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JP2010114164A - 露光方法及び露光装置、並びにリソグラフィシステム - Google Patents

露光方法及び露光装置、並びにリソグラフィシステム Download PDF

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JP2010114164A JP2008283662A JP2008283662A JP2010114164A JP 2010114164 A JP2010114164 A JP 2010114164A JP 2008283662 A JP2008283662 A JP 2008283662A JP 2008283662 A JP2008283662 A JP 2008283662A JP 2010114164 A JP2010114164 A JP 2010114164A
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Shinji Wakamoto
信二 若本
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Abstract

【課題】投影像の歪みを補正して、物体上に形成されるパターンの重ね合わせ精度を向上させる。
【解決手段】主制御装置50は、ウエハWの現工程レイヤに対する走査露光において、補正関数により記述されるレチクルRのパターンの投影像の歪みの補正に従って、レンズ素子27を駆動するあるいはステージRST,WSTの同期駆動を微小補正して、投影像の歪みを元工程レイヤのパターンの歪みに一致させる。ここで、補正関数内の係数に代入する値の候補のうち、露光装置の投影像の歪みを補正する機能の限界に応じて定まる閾値を超える値の候補を閾値以下の値に変更し、その変更を相殺するように、閾値を超えない他の値の候補を変更する。
【選択図】図2

Description

本発明は、露光方法及び露光装置、並びにリソグラフィシステムに係り、さらに詳しくは、走査露光により、マスクに形成されたパターンを基板上に転写する露光方法及び露光装置、並びに該露光装置を少なくとも1つ含む複数の露光装置を含むリソグラフィシステムに関する。
近年、半導体素子(集積回路等)、液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)等を製造する工程では、電子デバイスの生産性を向上させるために、例えば特許文献1及び2に開示されるように、複数の露光装置を導入し、それらをホストコンピュータを用いて集中管理するリソグラフィシステムが用いられている。そして、システム内の複数の異なる露光装置を用いて、1つの基板上に複数のパターンを重ね合わせて形成している。このリソグラフィシステムにおいて、例えば、ウエハの元工程レイヤに対する露光に用いられた露光装置が稼働中である場合には、稼動していない他の露光装置の1つを用いて現工程レイヤに対する露光を行うように、全露光装置の稼動をスケジューリングすることにより、リソグラフィ工程(さらにそれを含む全デバイス製造工程)に要する時間を短縮することができる。
近年の半導体素子の高集積化に伴い、さらに高い重ね合わせ精度が要求されるようになったため、号機間の転写像の歪み(像歪み)の補正機能の差が、また像歪みの経時変化に起因するレイヤ間のショットの形状誤差が、無視できなくなった。そこで、上述のシステム運用に加えて、さらに、現工程レイヤに対する露光に用いる露光装置の投影光学系等を調整して、その像歪みを、元工程レイヤに対する露光に用いられた露光装置の像歪みに一致させて、現工程レイヤに対する露光を行うシステム運用を採用している。
しかるに、現工程レイヤに対する露光に用いる露光装置の投影光学系等を調整する際、その調整量は、所定の演算式に基づいて算出されるため、現工程レイヤに対する露光に用いる露光装置の一部の機能の限界を超える調整量が算出されることがある。
特開2001−338860号公報 特開2003−347196号公報
本発明は、上述の事情の下でなされたものであり、第1の観点からすると、マスクと光学系とを介して物体に照明光を投射しつつ前記マスクと前記物体とを前記照明光に対して走査されるように走査方向に同期駆動することにより、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光方法であって、前記パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式の係数に代入する値の候補のうち、前記係数のそれぞれに対して設定されている閾値を超える値の候補を前記閾値以下の値に変更し、該値の変更の程度に応じて、前記閾値を超えない他の値の候補の少なくとも1つを変更し、前記値の候補を前記多項式の係数に代入する工程と;前記多項式により記述される前記歪みの補正内容に従って、前記光学系を構成する光学素子の駆動と、前記マスクと前記基板の同期駆動と、の少なくとも一方を制御して、前記基板上に転写される前記パターンの転写像の歪みを補正する工程と;を含む露光方法である。
これによれば、パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式の係数に代入する値の候補のうち、転写像の歪みを補正する装置の機能に応じて定まる閾値を超える値の候補を閾値以下の値に変更し、その変更を相殺するように、閾値を超えない他の値の候補を変更する。そして、変更後の、多項式により記述される前記歪みの補正内容に従って、光学系を構成する光学素子の駆動と、マスクと基板との同期駆動と、の少なくとも一方を制御して、基板上に転写されるパターンの転写像の歪みを補正する。これにより、いずれの補正機能も調整限界を超えることなく、全機能の範囲内で可能な限り転写像の歪みを補正することが可能となる。
本発明は、第2の観点からすると、マスクと光学系とを介して物体に照明光を投射しつつ前記マスクと前記物体とを前記照明光に対して走査されるように走査方向に同期駆動することにより、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光装置であって、前記マスクを保持して少なくとも前記走査方向に移動する第1移動体と;前記基板を保持して少なくとも前記走査方向に移動する第2移動体と;前記光学系を有し、該光学系と前記マスクを介して前記基板が有する感光層に前記照明光を投射して前記パターンを転写するパターン転写装置と;前記パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式の係数に代入する値の候補のうち、前記係数のそれぞれに対して設定されている閾値を超える値の候補を前記閾値以下の値に変更し、該値の変更の程度に応じて、前記閾値を超えない他の値の候補の少なくとも1つを変更し、その上で、前記値の候補を前記多項式の係数に代入し、前記多項式により記述される前記歪みの補正内容に従って前記光学系を構成する光学素子の駆動と、前記第1移動体と第2移動体との同期駆動と、の少なくとも一方を制御して、前記基板上に転写される前記パターンの転写像の歪みを補正する制御系と;を備える露光装置である。
これによれば、制御系は、パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式の係数に代入する値の候補のうち、転写像の歪みを補正する装置の機能に応じて定まる閾値を超える値の候補を閾値以下の値に変更し、その変更を相殺するように、閾値を超えない他の値の候補を変更する。そして、制御系は、変更後の、多項式により記述される前記歪みの補正と前記位置計測系の計測結果とに従って、光学系を構成する光学素子の駆動と、第1移動体と第2移動体との同期駆動と、の少なくとも一方を制御して、基板上に転写されるパターンの転写像の歪みを補正する。これにより、いずれの補正機能も調整限界を超えることなく、全機能の範囲内で可能な限り転写像の歪みを補正することが可能となる。
本発明は、第3の観点からすると、本発明の露光装置を少なくとも1つ含む複数の露光装置と;前記複数の露光装置の稼動を管理する管理装置と;を備えるリソグラフィシステムである。
これによれば、複数の異なる露光装置を用いて1つの基板上に複数のパターンを重ね形成する場合においても、本発明の露光装置を用いることにより、異なる露光装置間(号機間)で可能な限り転写像の歪みを一致させることができるので、高い重ね合わせ精度を達成することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図4(C)に基づいて説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る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。リソグラフィシステム100は、N台の露光装置1101〜110N、記憶装置140、ターミナルサーバ150、及びホストコンピュータ(以下、「ホスト」と略称する)160等を備えている。
