JP6643834B2 - ディストーション検出方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

ディストーション検出方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ディストーション検出方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイの製造に露光装置が使われている。半導体デバイスの高集積化やフラットパネルディスプレイの高精細化に伴い、配線の微細化や多層化が進んでいる。配線層の多層化により、半導体製造工程の後工程になるに従い、成膜中に発生した膜歪みが蓄積し、ウエハやガラス基板等の基板全体に反りを生じさせる現象が見られる。反った基板に対しては、露光装置の基板ステージの基板チャックが基板を吸着して保持することによって、基板を平面に矯正する。そのとき、基板チャック上の基板に局所的な歪み（ディストーション）が発生し、重ね合せ精度が低下するといった問題がある。
従来、このような基板上に発生する局所的なディストーションに応じた重ね合せをするために、各ショット領域に形成された複数のアライメントマークを計測して、位置合せを行う方法が提案されている。
特許文献１では、基板の反り量に応じて、基板を走査させるステージの走査速度を変更してショット領域のディストーションを補正する走査型露光装置が提案されている。
特許第４７９４８８２号公報
特許文献１においては、ショット領域（形状）に関して補正しているディストーション成分は走査方向の倍率の一種類である。今後は、ショット領域に関して複数種のディストーション成分を補正でき、さらに重ね合せ精度を向上させることができる露光装置が望まれる。
そこで、本発明は、重ね合せ精度を向上させることができる、ディストーション検出方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の一側面としてのディストーション検出方法は、チャックに吸着される前の基板の反り形状の情報を用いて、前記基板の形状を表す式としての第１の式を求め、前記チャックに吸着される前の基板の反り形状の情報と前記チャックに吸着された前記基板の位置ずれの情報とを用いて求められた変換手段によって、前記第１の式を前記基板面上の複数位置における前記位置ずれ量を表す式としての第２の式に変換し、前記第２の式を用いて前記基板面上の複数位置における２方向に関する位置ずれ量を計算し、前記複数位置における２方向に関する位置ずれ量に基づいて、前記基板のショット領域に関する複数種のディストーション成分を求めることを特徴とする。
本発明によれば、重ね合せ精度を向上させることができる、ディストーション検出方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法を提供することができる。
実施例１に係る露光装置の代表的な装置構成を示した図である。 ウエハの反り形状から変換行列を求めるフローチャートを示した図である。 反り形状とディストーションの対応関係を示した図である。 反り形状を表す式の係数と反り形状の対応関係を示した図である。 位置ずれ量を表す式の係数とウエハのディストーション形状の対応関係を示した図である。 被処理ウエハの反り形状によるディストーションに応じて投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正を行い、ショット領域を露光するフローチャートを示した図である。 ショット領域に関する位置ずれと変形を示した図である。 プリアライメントユニットを示した図である。
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図７を用いて、実施例１に係る露光装置について説明する。
図１は実施例１に係る露光装置の代表的な装置構成を示した図である。本実施例に係る露光装置は、図１に示すように光源ユニット１を有する。光源としては例えば高圧水銀ランプやエキシマレーザなどがある。なお、光源がエキシマレーザの場合は、光源ユニット１は露光装置チャンバ内部にあるとは限らず、外付けになっている構成もあり得る。
光源ユニット１を出た光は照明系２を介してマスクステージ４に保持されたマスク３を照明する。なお、マスク３はレチクルとも呼ばれる。マスク３上には転写されるべき回路パターンが描かれている。マスク３を照明した光は投影光学系５（投影部）を通過してウエハ８に達する。なお、本実施例において、ウエハ８は、シリコンウエハや再構成基板などの基板を想定しており、以下、ウエハと称する。ここで、再構成基板とは、他の基板から切り出された、複数のチップをモールドなどで基板上に接着して構成された基板をいう。
このとき、マスク３上のパターンが、投影光学系５を介して、ウエハ８上に塗布された感光媒体（例えば、レジスト）に転写される。ウエハ８はウエハチャック７に真空吸着などの手段により平らに矯正された状態で保持（吸着）されている。これにより、ウエハ８自体に反りがある場合でも投影光学系５の焦点の合う範囲を逸脱することなく露光を行うことができる。
また、ウエハチャック７はウエハステージ６（移動部）に保持されている。ウエハステージ６は移動可能に構成されている。そして、ウエハステージ６を投影光学系５の光軸に対して垂直な面に沿って２次元的にステップ移動しながら、ウエハ８上に複数のショット領域を繰り返し露光する。これはステップアンドリピート方式と呼ばれる露光方式である。なお、マスクステージ４とウエハステージ６を同期しながらスキャンして露光を行う、ステップアンドスキャン方式と呼ばれる露光方式もあり、本実施例はそのような方式を採用する露光装置にも同様に適用できる。
