、その移動量にも基づいて、前記2つの検出器の検出箇所の間隔より狭い間隔で前記補正の量を求めることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の方法。
- 基板を保持する基板ステージと、投影光学系と、前記基板ステージに保持された基板の表面の複数の箇所に関して前記投影光学系の光軸の方向における位置をそれぞれ検出する複数の検出器と、前記投影光学系の光軸の方向の目標位置を固定して前記光軸に直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合の前記光軸の方向における前記基板ステージの移動量に基づき前記光軸の方向における前記基板ステージの位置の補正を行う制御手段とを有し、前記基板ステージに保持された基板の複数のショットを、前記投影光学系を介して露光する露光装置であって、
前記目標位置を固定して前記直交する方向に前記基板ステージを移動させ、前記基板ステージに保持された物体の表面の前記直交する方向に配列された複数の箇所それぞれに関して前記複数の検出器のうち前記直交する方向に配列された2つの検出器を用いて前記光軸の方向における位置を検出し、
前記複数の箇所それぞれに関して前記2つの検出器を用いて検出された位置の差に基づいて前記移動量を求め、求められた前記移動量に基づき前記直交する方向における前記基板ステージの位置に応じた前記補正の量を求めてテーブルとしてメモリーに保存する、
ことを特徴とする露光装置。 - 前記物体は、被露光基板であることを特徴とする請求項8に記載の露光装置。
- 前記補正の量は、前記直交する方向における前記基板ステージの基準位置から前記直交する方向に前記基板ステージを移動させた場合のものであることを特徴とする請求項8または9に記載の露光装置。
- しきい値を超えた前記差を除外して前記補正の量を求めることを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の露光装置。
- 前記基板を保持するチャックを交換した場合に、前記補正の量を求めることを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の露光装置。
- レチクルを載置するレチクルステージと前記基板ステージとを前記投影光学系の投影倍率に従って走査して露光を行う露光装置であって、前記補正の量は、前記走査の方向ごとに求めることを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載の露光装置。
- 前記複数の箇所の間にそれぞれ配列された複数の箇所それぞれに関して前記2つの検出器を用いて前記光軸の方向における位置を検出して前記移動量を求め、その移動量にも基づいて、前記2つの検出器の検出箇所の間隔より狭い間隔で前記補正の量を求めることを特徴とする請求項8乃至13のいずれかに記載の露光装置。
- 請求項8乃至14のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
前記ステップで露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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