露光装置1101〜110N、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に接続されている。また、ターミナルサーバ150には、ホスト160が接続されている。ホスト160には、スカジー(SCSI)等の通信路180を介して、記憶装置140が接続されている。すなわち、ハードウエア構成上では、露光装置1101〜110N、記憶装置140、ターミナルサーバ150、及びホスト160の相互間の通信経路が確保されている。
露光装置1101〜110Nには、少なくとも1つの走査型露光装置、例えばステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置(すなわちスキャナ)であって、かつ投影像の歪みの調整能力を有している投影露光装置(以下、特に区別の必要がない限り、単に、露光装置と呼ぶ)110k(kは1〜Nのいずれか)が含まれる。
図2には、露光装置110kの概略的な構成が示されている。露光装置110kは、照明系IOP、レチクルRを保持するレチクルステージRST、レチクルステージRSTを駆動するレチクルステージ駆動系22、レチクルRに形成されたパターンを感応剤(レジスト)が塗布されたウエハW上に投影する投影光学系PL、ウエハWを保持してXY平面内を移動するウエハステージWST、ウエハステージWSTを駆動するウエハステージ駆動系24、及びこれらの制御系等を備えている。
照明系IOPは、例えばArFエキシマレーザ(波長193nm)(又はKrFエキシマレーザ(波長248nm)など)から成る光源、及び光源に送光光学系を介して接続された照明光学系を含む。照明光学系は、例えば特開2001−313250号公報(対応する米国特許出願公開第2003/0025890号明細書)などに開示されるように、オプティカルインテグレータ等を含む照度均一化光学系、ビームスプリッタ、レチクルブラインド等(いずれも不図示)を含む。照明系IOPは、光源から射出され照明光学系内で成形されたレーザ光(すなわち照明光)ILにより、レチクルR上でX軸方向(図2における紙面直交方向)に細長く伸びるスリット状の照明領域にほぼ均一な照度で照明する。
レチクルステージRSTは、照明系IOPの下方に配置されている。ここで、レチクルステージRST上には、パターンが形成されたレチクル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、レチクルステージ駆動系22により、水平面(XY平面)内で微小駆動可能で、且つ走査方向(Y軸方向)に所定のストローク範囲で所定の走査速度で駆動可能である。
レチクルステージRSTのXY平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0.25nm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の位置情報は主制御装置50に送られ、該主制御装置50では、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系22を介してレチクルステージRSTを制御する。
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軸方向とされている。投影光学系PLとしては、例えば、レンズ鏡筒32の内部に光軸AX方向に沿って所定間隔で配置され、保持された複数枚のレンズエレメント27、29、30、31を含む両側テレセントリックな屈折光学系が用いられている。投影光学系PLの投影倍率はβ(βは、例えば、1/5(あるいは1/4))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が照明されると、その照明光ILの照射領域(照明領域)内のレチクルRのパターンの像が、投影光学系PLにより縮小されてレジスト(感応剤)が塗布されたウエハW上に投影される。そして、ウエハW上の上記照明領域と共役な領域(露光領域)に、パターンの縮小像(部分倒立像)が形成される(レジストにパターンの潜像が形成される)。
露光装置110kには、投影光学系PLの結像特性、例えば諸収差を補正する結像特性補正装置が設けられている。投影光学系PLの結像特性としては球面収差(結像位置の収差)、コマ収差(倍率の収差)、非点収差、像面湾曲、歪曲収差(歪み)等があり、結像特性補正装置は、それらの諸収差を補正する機能を有しているが、以下の説明においては、説明の簡略化のため、主として、投影光学系PLによるレチクルRのパターンの(転写像)の歪み(原理上、倍率の収差も含む)に関する補正のみを行なうものとする。
結像特性補正装置は、ウエハW上の先行する特定レイヤ(例えば前レイヤ)のショット領域(区画領域)に転写されたパターン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。
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AX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。なお、投影光学系PLの光軸AXとはレンズエレメント29等の固定のレンズエレメントの共通の光軸を指すものとする。
ここで、上述の結像特性補正装置では、説明の便宜上から、レンズエレメント27のみが、移動可能である場合について説明したが、実際には、投影光学系PLでは、複数枚のレンズエレメント、あるいはレンズ群が、上記レンズエレメント27と同様にして移動可能に構成されている。また、結像特性補正装置では、投影光学系PLを構成する光学素子の一部を駆動して投影像の歪みを補正する構成に加えて、投影光学系PL内の一部の気密空間内のガス圧を制御して、屈折率を調整することにより、投影像の歪みを補正する構成を採用しても良い。
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ている。ウエハステージWST上には、ウエハホルダ9が設けられている。ウエハホルダ9上にはウエハWが真空吸着等により保持されている。
ウエハステージWSTは、リニアモータ等を含むウエハステージ駆動系24により、X軸方向、Y軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Z軸回りの回転方向(θz方向)、X軸回りの回転方向(θx方向)及びY軸回りの回転方向(θy方向)に微小駆動される。従って、ウエハホルダ9は、ウエハステージ駆動系24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、かつ光軸AX方向(Z軸方向)に微動が可能で、さらに光軸AXに平行なZ軸回り回転可能に構成されている。なお、ウエハステージWSTに代えて、XY平面内で移動(θz方向の回転を含む)可能なステージと、該ステージ上でウエハホルダ9を保持してZ軸方向、θx方向及びθy方向に微動可能なテーブルとを用いることとしても良い。
ウエハステージWSTのXY平面内の位置(ヨーイング(θz方向の回転)を含む)及びXY平面に対する傾斜(ピッチング(θx方向の回転)及びローリング(θy方向の回転))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0.25nm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)は主制御装置50に送られ、主制御装置50では、その位置情報(又は速度情報)に基づいてウエハステージWSTのXY平面内の位置(θz方向の回転を含む)をウエハステージ駆動系24を介して制御する。
また、ウエハステージWST上には、基準マーク板FMが固定されている。基準マーク板FMの表面は、ウエハWの表面とほぼ同一高さに設定されている。基準マーク板FMの表面には、レチクルアライメント用の第1基準マーク及びベースライン計測用の第2基準マークなどが所定の位置関係で形成されている。
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)及び基準マーク板FM上の第2基準マークを検出するためのアライメント検出系8が設けられている。アライメント検出系8としては、例えば、画像処理方式のFIA(Field Image Alignment)系が用いられている。アライメント検出系8の検出結果は、アライメント信号処理系(不図示)を介して主制御装置50に送られる。