図１に示される露光装置では、露光処理前のウエハ８はウエハカセット１０に入れられた状態で露光装置にセットされる。ウエハカセット１０内には少なくとも１枚、通常は複数枚のウエハ８が格納されている。そして、不図示のロボットハンドなどにより、１枚のウエハ８がウエハカセット１０から取り出され、プリアライメントユニット９（測定部）に置かれる。プリアライメントユニット９でウエハ８の方位合せや位置合せなどが行われた後、ロボットハンドによりウエハ８がウエハチャック７にセットされ、露光処理される。露光処理を終えたウエハ８はロボットハンドによりウエハチャック７上から取り除かれウエハカセット１０に回収されるとともに、プリアライメントユニット９に待機していた次のウエハ８がウエハチャック７にセットされる。このようにして次々とウエハ８が露光処理される。なお、露光装置が、塗布現像装置等の他の装置とインラインで接続して、露光処理前のウエハ８が他の装置から搬入され、露光処理後のウエハ８が他の装置へ搬出される構成にしても良い。
また、露光装置は制御ユニット１１（制御部）を有している。制御ユニット１１は、コンピュータなどの情報処理装置であり、露光装置の各ユニット、機器等の制御や、各種の演算を行う。
次に、反り形状の情報から求めたディストーションに応じて投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正をする方法の例を示す。図２はウエハの反り形状から変換行列を求めるフローチャートを示した図である。
Ｓ０１では、露光装置がウエハ（基板）の反り形状の情報を取得して、制御ユニット１１の記憶装置に記憶する。少なくとも１枚のウエハについて、ウエハチャックに吸着される前の状態における反り形状の情報を、露光装置の外部、または内部の測定機器によって測定して、複数の反り形状の情報を取得する。ここで、反り形状の情報とは、ウエハ面の中心を通り、ウエハ面と平行な平坦面に対する、ウエハ上の、少なくとも１点における反り量（当該平坦面からの距離）である。または、有限要素法などの手法を用いた計算機シミュレーションによって、様々な反り形状のウエハについて、反り形状の情報を取得しても良い。また、露光装置が反り形状の情報を外部から取得しても良く、例えば、オペレータによって露光装置のコンソールなどから反り形状の情報を入力しても良い。または、露光装置がＬＡＮなどのネットワークに接続している場合、外部の測定機器、サーバー、その他のネットワークに接続している装置が、ネットワーク経由で露光装置に反り形状の情報を入力しても良い。
Ｓ０２では、制御ユニット１１が、取得した反り形状の情報から反り形状を表す式を事前に求める。ここで、反り形状の情報と反り形状を表す式について説明する。図３は、反り形状とディストーションの対応関係を示した図である。反り形状に対する、そのウエハをチャックに吸着したときに発生するディストーションを示している。図３（ａ）は、反りのないフラットなウエハを斜め上から見た図を示し、図３（ｂ）は、そのウエハをチャックに吸着したときの状態を上から見た図を示す。図３（ｂ）において、周辺の円形の線はウエハ端を表し、内部の格子状の線はウエハのグリッドを示している。図３（ｂ）は反りのないウエハに対する図なので、ディストーションは発生していない。次に、図３（ｃ）および（ｄ）は下凸形状に反ったウエハに対して、同様に斜め上から見た図と上から見た図である。図３（ｄ）において点線はディストーションのない状態のウエハグリッドを示し、実線が吸着によって歪んだウエハグリッドを示している。ディストーションのない状態のグリッドに対し、縮む方向にディストーションが発生しグリッドが変形している。なお、これらの図は、反りの状態やディストーションが分かりやすくなるように誇張して描かれており、実際には、反り量は数百μｍ〜数ｍｍ、位置ずれ量は数百ｎｍ〜数μｍ程度である場合が多い。ここで、位置ずれ量とは、ウエハ上（基板上）の、少なくとも１点における、長方形の格子形状からなる、位置ずれのないウエハグリッドに対する、ウエハ上におけるｘ、ｙ方向（２方向）に関する変位量である。次に、図３（ｅ）および（ｆ）は、上凸形状に反ったウエハに対して、同様に斜め上から見た図と上から見た図である。さらに、図３（ｇ）および（ｈ）は、鞍型形状に反ったウエハに対して、同様に斜め上から見た図と上から見た図である。鞍型形状に反ったウエハの場合、ディストーションは非回転対称な形状になる。このように、反り形状とディストーションとの間には図３に示したような相関があることが分かっているので、この相関を利用して反り形状をディストーションに変換する変換式を構成することができる。
まず、反り形状表す式（第１の式）の一般式として、以下に示す式（１）を用いる。本実施例では、反り形状を表す式として、ウエハ面上（基板面上）の座標を表すｘ、ｙの高次多項式を用いる。
ｚ＝Ｃ００＋Ｃ１０ｘ＋Ｃ０１ｙ＋Ｃ２０ｘ２＋Ｃ１１ｘｙ＋Ｃ０２ｙ２＋Ｃ３０ｘ３＋Ｃ２１ｘ２ｙ＋Ｃ１２ｘｙ２＋Ｃ０３ｙ３ ・・・（１）
ここで、ウエハ面上にウエハ中心を原点とするｘ、ｙ座標をとり、それらと直交する方向にｚ座標をとる。式（１）中のｚは、点（ｘ、ｙ）におけるウエハの高さ、すなわち反り量を表す。Ｃ００、Ｃ１０、Ｃ０１などは係数である。これらの係数の項の中で、Ｃ００の項はウエハ全体の上下移動、Ｃ１０とＣ０１の項はウエハ全体の傾斜を表す項なので、反り形状とは関連がなく、ウエハステージ６の位置、及び回転の制御により補正することができる。したがって、反り形状を表現するのは、Ｃ２０以降の項である。
図４は、反り形状を表す式の係数と反り形状の対応関係を示した図である。図４は、式（１）の各項の係数、つまり、Ｃ２０〜Ｃ０３（反り形状の係数セットＣ）に対応する反り形状を示している。通常多く見られるなめらかな形状の反り形状はこれらの項の線形結合で表現することができ、実際、図３に示した下凸形状、上凸形状、鞍型形状の反り形状もこれらの項の組み合せで表現可能である。なお、この式で十分に表現できないような高次のうねり成分を含むような反り形状を表現したい場合は、適宜、式（１）の次数、項の数を増やせば良い。また、高次のうねり成分を含むような反り形状を表現する必要はなく、演算時間を短縮したい場合には、式（１）の次数、項の数を減らしても良く、少なくとも２次以上の高次多項式を用いれば良い。
反り形状を式（１）で表現する場合は、取得したウエハ面内の複数の点（ｘ、ｙ）における反り量（ｚ）を用いて、式（１）に最小自乗法などの手法でフィッティングすることにより、反り形状の係数セットＣを求めることができる。求めた反り形状の係数セットＣを式（１）に適用することで、反り形状を表す式を求めることができる。
Ｓ０３では、Ｓ０１で反り形状の情報を取得したウエハをウエハステージ６上のウエハチャック７に搬送して、Ｓ０４では、制御ユニット１１が、前記ウエハについて位置ずれ量の情報を取得する。
前記ウエハがウエハチャック７に取り付けられた状態で、不図示のアライメントスコープ（計測部）がウエハ面内の複数のアライメントマークを計測することによって、前記アライメントマークにおける位置ずれ量の情報を取得する。または、前記アライメントマークを計測せずに、有限要素法などの手法を用いた計算機シミュレーションによって位置ずれ量の情報を取得しても良い。また、露光装置が位置ずれ量の情報を外部から取得しても良い。例えば、オペレータによって露光装置のコンソールなどから位置ずれ量の情報を入力しても良い。または、露光装置がＬＡＮなどのネットワークに接続している場合、外部の測定機器、サーバー、その他のネットワークに接続している装置が、ネットワーク経由で露光装置に位置ずれ量の情報を入力しても良い。
Ｓ０５では、制御ユニット１１が、取得した位置ずれ量から位置ずれ量を表す式を事前に求める。ここで、ウエハチャック７にウエハを吸着した時の位置ずれ量を表す式（第２の式）の一般式として、以下に示す式（２）を用いる。本実施例では、位置ずれ量を表す式として、ウエハ面上の座標を表すｘ、ｙの高次多項式を用いる。
Δｘ＝Ａ００＋Ａ１０ｘ＋Ａ０１ｙ＋Ａ２０ｘ２＋Ａ１１ｘｙ＋Ａ０２ｙ２＋Ａ３０ｘ３＋Ａ２１ｘ２ｙ＋Ａ１２ｘｙ２＋Ａ０３ｙ３
Δｙ＝Ｂ００＋Ｂ１０ｘ＋Ｂ０１ｙ＋Ｂ２０ｘ２＋Ｂ１１ｘｙ＋Ｂ０２ｙ２＋Ｂ３０ｘ３＋Ｂ２１ｘ２ｙ＋Ｂ１２ｘｙ２＋Ｂ０３ｙ３ ・・・（２）
ｘ、ｙは、式（１）と同じく、ウエハ面上における任意の点の座標を表す。また、Δｘは、点（ｘ、ｙ）における位置ずれ量のｘ成分、Δｙは、同じく位置ずれ量のｙ成分を表す。Ａ００、Ａ１０、．．．Ａ０３、Ｂ００、Ｂ１０、．．．、Ｂ０３は式（２）の係数である。
図５は、位置ずれ量を表す式の係数とウエハのディストーション形状の対応関係を示した図である。式（２）の係数の項に対する、ウエハのディストーション形状を示している。一般的なディストーション形状はこれらの項の線形結合で表現することができる。図３に示したディストーション形状も、これらの項の組み合せで表現可能である。ただし、Ａ００とＢ００の項は、ウエハ全体のシフトを表す項なので、ウエハステージ６の位置の制御により補正することができる。したがって、ディストーション形状を表現するのは、Ａ１０以降およびＢ１０以降の項の係数（位置ずれ量の係数セットＡ）である。なお、式（２）で十分に表現できないような高次のうねり成分を含むようなディストーション形状を表現したい場合は、適宜、式（２）の次数、項の数を増やせば良い。また、高次のうねり成分を含むようなディストーション形状を表現する必要はなく、演算時間を短縮したい場合には、式（２）の次数、項の数を減らしても良く、少なくとも１次以上の高次多項式を用いれば良い。
位置ずれ量を式（２）で表現する場合は、取得したウエハ面内の複数の点（ｘ、ｙ）における位置ずれ量を用いて、式（２）に最小自乗法などの手法でフィッティングすることにより、位置ずれ量の係数セットＡを求めることができる。求めた位置ずれ量の係数セットＡを式（２）に適用することで、位置ずれ量を表す式を求めることができる。
Ｓ０６では、制御ユニット１１が、事前に取得し、または求めた反り形状の係数セットＣと位置ずれ量の係数セットＡから変換行列Ｍを求め、Ｓ０７では、求めた変換行列Ｍを制御ユニット１１の記憶装置（不図示）に記憶する。
反り形状を表す式と、位置ずれ量を表す式の変換をする式（第３の式）、つまり、反り形状の係数セットＣと位置ずれ量の係数セットＡから変換行列Ｍを求める式として、以下の式（３）を用いる。
Figure 0006643834
ここで、Ｍ１１、Ｍ１２などは変換行列Ｍの要素である。本実施例の場合、反り形状の係数が７個、位置ずれ量の係数が１８個であるため、変換行列Ｍは１８行７列の行列になり、要素は全部で１２６個になる。これら１２６個の変換行列Ｍの要素を求めるために、少なくとも１枚のウエハについて、反り形状と、ウエハチャックに吸着された状態でのウエハ面上の複数箇所（位置）の位置ずれ量とを測定して、反り形状と、位置ずれ量の複数のデータとを取得する。または、有限要素法などの手法を用いた計算機シミュレーションによって、複数の反り形状のウエハについて、反り形状と位置ずれ量を取得しても良い。取得した反り形状と位置ずれ量から反り形状の係数セットＣと位置ずれ量の係数セットＡを求める。求めた反り形状の係数セットＣと位置ずれ量の係数セットＡを式（３）に当てはめ、最小自乗法などの手法でフィッティングすることにより、変換行列Ｍの要素を求めることができる。なお、反り形状の係数セットＣと位置ずれ量の係数セットＡは、それぞれ１セットに限られず、複数セットから変換行列Ｍを求めても良い。求めた変換行列Ｍの要素を、制御ユニット１１の記憶装置に保存する。
図６は被処理ウエハ（被処理基板）の反り形状によるディストーションに応じて投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正を行い、ショット領域を露光するフローチャートを示した図である。Ｓ０８では、図２のＳ０１と同様の方法で、被処理ウエハの反り形状の情報を取得する。ここで、被処理ウエハとは、露光装置によって露光処理される（マスクのパターンを投影して露光される）予定のウエハである。
Ｓ０９では、制御ユニット１１が、図２のＳ０２と同様の方法で、取得した反り形状の情報から反り形状を表す式を求める。
Ｓ１０では、前記被処理ウエハをウエハステージ６上のウエハチャック７に搬送する。