また、投影光学系PLの下端部の近傍には、前述の露光領域内及びその近傍の複数の検出点におけるウエハWのZ軸方向に関する位置情報(面位置情報)を検出する多点焦点位置検出系(13,14)が設けられている。多点焦点位置検出系として、例えば米国特許第5,448,332号明細書等に開示される斜入射方式の検出系が用いられている。多点焦点位置検出系は、投影光学系PLの最良結像面に向けて結像光束を光軸AXに対して斜めに射出する照射光学系13と、ウエハWの表面からの反射光束をスリットを介して受光する受光光学系14と、を含む。多点焦点位置検出系(13、14)で検出されるウエハの面位置情報は、主制御装置50に供給される。主制御装置50は、供給されたウエハの面位置情報に基づいて、ウエハステージ駆動系24を介してウエハステージWST(ウエハホルダ9)をZ軸方向及び傾斜方向に駆動して、ウエハWのフォーカス・レベリング制御を行う。
この他、露光装置110kには、レチクルステージRSTの上方に、例えば米国特許第5,646,413号明細書などに開示されるような一対のレチクルアライメント検出系(図示省略)が設けられている。レチクルアライメント検出系は、照明光ILと同じ波長の光を用いたTTR(Through The Reticle)アライメント系から構成されている。レチクルアライメント検出系の検出信号は、不図示のアライメント信号処理系を介して主制御装置50に供給される。
主制御装置50は、例えば、マイクロコンピュータ(あるいはワークステーション)から構成され、露光装置110kの構成各部を統括制御する。また、主制御装置50は、露光装置110kに併設された不図示のコータ・デベロッパ(以下、「C/D」と呼ぶ)をも制御する。主制御装置50は、図1に示されるように、LAN170に接続され、他の露光装置1101〜110N(ただし、110kを除く)の主制御装置等と通信することができる。
次に、露光装置110kにおける露光処理工程の動作について、簡単に説明する。
露光に先立って、主制御装置50により、不図示のウエハ搬送系を用いたウエハホルダ9上へのウエハWのロード、レチクルアライメント及びアライメント検出系8のベースライン計測、及びウエハアライメント(例えばショット内多点EGA)の準備作業が行われる。なお、上記のレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業については、前述の米国特許第5,646,413号明細書などに詳細に開示されている。また、これに続く、ショット内多点EGAについては、米国特許第6,876,946号明細書などに詳細に開示されている。ここで、ショット内多点EGAとは、ショット内の複数のウエハアライメントマークの位置検出データを用いて例えば上記米国特許明細書に開示される最小2乗法を利用した統計学的手法を用いてウエハW上の全てのショット領域の配列座標及び各ショットの倍率を含む変形量を求めるアライメント手法を意味する。
ショット内多点EGAにより、通常のEGAにより得られる6種類のウエハ誤差パラメータ(X軸方向及びY軸方向に関するウエハ(中心位置)のオフセット(平行移動)、ステージ座標系(又はショット配列)の直交度誤差、ウエハの残存回転誤差、ウエハのX軸方向及びY軸方向に関する線形伸縮)に加えて、ウエハW上の各ショット領域の、X軸方向(非走査方向)に関する倍率(線形伸縮)(非スキャン方向倍率)、Y軸方向(走査方向)に関する倍率(線形伸縮)(スキャン方向倍率)、残存回転誤差、及び直交度誤差が定められる。
主制御装置50は、上記のレチクルアライメント及びベースライン計測の結果、並びにウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハW上の全てのショット領域に、順次、走査露光によりレチクルRのパターンを転写する。
ウエハW上の各ショット領域に対する走査露光では、主制御装置50は、レチクル干渉計16とウエハ干渉計18の計測結果を監視して、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとをそれぞれの走査開始位置(加速開始位置)に移動させる。そして、両ステージRST,WSTをY軸方向に、ただし互いに逆向きに、相対駆動する。ここで、両ステージRST,WSTがそれぞれの目標速度に達すると、露光光ILによってレチクルRのパターン領域が照明され始め、走査露光が開始される。
主制御装置50は、走査露光中、Y軸方向についてのレチクルステージRSTの速度VrとウエハステージWSTの速度Vwとを投影光学系PLの投影倍率に対応する速度比に維持するように、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとを同期して駆動する。このとき、主制御装置50は、両ステージRST,WSTの同期駆動を調整し、あるいは結像特性補正装置を介してレンズエレメント27を駆動して、レチクルRのパターンのウエハW上への投影像の歪みを補正する。ここで、両ステージRST,WSTの同期駆動の調整とは、レチクルステージ駆動系22とウエハステージ駆動系24とを介して走査露光時におけるレチクルR(レチクルステージRST)とウエハW(ウエハステージWST)との走査方向の速度比を調整すること、及び両ステージRST,WSTの走査方向を僅かにずらすことを含む。前者によれば、投影像の走査方向についての倍率を補正することができ、後者によれば、投影像を歪ませることができる。なお、走査露光時における両ステージRST,WSTの同期駆動の調整及び結像特性補正装置を用いた、投影像の歪みの補正については、後に、詳述する。
そして、レチクルRとウエハWとがY軸方向に移動してレチクルRのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明され、同時にウエハWがレチクルRと逆方向に移動することで、パターン領域全面に対する照明光ILの照射が完了することにより、ウエハW上の第1ショット領域の走査露光が終了する。これにより、レチクルRの回路パターンが投影光学系PLを介して第1ショット領域に縮小転写される。
第1ショット領域に対する走査露光が終了すると、主制御装置50は、ウエハステージWSTを、次の第2ショット領域に対する走査開始位置(加速開始位置)へ移動(ステッッピング)させる。そして、先と同様に、第2ショット領域に対する走査露光を行う。以後、第3ショット領域以降についても同様の動作を行う。このようにして、ショット領域間のステッピング動作とショット領域に対する走査露光動作とが繰り返され、ステップ・アンド・キャン方式でウエハW上の全てのショット領域にレチクルRのパターンが転写される。
図1に戻り、露光装置1101〜110Nのそれぞれが備える主制御装置は、LAN170に接続され、LAN170及びターミナルサーバ150を介して、ホスト160と通信を行う。ここで、ターミナルサーバ150は、LAN170とホスト160との間の通信プロトコルの相違を吸収するためのゲートウエイプロセッサとして構成される。ターミナルサーバ150の機能によって、ホスト160と、LAN170に接続された露光装置1101〜110Nとの間の通信が可能となる。
ホスト160は、リソグラフィシステム100を統括的に管理する大型のコンピュータである。ホスト160は、各露光装置1101〜110Nから定期的に送られてくる露光履歴(例えば、各露光装置により処理されたウエハのロット名、プロセスプログラム名、及び処理時刻等)、及び各露光装置1101〜110Nの投影像の歪みに関する情報等を、記憶装置140に記憶する。ホスト160は、露光履歴に基づいて、全てのウエハ(ロット)の露光工程(を含む全デバイス加工工程)における全露光装置の稼動をスケジューリングする。
また、ホスト160は、露光装置1101〜110Nの投影像の歪みに関する情報等を用いて、2つの露光装置間の投影像の歪み誤差を相殺するための補正関数を作成し、作成した補正関数に含まれるパラメータ(補正パラメータ)を、記憶装置140に記憶する。そして、ホスト160は、露光装置110kに対してウエハの露光を指示する際には、記憶装置140から必要な補正パラメータを読み出し、露光装置110kに送信する。上述の補正パラメータを含む補正関数の作成ついては、後述する。
また、ホスト160には、マンマシンインタフェースである表示ディスプレイ、キーボード、及びマウス等の入出力装置161が備えられている。入出力装置161を介して、オペレータが、上述の補正パラメータを入力することもできる。