Ｓ１１では、制御ユニット１１が、Ｓ０９で求めた反り形状を表す式の反り形状の係数セットＣと、図２のＳ０７で制御ユニット１１の記憶装置に記憶した変換行列Ｍとの積を計算することによって、位置ずれ量の係数セットＡを求める。式（２）に求めた係数セットを適用することで位置ずれ量を表す式を求める。
Ｓ１２では、被処理ウエハのショット領域を露光する前に、ショット領域毎の位置ずれ量、ディストーション成分を求める。制御ユニット１１において、ショット領域内の少なくとも２点以上（例えば、ショット領域の四隅の４点）のウエハ面上の座標を、位置ずれ量を表す式に代入して被処理ウエハ上（被処理基板上）の複数位置における位置ずれ量を求める。ここで、前記座標はディストーションが発生していない状態の座標であり、設計値から得ることができる。求めた位置ずれ量から、ウエハグリッドとショット形状についてのディストーション成分を求めることで、ディストーション検出を行う。ここで、ウエハグリッドとは、ウエハ上にショット領域が配列された格子を表し、ショット形状とはウエハ上の各ショット領域の形状を表している。求めるディストーション成分は、そのショット領域に関する位置ずれ、ショット回転、ショット倍率変化等の複数種のディストーション成分であり、最小自乗法などの手法を用いて求める。
図７は、ショット領域に関する位置ずれと変形を示した図である。図７において、点線で示した線のうち、外側の枠がショット領域の境界を示し、内側の格子がショット内グリッドを示しており、いずれも位置ずれや変形がない状態を示している。また、実線で示したのは、位置ずれや変形がある状態でのショット領域の境界とショット内グリッドである。図７（ａ）はショット領域のｘ方向の位置ずれを示し、図７（ｂ）はショット領域のｙ方向の位置ずれを示す。また、図７（ｃ）はショット倍率変化を示し、図７（ｄ）はショット回転を示す。ショット領域内の少なくとも２点以上の複数位置における位置ずれ量からこれら複数種のディストーション成分を求めるには、最小自乗法などの手法を用いると良い。これらのディストーション成分のうち、ショット領域の位置ずれ（ｘ方向、ｙ方向）がウエハグリッドの変形に相当する成分であり、ウエハステージ６を移動して投影露光位置を変えることにより位置合せをする。また、ショット回転はウエハステージ６の回転動作により位置合せをする。そして、ショット倍率変化がショット形状の変形に相当し、これは、投影光学系に搭載した倍率調整機構５１を用いて投影光学系の投影倍率を変化させることにより投影露光形状を補正する。倍率調整機構５１は、投影光学系を構成するレンズの一部を光軸に平行に移動させるなどの手段により、投影光学系の投影倍率を制御して、投影露光形状を補正することが可能である。
さらに、補正するディストーション成分としては、ショット倍率変化以外にも、縦横倍率差成分や平行四辺形成分（ｓｋｅｗ成分）、台形成分などがある。図７（ｅ）が縦横倍率差成分を示し、図７（ｆ）が平行四辺形成分を示し、図７（ｇ）および図７（ｈ）が台形成分を示す。これらについても補正を行えば、より効果的にディストーションを補正することができる。この場合、ショット領域内の少なくとも２点以上の複数位置における位置ずれ量から、縦横倍率差成分、平行四辺形成分、台形成分といったディストーション成分を、最小自乗法などの手法を用いて求める。ここで、ディストーション成分を、ショット領域内の位置ずれ量から、最小自乗法を用いて求める方法を説明する。例えば、ｘ方向の位置ずれをＳｘ、ｙ方向の位置ずれをＳｙ、同様にショット回転量をＲｘ，Ｒｙ、ショット倍率変化量をＭｘ、Ｍｙ、縦横倍率差変化量をＡｘ、Ａｙ、ショットの平行四辺形変化量をＢｘ、Ｂｙとする。ショット領域内の点（ｘ、ｙ）における位置ずれ量δｘ、δｙは、次の式のようにｘ、ｙの関数で表すことができる。
δｘ（ｘ、ｙ）＝Ｓｘ−Ｒｙ＋Ｍｘ＋Ａｘ＋Ｂｙ
δｙ（ｘ、ｙ）＝Ｓｙ＋Ｒｘ＋Ｍｙ−Ａｙ＋Ｂｘ
ショット領域内に含まれる複数の点の座標を、（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）、．．．、（ｘｎ、ｙｎ）とし、それらの点におけるｘ方向およびｙ方向の位置ずれ量を、それぞれ、（Δｘ１、Δｙ１）、（Δｘ２、Δｙ２）、．．．、（Δｘｎ、Δｙｎ）とする。ここで、Ωを以下のように定義する。
Ω＝Σｉ＝１〜ｎ（Δｘｉ−δｘ（ｘｉ、ｙｉ））２＋Σｉ＝１〜ｎ（Δｙｉ−δｙ（ｘｉ、ｙｉ））２
このΩを最小にするようなＳｘ、Ｓｙ、Ｍ、Ｒ、Ａ、Ｂを求めることにより、ショット領域内の位置ずれ量から、ディストーション成分を求めることができる。
Ｓ１３では、ディストーション成分に応じて、投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正を行って、ショット領域を露光する。ウエハの反りを矯正する際に発生するディストーションによって、ウエハグリッドの変形と、ショット形状の変形の両方が発生する。そのため、本実施例では、ウエハグリッドとショット形状について、投影露光位置の位置合せと投影露光形状のいずれか一方、または両方の補正を行う。
ステップアンドリピート方式の露光装置の場合、投影光学系内にシリンドリカルな形状を有する光学部材（不図示）を配置しておき、その部材を光軸と平行に移動するなどの手段により、縦横倍率差成分、平行四辺形成分について補正することができる。また、公開特許公報の特開２０１０−１６６００７で開示されている、一対の光学素子と該光学素子を駆動する駆動手段（不図示）により、縦横倍率差成分、平行四辺形成分、台形成分について補正することができる。さらに、投影光学系を構成するレンズの一部を偏心させるなどの手段により、台形成分について補正することができる。