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が採用されている。
ここで、各露光装置1101〜110Nからホスト160に送られる投影像の歪み情報(以下、適宜、像歪みデータともいう)を得るために、各露光装置1101〜110Nで定期的に行われるパターンの投影像の歪み(ディストーション)の計測及びその計測結果に基づく像歪みデータ(ディストーション・データ)の算出について説明する。ここで、投影像の歪みの計測等を定期的に行うのは、投影光学系の結像特性は、経時的に変化することを考慮したものである。
投影像の歪みの計測は、テストレチクルを用いた露光、及び露光が終了したウエハ上のレジスト像(転写像)の計測の2段階で行われる。
一例として露光装置110kの場合を例にとって説明する。露光装置110kなどの走査型露光装置の場合、例えば図3(A)に示されるようなテストレチクルR1を用いるものとする。テストレチクルR1は、その中央部に、幅D(Dは、例えば投影倍率βが1/5であるとすると125mm)、長さL(Lは、例えば例えば投影倍率が1/5であるとすると165mm)のパターン領域PAを有し、そのパターン領域PA内に、レチクル中心を中心として、XY2次元方向に所定間隔Δd(Δdは例えば10mm)で(I×J)個、例えば15×11個の計測用マークM11〜MIJが、形成されている。
オペレータ又はホストコンピュータ160からのテスト露光の指示(ディストーション計測指示)に応じて、露光装置110kが備える主制御装置50により、テスト露光が開始され、前述と同様の手順で(ただし、ウエハアライメントは省略される)ウエハW上の第1ショット領域に対して、テストレチクルR1のパターン領域PAのパターンが転写される。これにより、テストレチクルR1を用いた第1の露光条件下での露光が終了する。
次いで、主制御装置50により、予め定められた手順に従って、露光条件、例えば照明条件等が変更され、その変更後の第2の露光条件下で、上記と同様にしてウエハW上の第2のショット領域に対して、テストレチクルR1のパターン領域PAのパターンが転写される。
このようにして、露光条件を変更しつつ、設定された全ての露光条件下でのテストレチクルR1のパターン領域PAのパターンのウエハW上の異なるショット領域に対する転写が終了すると、その旨がホスト160に備えられた入出力装置131のディスプレイ上に表示される。
次いで、オペレータ又はホスト160により計測指示がなされると、主制御装置50により不図示のウエハ搬送系を用いてウエハホルダ上のウエハWが不図示のC/Dに搬送される。そして、C/DによりそのウエハWの現像が行われ、その現像後に、ウエハW上にテストレチクルR1に対応するレジスト像が形成される。
次いで、主制御装置50では、その現像が終了したウエハWを、ウエハ搬送系を用いて再びウエハホルダ上にロードした後、ウエハW上の第1ショット領域に形成されたパターン領域PA1における計測用マークM1〜Mnのレジスト像を、アライメントセンサ8を用いて順次検出する。そして、それぞれの計測値と対応するウエハ干渉計18の計測値とに基づいて、計測用マークM11〜MIJのレジスト像の位置を順次演算し、それらの演算結果、すなわち計測用マークM11〜MIJのレジスト像のステージ座標系上における位置座標を、内部メモリ内に各計測用マークと対応付けて記憶する。
以後同様にして、ウエハW上の第2ショット領域、第3ショット領域、……に形成されたパターン領域PAにおける計測用マークM1〜Mnのレジスト像のステージ座標系上における位置座標を求め、ステージ座標系上における位置座標を内部メモリ内に各計測用マークと対応付けて記憶する。
このようにして、設定された全ての異なる露光条件の下で形成された計測用マークM11〜MIJのレジスト像の位置座標が内部メモリ内に記憶される。
次に、主制御装置50では、内部メモリに記憶された計測用マークM11〜MIJのレジスト像のステージ座標系上における位置座標を、各ショット領域の基準点、例えばショット領域の中心点を原点とする理想的な座標系(ショット座標系)における座標データにそれぞれ変換する。そして、各計測用マークM1〜Mnのレジスト像の座標データと対応するレジスト像の設計上の位置座標との差に基づいて、各計測用マークM11〜MIJのレジスト像の位置ずれ量を、ショット領域毎(すなわち、露光条件毎)に求める。
そして、主制御装置50では、ショット領域毎に、概ね次のような処理を行う。すなわち、上記の位置ずれ量のデータ(生データ)から、所定の許容値を超える異常値データを除去し、異常値データを除去後の位置ずれ量の平均値を、センタ・シフト量と考えて、全位置ずれ量から除去する(センタ・シフト補正)。次いで、このようにしてセンタ・シフト補正が終了した位置ずれ量からレチクル製造誤差(パターン描画誤差などを含む)を除去する(レチクル製造誤差補正)。そして、レチクル製造誤差を補正した位置ずれ量からアライメントマーク製造誤差を除去する(アライメントマーク製造誤差補正)。次いで、アライメントマーク製造誤差を補正した位置ずれ量からレチクルローテーション量を算出して除去する(レチクルローテーション補正)。
このようにして、得られた位置ずれ量のデータを、以下の説明においては、像歪みデータと呼ぶ。主制御装置50は、この像歪みデータを露光条件毎に求め、それぞれの計測時刻データとともにホスト160に送信する。ホスト160は、これらのデータを、記憶装置140内のデータベースに登録する。
上述と同様の像歪みデータの計測が、その他の露光装置110(iは、1〜N(ただし、i=kを除く)においても、定期的に行われ、その計測結果が、ホスト160に送られ、ホスト160により、記憶装置140内のデータベースに登録される。すなわち、上記の像歪みデータが、露光装置毎、計測時刻毎、露光条件毎に、記憶装置140のデータベースに登録される。
前述の如く、投影像の歪みは、図3(A)に示されるテストレチクルR1のパターン領域PA内の各計測用マークM11〜MIJのレジスト像の位置ずれ量、すなわち、パターン領域PAの投影光学系PLによる像が形成される面(実際の投影光学系PLの像面に一度にパターン領域PAが投影されることはないので、像面とは異なるが、便宜上仮想像面と呼ぶ))内の複数の離散点における、上記レジスト像に対応する投影像の位置ずれ量として与えられる。以下の説明では、仮想像面上における上記複数の離散点を、便宜上、計測用マークと同一の符号を用いて、Mijと記述する。離散点Mijの仮想像面内でのX,Y位置はX,Yである。(離散点Mijでの)投影像の歪みは、図3(B)に示されるように、仮想像面内のベクトルdRij(=(dXij,dYij))を用いて表される。従って、全離散点Mij(i=1〜I,j=1〜J)での投影像のずれdRijにより、一例として図4(A)及び図4(B)に示されるように、仮想像面内の全領域における投影像の歪みが記述される。ここで、図4(A)及び図4(B)に示される仮想像面は、幅がL1=βD、長さL2=βLである。
本実施形態では、上述の如く、ホスト160により、像歪みデータが、露光装置毎、計測時刻毎、露光条件毎に、記憶装置140のデータベースに登録されるので、dRij(i=1〜I,j=1〜J)が、露光装置毎、計測時刻毎、露光条件毎に記憶装置140に登録されることとなる。
本実施形態のリソグラフィシステム100では、ホスト160が、露光装置1101〜110Nの少なくとも一部の複数の露光装置を用いて、1枚のウエハW上に複数のパターンが重ね合わせて転写する。例えば、ウエハの元工程レイヤに対する露光に用いられた露光装置が稼働中である場合には、ホスト160は、稼動していない他の露光装置の1つを用いて現工程レイヤに対する露光を行うように、全露光装置の稼動スケジュールを最適化することにより、リソグラフィ工程(さらにそれを含む全デバイス製造工程)に要する時間を短縮する。
リソグラフィシステム100の運用において、各露光装置におけるウエハ上に転写されるパターンの像の歪み(像歪み)が問題となる。すなわち、積み重なるレイヤ間のパターンの重ね合わせ精度を確保するために、異なる露光装置間で像歪みを一致させる必要がある。そこで、本実施形態では、ホスト160と現工程レイヤに対する露光に用いる露光装置、例えば露光装置110kの主制御装置50とが協働して、現工程レイヤに対する露光を行う際に、露光装置110kにおける像歪みを、元工程レイヤに対する露光に用いられた露光装置の像歪みに極力一致させることとしている。
以下、像歪み補正の手順等について説明する。ここでは、露光装置110kにより、所定のロット(便宜上、ロットAとする)に含まれるウエハを露光するものとする。
前提として、露光対象のウエハには、既に、1層(レイヤ)以上のレイヤに対する露光が行われているものとする。また、リソグラフィシステム100の稼動に先立って、露光装置1101〜110Nの投影像の歪みが計測されているものとする。また、ロットAに関する露光履歴(処理済のプロセスプログラム名、その処理時刻等)、露光装置1101〜110Nの投影像の歪みに関する情報等は、記憶装置140に記憶されているものとする。
まず、ホスト160は、露光装置110kを用いて、ロットAに含まれるウエハに対する露光を行うことを決定し、そのために必要な準備作業を行う。すなわち、ホスト160は、記憶装置140に記憶されているロットAについての露光履歴より、元工程レイヤにおいて使用した露光装置を特定する。そして、ホスト160は、特定された露光装置(便宜上、110k’と表記する)の投影像の歪み(dR(k’) ijと表記する)と、現工程レイヤにおいて使用する露光装置110kについての投影像の歪み(dR(k) ijと表記する)とを、記憶装置140からそれぞれ取得する。図4(A)には、投影像の歪みdR(k) ijの一例が示され、図4(B)には、投影像の歪みdR(k’) ijの一例が示されている。
次に、ホスト160は、現工程レイヤのパターンを歪ませて元工程レイヤのパターンに一致させるために、露光装置110k,110k’間の投影像の歪みの差(像歪み誤差)を求める。ここで、前述の通り、投影像の歪みdR(k) ij,dR(k’) ijは、仮想像面内の複数の離散点Mijにおける投影像の位置ずれ量として与えられている。そこで、ホスト160は、個々の離散点Mijについて対応する歪みの差を取り、露光装置110k,110k’間の像歪み誤差dR(kk’) ij(=dR(k) ij−dR(k’) ij)を求める。図4(C)には、図4(A)及び図4(B)に対応する、像歪み誤差dR(kk’) ijが示されている。
前述の通り、露光装置110kでは、結像特性補正装置を介してレンズエレメント27を駆動する、あるいはレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動を微小補正することで、レチクルRのパターンのウエハW上への投影像の歪みを補正することができる。ここで、レンズエレメント27を駆動して補正することのできる投影像の歪みは、第1補正関数ΔR(1)(X,Y)=(ΔX(1)(X,Y),ΔY(1)(X,Y))を用いて記述され、同期駆動を微小補正して補正することのできる投影像の歪みは、第2補正関数ΔR(2)(X,Y)=(ΔX(2)(X,Y),ΔY(2)(X,Y))を用いて記述されるものとする。
第1補正関数ΔR(1)(X,Y)のX,Y成分ΔX(1)(X,Y),ΔY(1)(X,Y)、及び第2補正関数ΔR(2)(X,Y)のX,Y成分ΔX(2)(X,Y),ΔY(2)(X,Y)を、XY座標の2変数多項式(Σmnmn)を用いて表すものとする。ただし、取り扱いの便宜のため、XY座標を、非走査方向(X軸方向)についての仮想像面(テストレチクルR1のパターン領域PAの投影像の幅)L1を用いて、x=X/L1,y=Y/L1と正規化し、正規化されたxy座標についての2変数多項式(Σmnmn)を用いて、4つの成分を表すこととする。ここで、変数の正規化に対応して、座標Y,Xについてそれぞれm及びn次の項Kmnの係数Kmnに代入する値(Amnとする)は、投影像の幅L1の次数の和乗(L1 m+n)の値を乗じることにより、amn=Amn1 m+nと正規化される。
レンズエレメント27を駆動して補正することのできる投影像の歪みΔr(1)(x,y)(≡ΔR(1)(X,Y)/L1)のX成分Δx(1)(x,y)(≡ΔX(1)(X,Y)/L1)及びY成分Δy(1)(x,y)(≡ΔY(1)(X,Y)/L1)は、次式(1)、(2)でそれぞれ表される、正規化されたxy座標についての2変数多項式として与えられる。
Δx(1)(x,y)=k00+k101+k011+k202+k1111+k022
+k303+k2121+k1212+k033+k404+k505+k60y …(1)
Δy(1)(x,y)=h00+h101+h011+h202+h1111+h022
+h303+h2121+h1212+h033
+h404+h3131+h505+h4041+h606+h5051 …(2)
また、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動を微小補正することにより補正することのできる投影像の歪みΔr(2)(x,y)(≡ΔR(2)(X,Y)/L1)のX成分Δx(2)(x,y)(≡ΔX(2)(X,Y)/L1)及びY成分Δy(2)(x,y)(≡ΔY(2)(X,Y)/L1)は、それぞれ次式(3)、(4)で表される、正規化されたxy座標についての2変数多項式として与えられる。
Δx(2)(x,y)=k00+k101+k202+k303+k404+k505 …(3)
Δy(2)(x,y)=h00+h101+h011+h202+h1111
+h303+h2121+h404+h3131+h505+h4041 …(4)
ここで、各係数kmn,hmnと駆動対象のレンズ等との関係は、予め定められており、各係数kmn,hmnの値が決定した式(1)〜式(4)は、投影像の歪みを補正するための可動レンズ等の各調整対象の具体的な調整内容、すなわち投影像の歪みの調整内容を記述する。
そこで、ホスト160は、先に求めた投影像の歪みの誤差dr(kk’) ij(≡dR(kk’) ij/L1)を用いて、最小自乗法等を適用して、式(1)〜式(4)中の係数kmn,hmnを決定する。そして、ホスト160は、決定した係数kmn,hmnの値のセットを、ロットAに対する現工程レイヤのプロセスプログラムとともに、露光装置110kの主制御装置50に送信する。(あるいは、ホスト160は、送信に先立って、決定した値のセットをプロセスプログラム内に取り込み、取り込んだプロセスプログラムを主制御装置50に送信することとしても良い。)
露光装置110kの主制御装置50は、ホスト160から送信された係数kmn,hmnの値のセットを、式(1)〜式(4)中の係数に代入し、正規化された第1補正関数(以下、特に区別の必要がない限り、第1補正関数と記述する)Δr(1)(x,y)及び正規化された第2補正関数(以下、特に区別の必要がない限り、第2補正関数と記述する)Δr(2)(x,y)を決定(作成)する。そして、その決定された第1補正関数Δr(1)(x,y)によって記述される投影像の歪みの補正内容に従ってレンズエレメント27を駆動する、及び/又はその決定された第2補正関数Δr(2)(x,y)によって記述される補正内容に従ってレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動を微小補正することで、現工程レイヤに対するパターンの投影像の歪みを補正する。これにより、現工程レイヤのパターンを、元工程レイヤのパターンに極力一致させることが可能になる。
ここで、上述した、ホスト160から送信された係数kmn,hmnの値は、露光装置110kの実際の能力(機能)の限界(例えば、レンズの可動範囲の限界など)を考慮しないで決定されている。そのため、何らの対策を施さない場合には、第1及び第2補正関数Δr(1)(x,y),Δr(2)(x,y)によって表される補正内容の通りに、投影像の歪みを補正できないことも起こり得る。
かかる点に鑑み、本実施形態では、露光装置110kの一部の機能の限界を超えて投影像の歪みを補正する必要が生じた場合に、主制御装置50は、全機能の範囲内で可能な限り投影像の歪みを補正することとしている。
本実施形態では、投影像の歪みの補正内容を記述する、第1及び第2補正関数のX,Y成分をそれぞれ表す式(1)〜式(4)中の係数kmn,hmnのそれぞれに対し、露光装置110kの投影像の歪みを補正する機能の限界に由来する閾値が定められている。そして、主制御装置50は、ホスト160から受信した係数kmn,hmnの値(係数kmn,hmnに代入する値の候補)のそれぞれを、対応する閾値と比較する。比較の結果、対応する閾値を超える値の候補が存在した場合、主制御装置50は、その対応する閾値を超える値の候補を、閾値以下の値に変更するとともに、その値の変更の程度に応じて、対応する閾値を超えない他の値の候補の少なくとも1つを変更する。このようにして、主制御装置50は、露光装置110k全機能の範囲内で可能な限り投影像の歪みを補正する。
例えば、主制御装置50は、第1補正関数Δr(1)(x,y)のX成分Δx(1)(x,y)に関し、正規化されたx座標についての3次項k033の係数k03に代入する値の候補a03を、対応する閾値を超えない値a03’に変更する場合、併せて、正規化されたx座標についての1次項k011の係数k01に代入する値の候補a01をa01+(3/5)・(a03−a03’)に変更する。ただし、変更後の値は対応する閾値を超えないものとする。この取り扱いでは、係数k03に代入する値の候補a03の変更に伴う3次項k033の変化を、1次項k011を変化させることで、近似的に相殺している。ここで、係数3/5は、x=−1〜1のレンジにおいて、x3とαx1との最小自乗誤差∫|x3−αx12dxが最も小さくなる係数αである。