ステップアンドスキャン方式の露光装置の場合、投影光学系の投影倍率を変化させて、かつウエハステージ６のスキャン速度を変えずに露光すると、スキャン方向と直交する方向のショット倍率のみを調整することができる。また、投影光学系の投影倍率を変化させずに、かつウエハステージ６のスキャン速度を変化させて露光すると、スキャン方向と平行な方向のショット倍率のみを調整することができる。上の２つを組み合せて、投影光学系の投影倍率とウエハステージ６のスキャン速度を同時に制御することで、縦横倍率差成分について補正することができる。また、スキャンスリットに対して斜め方向にスキャン動作を行うことによって、平行四辺形成分について補正することができる。さらに、スキャン動作中に投影光学系の投影倍率を変化させる、または、スキャン動作中にウエハステージ６を制御して回転動作を行う等の手段により台形成分について補正することができる。
このように、複数種のディストーション成分に応じて、投影光学系５とウエハステージ６の少なくとも一方または両方を制御することで、補正することができる。
なお、ショット形状のディストーション成分は、ショット倍率変化、縦横倍率差成分、平行四辺形成分、台形成分に限定されない。例えば、ショット領域の位置ずれ量の演算点を増やし樽形や糸巻き形の変形成分を計算し補正することができる。他にも補正を行うことができるディストーション成分があれば、補正するディストーション成分に加えて良い。
また、図６のＳ１０はＳ１３よりも前であれば、他のステップとの順番は図６の順番に限定されない。また、他のステップと並行で実行しても良い。
また、図６のＳ１２では、制御ユニット１１で、ショット領域毎のディストーション成分を、各ショット領域を露光する直前に求めている。この場合、ディストーション成分を求めるために時間がかかると、スループットが低下してしまう。そこで、スループットの低下を抑えるために、反り形状の情報を取得した後に全ショット領域のディストーション成分を求めても良い。
また、図６のＳ０８〜Ｓ１２においては、被処理ウエハ上のアライメントマークを計測せずに、ショット領域毎の位置ずれ量、ディストーション成分を求めている。さらに重ね合せ精度を向上させるために、一部のアライメントマークを計測して位置ずれ量を求め、位置ずれ量を表す式から求めた位置ずれ量と組み合せて、ディストーション成分を求めても良い。例えば、半数のアライメントマークをあらかじめ計測するものとして定めておき、計測しないアライメントマークの位置ずれ量については、位置ずれ量を表す式から求めても良い。または、アライメントマークが正常に計測できない場合に、位置ずれ量を表す式から位置ずれ量を求めても良い。
Ｓ１４では、制御ユニット１１が、被処理ウエハの全ショット領域を露光したかを判断する。全ショット領域を露光した場合は、被処理ウエハの露光処理を終了する。全ショット領域を露光していない場合は、Ｓ１２に戻り次のショット領域のウエハグリッドとショット形状のディストーション成分を求める。
なお、図２のＳ０２、または図６のＳ０９で求める、反り形状の係数セットＣ、または、図２のＳ０５、または図６のＳ１１で求める、位置ずれ量の係数セットＡは、外部装置で求めて、外部装置から制御ユニット１１が事前に取得しても良い。例えば、外部の測定機器で反り形状、位置ずれ量を測定、または外部の情報処理装置で計算によって取得する。そして、外部の情報処理装置により係数セットを求める。そのようにして求めた係数セットを、オペレータによってコンソールなどから露光装置に入力しても良い。または、露光装置がＬＡＮなどのネットワークに接続している場合、外部の測定機器、サーバー、その他のネットワークに接続している装置が、ネットワーク経由で露光装置に係数セットを入力しても良い。
また、反り形状と位置ずれを表現する式は、高次多項式に限られず、他の関数系の式を用いても良い。
したがって、実施例１に係る露光装置によれば、反り形状によるディストーションに応じて投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正ができるので、重ね合せ精度を向上させることができる。
実施例２に係る露光装置について説明する。なお、ここで言及しない事項は、実施例１に従い得る。
本実施例では、反り形状と位置ずれ量を表す式の一般式として、単位円内で直交する性質のあるＺｅｒｎｉｋｅ多項式を用いる。
まず、図２のＳ０２において求める、反り形状を表す式について説明する。
反り形状を以下に示す式（４）を用いて表す。
ｚ＝Ｃ１Ｚ１（ｒ，θ）＋Ｃ２Ｚ２（ｒ，θ）＋・・・＋Ｃ９Ｚ９（ｒ，θ） ・・・（４）
ここで、ウエハ面上にウエハ中心を原点とするｒ、θ座標をとり、ウエハ面と直交する方向にｚ座標をとる。式（４）中のｚは、点（ｒ、θ）におけるウエハの高さ、すなわち反り量を表す。なお、ウエハ内のｒ、θ座標をウエハ半径で規格化して用いると良い。Ｃ１、Ｃ２、．．．、Ｃ９は反り形状の係数セットＣである。また、Ｚ１、Ｚ２、．．．、Ｚ９はＺｅｒｎｉｋｅ多項式を構成する関数であり、例えば、以下のように表せる。
Ｚ１（ｒ，θ）＝１
Ｚ２（ｒ，θ）＝ｒｃｏｓθ
Ｚ３（ｒ，θ）＝ｒｓｉｎθ
Ｚ４（ｒ，θ）＝２ｒ２−１
Ｚ５（ｒ，θ）＝ｒ２ｃｏｓ２θ
Ｚ６（ｒ，θ）＝ｒ２ｓｉｎ２θ
Ｚ７（ｒ，θ）＝（３ｒ３−２ｒ）ｃｏｓθ
Ｚ８（ｒ，θ）＝（３ｒ３−２ｒ）ｓｉｎθ
Ｚ９（ｒ，θ）＝６ｒ４−６ｒ２＋１
なお、この式で十分に表現できないような高次のうねり成分を含むような反り形状を表現したい場合は、適宜、式（４）の次数、項の数を増やせば良い。例えば、３６項までのＺｅｒｎｉｋｅ多項式がよく用いられる。また、高次のうねり成分を含むような反り形状を表現する必要はなく、演算時間を短縮したい場合には、式（４）の次数、項の数を減らしても良い。
また、式（４）の反り形状の係数セットＣは、実施例１と同様の方法で求めることができる。求めた反り形状の係数セットＣを式（４）に適用することで、反り形状を表す式を求めることができる。
次に、図２のＳ０５において求める、位置ずれ量を表す式について説明する。
位置ずれ量を表す式についても、同様に式（５）のように表すことができる。
Δｒ＝Ａ１Ｚ１（ｒ，θ）＋Ａ２Ｚ２（ｒ，θ）＋・・・＋Ａ９Ｚ９（ｒ，θ）
Δθ＝Ｂ１Ｚ１（ｒ，θ）＋Ｂ２Ｚ２（ｒ，θ）＋・・・＋Ｂ９Ｚ９（ｒ，θ）
・・・（５）