また、主制御装置50は、第1補正関数Δr(1)(x,y)のX成分Δx(1)(x,y)に関し、正規化されたx座標についての2次項k022の係数k02に代入する値の候補a02を、対応する閾値を超えない値a02’に変更する場合、併せて、正規化されたx座標についての0次項の係数k00に代入する値の候補a00をa00+(1/3)・(a02−a02’)に変更する。ただし、変更後の値は対応する閾値を超えないものとする。この取り扱いでは、係数k02に代入する値の候補a02の変更に伴う2次項k02の変化を、0次項k00を変化させることで近似的に相殺している。ここで、係数1/3は、x=−1〜1のレンジにおいて、x2とαx0との最小自乗誤差∫|x2−αx02dxが最も小さくなる係数αである。
また、上の取り扱いと同様に、第1補正関数Δr(1)(x,y)のY成分Δy(1)(x,y)に関し、正規化されたx座標についての2次項h022の係数h02に代入する値の候補b02を、対応する閾値を超えない値b02’に変更する場合、正規化されたx座標についての0次項の係数h00に代入する値の候補b00をb00+(1/3)・(b02−b02’)に変更する。
そして、主制御装置50は、変更した値の候補を含め、全ての候補の値を第1補正関数Δr(1)(x,y)のX,Y成分を表す式(1)、式(2)中の係数にそれぞれ代入して、第1補正関数Δr(1)(x,y)を決定する。
また、例えば、主制御装置50は、第2補正関数Δr(2)(x,y)のX成分を表す式(3)及びY成分を表す式(4)の高次項の係数kmn,hmnに代入する値の候補が、対応する閾値を超える場合、その値の候補を定数倍して閾値以下の値に変更し、その定数の値に応じて、ウエハアライメント(ショット内多点EGA)により求められる、ウエハ中心のXオフセット、Yオフセット、ウエハW上の各ショット領域のスキャン方向倍率、残存回転誤差、及び直交度誤差の5つの誤差パラメータの少なくとも1つの値を変更する。主制御装置50は、変更した値の候補を含め、全ての候補の値を第2補正関数Δr(2)(x,y)のX、Y成分をそれぞれ表す式(3)及び式(4)中の係数にそれぞれ代入して、第2補正関数Δr(2)(x,y)を決定する。
そして、主制御装置50は、露光に際しては、ウエハアライメント(ショット内多点EGA)により求められる6つのウエハ誤差パラメータ(Xオフセット、Yオフセットの少なくとも一方が変更されている場合には、変更後の値)に基づいて、ウエハの各ショット領域のステージ座標系(X,Y)上での計算上の座標を算出し、この算出結果と、レチクルアライメント及びベースライン計測の結果とに基づいて、前述の走査露光により、ウエハW上の全ショット領域に、順次、レチクルRのパターンを転写する。この際、主制御装置50は、先に決定した第1補正関数Δr(1)(x,y)により表される歪みの補正内容に従って、結像特性補正装置を介してレンズエレメント27を駆動し、ウエハ上に転写されるレチクルRのパターンの投影像の歪みを補正する。また、これと併せて、主制御装置50は、決定した第2補正関数Δr(2)(x,y)により表される歪みの補正に従って、レチクルステージRSTとウエハステージWSTの同期駆動を微小補正しつつ、走査露光を行う。なお、投影像の歪みを補正するためのレンズエレメントの駆動の詳細は、例えば特開平4−127514号公報などに開示され、投影像の歪みを補正するためのステージ駆動の詳細は、例えば特開2005−166951号公報などに開示されている。
なお、上記の値の候補を定数倍して閾値以下の値に変更する場合、その値の変更に先立って、ウエハアライメントが実行されている必要は必ずしもなく、主制御装置50は、値の候補の変更によりXオフセット及びYオフセット等の変更量をウエハアライメントに先立って定め、その定めた変更量を用いて、後に実行されるウエハアライメントの結果得られる上記5つの誤差パラメータのうちの少なくとも1つを、変更することとしても良い。
なお、上述の例では、例えば第1補正関数内の高次項に対して代入する値の候補を変更する際に、その値の変更の程度に応じて、1つの低次項の係数に代入する値の候補を変更する場合について説明したが、これに限らず、複数の低次項の係数に代入する値の候補を変更しても良い。また、低次項に限らず、他の高次項も含めた複数の項(変更対象の高次項を除く)に代入する値の候補を変更しても良い。このようにすると、より良い近似で、変更対象の高次項の変化を、相殺することができる。
複数の項(変更対象の高次項を除く)に代入する値の候補を変更する場合の例として、次の例を挙げることができる。ホスト160は、露光装置110kの主制御装置50により変更された値の候補を受信し、変更されなかった他の値の候補を、再度、先に求めた像歪み誤差dr(kk’) ijを用いて決定する。そして、再決定された値の候補を、露光装置110kの主制御装置50に送信する。主制御装置50は、変更した値の候補と再決定された値の候補とを第1補正関数Δr(1)(x,y)のX、Y成分をそれぞれ表す式(1)及び式(2)に代入して第1補正関数Δr(1)(x,y)を決定する。そして、主制御装置50は、決定された第1補正関数Δr(1)(x,y)によって記述される歪みの補正内容に従ってレンズエレメント27を駆動して、パターンの投影像の歪みを補正する。
以上説明したように、本実施形態によると、ウエハWの現工程レイヤに対する露光を行う露光装置110kが備える主制御装置50が、結像特性補正装置を介してレンズエレメント27を駆動する、あるいはレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動を微小補正して、現工程レイヤに対するパターンの投影像の歪みを、元工程レイヤに対する露光を行った露光装置110k’の投影像の歪みに極力一致させて、現工程レイヤに対する走査露光を行う。
ここで、露光装置110kの主制御装置50は、パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式(前述の第1、第2の補正関数)の係数に代入する値の候補のうち、転写像の歪みを補正する装置の機能に応じて定まる閾値を超える値の候補を閾値以下の値に変更し、その変更を相殺するように、閾値を超えない他の値の候補を変更する。そして、主制御装置50は、変更後の、多項式により記述される前記歪みの補正内容に従って、結像特性補正装置を駆動する、及び/又はレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動を制御することで、ウエハ上に転写されるパターンの転写像の歪みを補正する。
このように、本実施形態によると、いずれの補正機能も調整限界を超えることなく、換言すれば、結像特性補正装置の機能の範囲内及びレチクルステージRSTとウエハステージWSTとの同期駆動の調整可能な範囲内で、可能な限り投影像の歪みを補正することができる。従って、異なる露光装置間(特に、歪み調整機能の異なる露光装置間)の像歪み誤差(ショットの形状誤差)を解消又は低減して、十分な重ね合わせ精度を確保することが可能となる。
なお、本実施形態の露光方法及び露光装置では、補正関数内の係数のそれぞれに対し、露光装置の機能の限界に由来する閾値が定められているとした。この閾値は、係数が取り得る値の上限を与える。さらに、下限を与える閾値も定められる場合には、値の候補のうち、上限を与える閾値を超える値の候補をその閾値以下の値に、下限を与える閾値を超えない値の候補をその閾値以上の値に、変更する。以降、前述の取り扱いと同様に、その値の変更の程度に応じて、上限を与える閾値と下限を与える閾値の間の範囲にある他の値の候補の少なくとも1つを変更することとする。
なお、上記実施形態では、露光装置110kの主制御装置50が値の候補の変更を行うこととしたが、ホスト160が行うこととしても良い。その場合、ホスト160は、決定及び変更済みの係数kmn,hmnの値のセットを、露光装置110kの主制御装置50に送信するようにすれば良い。
また、上記実施形態では、補正関数として(2変数)多項式を用いるものとした。この場合、露光装置の投影像の歪みを補正する機能に応じて、多項式の次数を選択することとすることができる。また、多項式に限らず、例えば、フーリエ多項式(Σsin(2πmy)+Σcos(2πny))を用いても良い。この場合にも、露光装置の機能に応じて、フーリエ多項式の次数を選択することができる。
なお、上記実施形態では、露光装置1101〜110Nのそれぞれが備える主制御装置により、アライメント検出系を用いて、それぞれの像歪計測が行われるものとしたが、これに限らず、専用の計測装置により露光装置1101〜110Nそれぞれの像歪み計測が行われる構成を採用しても良い。また、上記実施形態のホスト160の機能の一部を、別のコンピュータに受け持たせても良い。例えば、像歪みデータの管理に関する機能を有する、専用の像歪み管理コンピュータを設けても良い。
なお、上記実施形態では、リソグラフィシステム100が、像歪み補正能力を有するスキャニング・ステッパから成る露光装置110kを含むN台の露光装置を備えるものとしたが、その他の露光装置の構成については明示されていないが、その他の露光装置としては、以下の種々の露光装置を採用することができる。
例えば、その他の露光装置としては、スキャニング・ステッパは勿論、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置を採用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の投影露光装置を、その他の露光装置として採用しても良い。
なお、上記実施形態では、露光装置110kが、液体(水)を介さずにウエハWの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、各露光装置1101〜110Nのそれぞれとして、ドライタイプの露光装置及び光学系と液体とを介してウエハの露光を行う液浸型の露光装置を採用しても良い。
また、上記実施形態の各露光装置が投影露光装置である場合、投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
また、露光装置1101〜110Nが光露光装置の場合、照明光は、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)に限らず、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)などの紫外光や、F2レーザ光(波長157nm)などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第7,023,610号明細書に開示されているように、真空紫外光としてDFB半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(又はエルビウムとイッテルビウムの両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
また、上記実施形態では、各露光装置の照明光としては波長100nm以上の光に限らず、波長100nm未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟X線領域(例えば5〜15nmの波長域)のEUV(Extreme Ultraviolet)光を用いるEUV露光装置に本発明を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、本発明は適用できる。
また、上述の実施形態の露光装置110kでは、光透過性の基板上に所定の遮光パターン(又は位相パターン・減光パターン)を形成した光透過型マスク(レチクル)を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第6,778,257号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク(可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子(空間光変調器)の一種であるDMD(Digital Micro-mirror Device)などを含む)を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して走査されるので、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
また、例えば国際公開第2001/035168号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハW上に形成することによって、ウエハW上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置(リソグラフィシステム)を、露光装置1101〜110Nのいずれかとして採用することができる。
さらに、例えば米国特許第6,611,316号明細書に開示されているように、2つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、1回のスキャン露光によってウエハ上の1つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置を、露光装置1101〜110Nのいずれかとして採用することができる。
このように、上記実施形態のリソグラフィシステムを構成する複数の露光装置は、少なくとも1台が、像歪み補正能力を有する走査型の露光装置であれば良い。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体(エネルギビームが照射される露光対象の物体)はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)、マイクロマシン及びDNAチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
半導体素子などの電子デバイスは、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製作するステップ、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の一部を構成する露光装置(パターン形成装置)及びその露光方法によりマスク(レチクル)のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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)、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態のリソグラフィシステムの一部を構成する露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
本発明の露光方法及び露光装置は、物体上にパターンを精度良く重ね形成するのに適している。また、本発明のリソグラフィシステムは、半導体素子又は液晶表示素子などの電子デバイスを製造するのに適している。
本発明の一実施形態に係るリソグラフィシステムの構成を概略的に示す図である。 図1の露光装置を構成する、1つの露光装置の概略的な構成を示す図である。 図3(A)は、テストレチクルの一例を示す平面図、図3(B)は、投影像の歪みの記述方法を説明するための図である。 図4(A)〜図4(C)は、現工程レイヤの像歪みと元工程レイヤとの像歪みから像歪み誤差(像歪みの差)を求める処理を説明するための図である。
符号の説明
8…アライメント検出系、12…結像特性制御部、16…レチクル干渉計、18…ウエハ干渉計、22…レチクルステージ駆動系、24…ウエハステージ駆動系、50…主制御装置、100…リソグラフィシステム、1101〜110N(110k)…露光装置(走査型露光装置)、160…ホストコンピュータ、IOP…照明系、PL…投影光学系、R…レチクル、RST…レチクルステージ、W…ウエハ、WST…ウエハステージ。

Claims (17)

  1. マスクと光学系とを介して物体に照明光を投射しつつ前記マスクと前記物体とを前記照明光に対して走査されるように走査方向に同期駆動することにより、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光方法であって、
    前記パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式の係数に代入する値の候補のうち、前記係数のそれぞれに対して設定されている閾値を超える値の候補を前記閾値以下の値に変更し、該値の変更の程度に応じて、前記閾値を超えない他の値の候補の少なくとも1つを変更し、前記値の候補を前記多項式の係数に代入する工程と;
    前記多項式により記述される前記歪みの補正内容に従って、前記光学系を構成する光学素子の駆動と、前記マスクと前記物体との同期駆動と、の少なくとも一方を制御して、前記物体上に転写される前記パターンの転写像の歪みを補正する工程と;