ここで、ｒ、θは、式（４）と同じく、ウエハ面上の任意の点を表す。また、Δｒは、（ｒ、θ）における位置ずれ量のｒ成分、Δθは、同じく位置ずれ量のθ成分を表す。なお、ウエハ内のｒ、θ座標をウエハ半径で規格化して用いると良い。Ａ１、Ａ２、．．．、Ａ９、Ｂ１、Ｂ２、．．．、Ｂ９は位置ずれ量の係数セットＡである。また、Ｚ１、Ｚ２、．．．、Ｚ９は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式を構成する関数であり、式（４）と同様である。
なお、この式で十分に表現できないような高次のうねり成分を含むようなディストーション形状を表現したい場合は、適宜、式（５）の次数、項の数を増やせば良い。例えば、３６項までのＺｅｒｎｉｋｅ多項式がよく用いられる。また、高次のうねり成分を含むようなディストーション形状を表現する必要はなく、演算時間を短縮したい場合には、式（５）の次数、項の数を減らしても良い。
また、式（５）の位置ずれ量の係数セットＡは、実施例１と同様の方法で求めることができる。求めた位置ずれ量の係数セットＡを式（５）に適用することで、位置ずれ量を表す式を求めることができる。
次に、図２のＳ０６において求める、変換行列Ｍについて説明する。
反り形状を表す式と、位置ずれ量を表す式の変換をする式（第３の式）、反り形状の係数セットＣと位置ずれ量の係数セットＡから変換行列Ｍを求めるには、以下の式（６）を用いる。
Figure 0006643834
ここで、Ｍ１１、Ｍ１２などは変換行列Ｍの要素である。本実施例の場合、反り形状の係数が９個、位置ずれ量の係数が１８個であるため、変換行列Ｍは１８行９列の行列になり、要素は全部で１６２個になる。
また、式（６）の変換行列Ｍの要素は、実施例１と同様の方法で求めることができる。
なお、反り形状と位置ずれを表現する関数系は別であって良いので、実施例１で用いた高次多項式（式（１）、式（２））とＺｅｒｎｉｋｅ多項式（式（４）、式（５））を自由に組み合せて用いても良い。また、高次多項式、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式に限らず、他の関数系の式を用いても良い。
したがって、実施例２に係る露光装置によれば、反り形状によるディストーションに応じて投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正ができるので、重ね合せ精度を向上させることができる。
実施例３に係る露光装置について説明する。なお、ここで言及しない事項は、実施例１、及び実施例２に従い得る。
本実施例では、図２のＳ０１で取得する反り形状の情報を、露光装置内のプリアライメントユニット９にて測定して取得する。図８はプリアライメントユニット９を示した図である。ロボットハンドによりウエハカセット１０から取り出されたウエハ８は、プリアライメントユニット９に搬送される。プリアライメントユニット９は回転可能に構成してあり、搬送したウエハ８を回転する。プリアライメントユニット９には観察カメラ１３が設けられており、これにより回転しているウエハ８の周縁部（エッジ）付近を観察する。このとき、回転中心がウエハ８の中心とずれていた場合、ウエハ８のエッジが回転に伴い動いて見えるので、回転中心の補正を行い、回転中心とウエハ８の中心を一致させる。また、ウエハ８には方位の基準となるノッチまたはオリフラが設けられており、観察カメラ１３ではそれを検出することによりウエハ８の方位合せを行う。
ウエハ８の回転中心合せと方位合せが終了すると、次に、プリアライメントユニット９に設けられたｚ変位測定ユニット１２により、ウエハ８のエッジ付近のｚ変位を測定する。ｚ変位測定ユニット１２は、測定ポイントに光線を投射し、その反射光の位置を読みとってｚ変位を測定している。なお、ｚ変位を測定するのは、レーザ変位計など別の手段であっても良い。ウエハ８を回転しながらｚ変位測定を行うことにより、ウエハ８のエッジの一周分のｚ変位情報が得られる。そのｚ変位とウエハ８の方位の情報は、反り形状の情報として制御ユニット１１に送られる。そこで、最小自乗法などの手法によって以下の三角多項式（７）にフィッティングされる。
ｚ＝Ｃ０＋Ｃ１ｃｏｓθ＋Ｓ１ｓｉｎθ＋Ｃ２ｃｏｓ２θ＋Ｓ２ｓｉｎ２θ＋Ｃ３ｃｏｓ３θ＋Ｓ３ｓｉｎ３θ ・・・（７）
ここで、ウエハ面上にウエハ中心を原点とするθ座標をとり、ウエハ面と直交する方向にｚ座標をとる。式（７）中のｚは、ウエハ８のエッジ付近のθ座標におけるウエハの高さ、すなわち反り量を表す。Ｃ０、Ｃ１、．．．、Ｓ３は反り形状の係数セットＣである。なお、この式で十分に表現できないような高次のうねり成分を含むような反り形状を表現したい場合は、適宜、式（７）の次数、項の数を増やせば良い。また、高次のうねり成分を含むような反り形状を表現する必要はなく、演算時間を短縮したい場合には、式（７）の次数、項の数を減らしても良い。
また、式（７）の反り形状を表す式は、実施例１と同様の方法で求めることができる。また、位置ずれ量を表す式については、実施例１の式（２）、または実施例２の式（５）と同様とすることができ、位置ずれ量を表す式も同様に求めることができる。
この反り形状を表す式から、実施例１と同様に、変換行列Ｍを介して位置ずれ量を計算することができる。なお、式（８）の位置ずれ量の係数セットＡは、実施例１と同様である。
Figure 0006643834
また、式（８）の変換行列Ｍの要素は、実施例１と同様の方法で求めることができる。
また、図６のＳ０８で取得する反り形状の情報も、露光装置内のプリアライメントユニット９により測定することで、取得することができる。
本実施例では、ウエハの周縁部分のｚ変位を測定する方式としたが、ｚ変位測定ユニットを移動可能に構成して、ウエハの内側から外側にかけて複数の径におけるウエハのｚ変位を測定すると、さらに効果的に反り形状を測定することが可能である。この場合、実施例１、実施例２の方法で反り形状を表す式を求めることができる。
したがって、実施例３に係る露光装置によれば、反り形状によるディストーションに応じて投影露光位置の位置合せと投影露光形状の補正ができるので、重ね合せ精度を向上させることができる。また、プリアライメントユニット９で被処理ウエハの反り形状の情報を取得することができるので、スループットの低下を抑えることができる。
（デバイス製造方法）
次に、前述の露光装置を利用したデバイス（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）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。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本デバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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および変更が可能である。また、実施例１〜実施例３に係る露光装置は、単独で実施するだけでなく、実施例１〜実施例３の全ての組合せで実施することができる。

Claims (22)

  1. チャックに吸着される前の基板の反り形状の情報を用いて、前記基板の形状を表す式としての第１の式を求め、
    前記チャックに吸着される前の基板の反り形状の情報と前記チャックに吸着された前記基板の位置ずれの情報とを用いて求められた変換手段によって、前記第１の式を前記基板面上の各位置における２方向に関する位置ずれ量を表す式としての第２の式に変換し、
    前記第２の式を用いて前記基板面上の複数位置における２方向に関する位置ずれ量を計算し、前記複数位置における２方向に関する位置ずれ量に基づいて、前記基板のショット領域に関する複数種のディストーション成分を求める
    ことを特徴とするディストーション検出方法。
  2. 基板を露光する露光装置であって、
    マスクのパターンを基板に投影する投影部と、
    基板を吸着して移動する移動部と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部が、前記移動部に吸着される前の前記基板の反り形状の情報を用いて、前記基板の形状を表す式としての第１の式を求め、
    前記移動部に吸着される前の基板の反り形状の情報と前記移動部に吸着された前記基板の位置ずれの情報とを用いて求められた変換手段によって、前記第１の式を前記基板面上の複数位置における前記位置ずれ量を表す式としての第２の式に変換し、
    前記第２の式を用いて前記基板面上の複数位置における位置ずれ量を計算し、前記複数位置における位置ずれ量に基づいて前記基板のショット領域に関するディストーション成分を求め、
    前記ディストーション成分に応じて、前記マスクのパターンの像が前記ショット領域に重なるように前記投影部と前記移動部の一方または両方を制御する
    ことを特徴とする露光装置。
  3. 前記第２の式は基板面上の２方向に関するものであり、前記複数位置における位置ずれ量は基板面上の２方向に関するものである
    ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
  4. 前記ディストーション成分は複数種のディストーション成分である
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の露光装置。
  5. 前記変換手段は、前記第１の式の複数の係数の値から前記第２の式の複数の係数の値を求めるための変換行列である
    ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
  6. 前記変換行列は、前記第１の式の一般式と前記基板とは別の基板の前記移動部により吸着される前の反り形状の情報とを用いて得られた前記別の基板の形状を表す式と、前記第２の式の一般式と前記別の基板を前記移動部により吸着したときの前記別の基板面上の複数位置における２方向の位置ずれ量とを用いて得られた前記別の基板面上の各位置における２方向の位置ずれ量を表す式とから、求められたものである
    ことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
  7. 前記投影部は、投影光学系と倍率調整機構を有し、
    前記制御部は、前記倍率調整機構により前記投影光学系のレンズを光軸に平行に移動させることにより前記マスクのパターンの投影倍率を変える
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
  8. 前記第１の式は、少なくとも２次以上の高次多項式で表される式である
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。
  9. 前記第１の式は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式または三角多項式で表される式である
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。
  10. 前記第２の式は、少なくとも２次以上の高次多項式で表される式である
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の露光装置。
  11. 前記第２の式は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式で表される式である
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の露光装置。
  12. 前記制御部は、外部から入力された、前記反り形状の情報を保持する
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項１１のいずれか１項に記載の露光装置。