    を含む露光方法。
  2. 前記多項式に含まれる少なくとも1つの高次項は、前記光学素子を駆動して補正することができる前記パターンの転写像の歪みを記述し、
    前記代入する工程では、前記高次項の係数に代入する値の候補が前記高次項の係数に対して設定されている閾値を超える場合、前記値の候補を前記閾値以下の値に変更し、該値の変更の程度に応じて、前記高次項より次数の低い少なくとも1つの低次項の係数に代入する値の候補を変更する請求項1に記載の露光方法。
  3. 前記多項式として、前記走査方向に関する第1座標Yと、前記走査方向と前記光軸の方向とに直交する方向に関する第2座標Xと、の2変数多項式を採用する請求項2に記載の露光方法。
  4. 前記第1及び第2座標Y,Xは、前記直交する方向に関する前記パターンの転写像のサイズLを用いて、(y=Y/L,x=X/L)と正規化され、
    前記2変数多項式は、正規化された前記第1及び第2座標y,xの2変数多項式として与えられる請求項3に記載の露光方法。
  5. 前記2変数多項式内の前記第1及び第2座標Y,Xについてそれぞれm及びn次の項(Kmn,Hmn)の係数(Kmn,Hmn)に代入する値の候補(Amn,Bmn)は、前記サイズLの前記次数の和乗(Lm+n)の値を乗じることにより、(amn=Amnm+n,bmn=Bmnm+n)と正規化される請求項4に記載の露光方法。
  6. 前記代入する工程では、前記第2座標Xの方向に関する前記パターンの転写像の歪みを記述する前記2変数多項式に関し、正規化された前記第2座標xについての3次項(k03)の係数(k03)に代入する値の候補a03を値a03’に変更する場合、正規化された前記第2座標xについての1次項(k01)の係数(k01)に代入する値の候補a01を値a01+(3/5)・(a03−a03’)に変更する請求項5に記載の露光方法。
  7. 前記代入する工程では、前記第2座標Xの方向に関する前記パターンの転写像の歪みを記述する前記2変数多項式に関し、正規化された前記第2座標xについての2次項(k02)の係数(k02)に代入する値の候補a02を値a02’に変更する場合、正規化された前記第2座標xについての0次項(k00)の係数(k00)に代入する値の候補a00を値a00+(1/3)・(a02−a02’)に変更する請求項5又は6に記載の露光方法。
  8. 前記代入する工程では、前記第1座標Yの方向に関する前記パターンの転写像の歪みを記述する前記2変数多項式に関し、正規化された前記第2座標xについての2次項(h02)の係数(h02)に代入する値の候補b02を値b02’に変更する場合、正規化された前記第2座標xについての0次項(h00)の係数(h00)に代入する値の候補b00を値b00+(1/3)・(b02−b02’)に変更する請求項5〜7のいずれか一項に記載の露光方法。
  9. 前記代入する工程に先立って、前記物体上に前記パターンを転写し、転写されたパターンの歪みを計測し、該計測結果を再現するように前記多項式の係数の値を決定する工程をさらに含み、
    前記代入する工程では、前記決定する工程において決定された前記係数の値を前記係数に代入する値の候補とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の露光方法。
  10. 前記代入する工程では、前記係数に代入する値の候補のうち、前記係数のそれぞれに設定されている閾値を超える値の候補を前記閾値に変更し、前記閾値を超えない他の値の候補を、再度、前記決定する工程を実行して決定する請求項9に記載の露光方法。
  11. 前記多項式に含まれる少なくとも1つの高次項は、前記マスクと前記物体との同期駆動により補正することができる前記パターンの転写像の歪みを記述し、
    前記代入する工程では、前記高次項の係数に代入する値の候補が前記高次項の係数に対して設定されている閾値を超える場合、前記値の候補を定数倍して前記閾値以下の値に変更し、前記定数の値に応じて、前記物体の位置ずれと、前記パターンが転写される物体上の区画領域の前記走査方向に関する倍率と、前記区画領域の残存回転誤差と、前記区画領域の直交度との少なくとも1つの値を変更し、
    前記補正する工程では、更に前記倍率と前記残存回転誤差と前記直交度とに基づいて、前記パターンを前記物体上に転写する際のパターンの像の歪みを補正する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の露光方法。
  12. 前記代入する工程に先立って、前記物体に付与された複数のマークの位置関係を検出し、該検出結果より前記物体の位置ずれと、前記区画領域の前記走査方向に関する倍率と、前記区画領域の残存回転誤差と、前記区画領域の直交度との値を求める工程をさらに含む請求項11に記載の露光方法。
  13. マスクと光学系とを介して物体に照明光を投射しつつ前記マスクと前記物体とを前記照明光に対して走査されるように走査方向に同期駆動することにより、前記マスクに形成されたパターンを前記物体上に転写する露光装置であって、
    前記マスクを保持して少なくとも前記走査方向に移動する第1移動体と;
    前記物体を保持して少なくとも前記走査方向に移動する第2移動体と;
    前記光学系を有し、該光学系と前記マスクとを介して前記物体が有する感光層に前記照明光を投射して前記パターンを転写するパターン転写装置と;
    前記パターンの転写像の歪みの補正内容を記述する多項式の係数に代入する値の候補のうち、前記係数のそれぞれに対して設定されている閾値を超える値の候補を前記閾値以下の値に変更し、該値の変更の程度に応じて、前記閾値を超えない他の値の候補の少なくとも1つを変更し、その上で、前記値の候補を前記多項式の係数に代入し、前記多項式により記述される前記歪みの補正内容に従って前記光学系を構成する光学素子の駆動と、前記第1移動体と第2移動体との同期駆動と、の少なくとも一方を制御して、前記物体上に転写される前記パターンの転写像の歪みを補正する制御系と;
    を備える露光装置。
  14. 前記多項式に含まれる少なくとも1つの高次項は、前記光学素子を駆動して補正することができる前記パターンの転写像の歪みを記述し、
    前記制御系は、前記高次項の係数に代入する値の候補が前記高次項の係数に対して設定されている閾値を超える場合、前記値の候補を前記閾値以下の値に変更し、該値の変更の程度に応じて、前記高次項より次数の低い少なくとも1つの低次項の係数に代入する値の候補を変更する請求項13に記載の露光装置。
  15. 前記多項式に含まれる少なくとも1つの高次項は、前記マスクと前記物体との同期駆動により補正することができる前記パターンの転写像の歪みを記述し、
    前記制御系は、前記高次項の係数に代入する値の候補が前記高次項の係数に対して設定されている閾値を超える場合、前記値の候補を定数倍して前記閾値以下の値に変更し、前記定数の値に応じて、前記物体の位置ずれと、前記パターンが転写される物体上の区画領域の前記走査方向に関する倍率と、前記区画領域の残存回転誤差と、前記区画領域の直交度との少なくとも1つの値を変更し、更に前記倍率と前記残存回転誤差と前記直交度とに基づいて、前記パターンを前記物体上に転写する際のパターンの像の歪みを補正する請求項13又は14に記載の露光装置。
  16. 前記第2移動体に保持される前記物体に付与された複数のマークを検出するマーク検出系を更に備え、
    前記制御系は、前記第2移動体を移動させながら前記マーク検出系を用いて前記複数のマークの位置情報を検出し、該検出結果より前記物体の位置ずれと、前記区画領域の前記走査方向に関する倍率と、前記区画領域の残存回転誤差と、前記区画領域の直交度との値を求める請求項15に記載の露光装置。
  17. 請求項13〜16のいずれか一項に記載の露光装置を少なくとも1つ含む複数の露光装置と;
    前記複数の露光装置の稼動を管理する管理装置と;
    を備えるリソグラフィシステム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013165134A (ja) * 2012-02-10 2013-08-22 Nikon Corp 瞳輝度分布の最適化方法、照明光学系およびその調整方法、露光装置、並びにデバイス製造方法
JP2015130445A (ja) * 2014-01-08 2015-07-16 キヤノン株式会社 露光装置、および物品の製造方法

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