  13. 前記反り形状を測定する測定部を有し、
    該測定部を用いて前記反り形状の情報を得る
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項１１のいずれか１項に記載の露光装置。
  14. 前記基板面上の位置ずれ量を計測する計測部を有し、
    前記制御部は、前記計測部により計測された、基板面上の位置ずれ量の情報から前記第２の式を求める
    ことを特徴とする、請求項２乃至請求項１３のいずれか１項に記載の露光装置。
  15. 基板を露光する露光装置であって、
    マスクのパターンを基板に投影する投影部と、
    基板を吸着して移動する移動部と、
    制御部と、を有し、
    前記制御部が、前記移動部に吸着する前の前記基板の反り形状の情報を用いて、前記基板の形状を表す式としての第１の式を求め、
    前記第１の式を、変換手段によって、前記基板面上の複数位置における前記位置ずれ量を表す式としての第２の式に変換し、
    前記第２の式を用いて前記基板面上の複数位置における位置ずれ量を計算し、前記複数位置における位置ずれ量に基づいて前記基板のショット領域に関するディストーション成分を求め、
    前記ディストーション成分に応じて、前記マスクのパターンの像が前記ショット領域に重なるように前記投影部と前記移動部の一方または両方を制御し、
    前記変換手段は、前記第１の式の複数の係数の値から前記第２の式の複数の係数の値を求めるための変換行列であり、
    前記変換行列は、前記第１の式の一般式と前記基板とは別の基板の前記移動部により吸着される前の反り形状の情報とを用いて得られた前記別の基板の形状を表す式と、前記第２の式の一般式と前記別の基板を前記移動部により吸着したときの前記別の基板面上の複数位置における２方向の位置ずれ量とを用いて得られた前記別の基板面上の各位置における２方向の位置ずれ量を表す式とから、求められたものである
    ことを特徴とする露光装置。
  16. 基板を露光する露光方法であって、
    移動部に吸着される前の前記基板の反り形状の情報を用いて、前記基板の形状を表す式としての第１の式を求める工程と、
    前記移動部に吸着される前の基板の反り形状の情報と前記移動部に吸着された前記基板の位置ずれの情報とを用いて求められた変換手段によって、前記第１の式を前記基板面上の複数位置における前記位置ずれ量を表す式としての第２の式に変換する工程と、
    前記第２の式を用いて前記基板面上の複数位置における位置ずれ量を計算し、前記複数位置における位置ずれ量に基づいて前記基板のショット領域に関するディストーション成分を求める工程と、
    前記ディストーション成分に応じて、基板に投影するマスクのパターンの像が前記ショット領域に重なるように、前記パターンを投影する投影部と前記移動部の一方又は両方を制御する工程と、を有する
    ことを特徴とする露光方法。
  17. 前記位置ずれ量を表す式は基板面上の２方向に関するものであり、前記複数位置における位置ずれ量は基板面上の２方向に関するものである
    ことを特徴とする請求項１６に記載の露光方法。
  18. 前記ディストーション成分は複数種のディストーション成分である
    ことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の露光方法。
  19. 前記変換する工程は、前記第１の式の複数の係数の値から前記第２の式の複数の係数の値を求めるための変換行列を用いて行う
    ことを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の露光方法。
  20. 前記変換行列は、前記第１の式の一般式と前記基板とは別の基板の前記移動部により吸着される前の反り形状の情報とを用いて得られた前記別の基板の形状を表す式と、前記第２の式の一般式と前記別の基板を前記移動部により吸着したときの前記別の基板面上の複数位置における２方向の位置ずれ量とを用いて得られた前記別の基板面上の各位置における２方向の位置ずれ量を表す式とから、求められたものである
    ことを特徴とする請求項１９に記載の露光方法。
  21. 基板を露光する露光方法であって、
    移動部に吸着する前の前記基板の反り形状の情報に基づいて前記基板の形状を表す式としての第１の式を求める工程と、
    前記第１の式を、前記基板面上の複数位置における前記位置ずれ量を表す式としての第２の式に変換する工程と、
    前記第２の式を用いて前記基板面上の複数位置における位置ずれ量を計算し、前記複数位置における位置ずれ量に基づいて前記基板のショット領域に関するディストーション成分を求める工程と、
    前記ディストーション成分に応じて、基板に投影するマスクのパターンの像が前記ショット領域に重なるように、前記パターンを投影する投影部と前記移動部の一方又は両方を制御する工程と、を有し、
    前記変換する工程は、前記第１の式の複数の係数の値から前記第２の式の複数の係数の値を求めるための変換行列を用いて行い、
    前記変換行列は、前記第１の式の一般式と前記基板とは別の基板の前記移動部により吸着される前の反り形状の情報とを用いて得られた前記別の基板の形状を表す式と、前記第２の式の一般式と前記別の基板を前記移動部により吸着したときの前記別の基板面上の複数位置における２方向の位置ずれ量とを用いて得られた前記別の基板面上の各位置における２方向の位置ずれ量を表す式とから、求められたものである
    ことを特徴とする露光方法。
  22. 請求項２乃至１５のいずれか１項に記載の露光装置を用いて被処理基板を露光する工程と、
    露光された前記被処理基板を現像する工程と、
    を含み、現像された前記被処理基板からデバイスを製造するデバイス製造方法。
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