JP4756984B2 - 露光装置、露光装置の制御方法およびデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びこれを利用したデバイスの製造方法に関する。

半導体露光装置では、露光性能を最大限に発揮させるために、露光処理を行う前にベースライン補正やオートフォーカス補正等のキャリブレーション計測を行ったり、重ね合わせを行う際にアライメント計測を行ったりしている。従来の半導体露光装置では、一度補正計測が正常に終了すると、その後は正常に計測された計測値に基づいて補正値を計算して、露光処理に反映させている。
特許第３２１８６３１号公報

しかしながら、従来のキャリブレーション計測やアライメント計測は、計測時における装置環境での補正値であり、その後に装置環境が変化した場合では、計測時から補正値を反映させて露光処理を行うまでの間に補正値にオフセットが生じるという問題がある。

また、近年の微細化デバイスの製造プロセスでは、装置状態を高精度に維持し高精度に補正を行うことが要求されている。現状でも数百種類に及ぶ補正パラメータがあるが、補正パラメータの種類を更に増やして装置精度を維持する傾向があり、個々の補正値が許容される変動量も一層厳しくなってきている。このような状況では、補正パラメータの種類の増加によって計測・補正する時間が長くなるとともに、変動許容が厳しくなると短時間に補正を繰り返す必要があり、露光装置の生産性向上が重要な課題となっている。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、露光装置の利用効率を高めることを目的とする。

本発明の第１の側面は、原版に形成されたパターンを投影光学系を介して基板に転写する露光装置に係り、前記露光装置は、前記原版を搭載して移動する原版ステージと、前記基板を搭載して移動する基板ステージと、前記露光装置においてフォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方の温度に基づいて前記フォーカス補正値の有効性を判定する判定部と、前記判定部により前記フォーカス補正値の有効性がないと判定されたときに前記フォーカス補正値の計測を再度実行させる制御部とを備えることを特徴とする。
本発明の第２の側面は、原版ステージに搭載された原版に形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージに搭載された基板に転写する露光装置の制御方法に係り、前記制御方法は、前記露光装置においてフォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方の温度に基づいて前記フォーカス補正値の有効性を判定する判定工程と、前記判定工程で前記フォーカス補正値の有効性がないと判定されたときに前記フォーカス補正値の計測を再度実行させる制御工程とを含むことを特徴とする。

本発明の第３の側面は、デバイスの製造方法に係り、上記の露光装置を利用して原版のパターンを基板に露光する露光工程と、前記パターンが露光された基板を現像する現像工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、露光装置の利用効率を高めることができる。

以下に本発明の好適な実施の形態を説明する。本実施形態は、IC,LSI,超LSI等の半導体回路素子製造用の投影型露光装置及びこれを用いたデバイス製造方法、半導体製造工場及び露光装置の運用方法に適用することができる。

図１は、本実施形態に係る露光装置の構成の概略図である。図１において、光源１とレチクルステージ４との間には、光源１から照射された照射光の形状等を変更するための照明光学系が構成されている。照明光学系内は、結像性能の安定等を目的として、Ｎ_２等の気体によりパージされている。パージされる気体の流量は、不図示の気体の噴出口又は排出口の近辺に配置された流量計によって測定することができる。レチクル２に形成されたパターンをウエハ８に転写するときには、露光装置制御部７０の指示が光源制御系３０に伝えられ、光源制御系３０の指示によって光源１の動作が制御される。また、照明光学系内には、気圧値を測定するための気圧計及び照明光学系内の雰囲気の温度を測定するための温度計が配置される。さらに、照明光学系内の雰囲気及び照明光学系とレチクルステージ４との間の雰囲気の温度を測定するための温度計が配置される。

レチクル２はレチクルステージ４に保持される。レチクルステージ４は、数種類の不図示の基準マークが設けられたレチクル基準プレート３を保持する。レチクル基準プレート３は、光学的にレチクルと等価な位置に固定されてもよい。走査型露光装置では、レチクルステージ４は、投影光学系５の光軸方向（Ｚ軸方向）及びこの方向に直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動可能であり、光軸に対して回転することもできる。

レチクルステージ４は、露光装置制御部７０の指示がレチクルステージ制御系４０に伝えられ、レチクルステージ制御系４０の指示によって駆動制御される。レチクルステージ４の位置は、レーザー干渉計やエンコーダ等の不図示の位置検出系によって計測される。レチクルステージ４には、発熱を押さえるために純水等の液体を循環させてもよいし、気体等を直接吹きかけてもよい。この場合、レチクルステージ４には、液体や気体の流量を測定するための流量計及び温度を測定するための温度計が構成されうる。

投影光学系５は、複数のレンズで構成されており、露光時には投影光学系５の縮小倍率に対応した倍率でレチクル２に形成されたパターンをウエハ８に結像させる。投影光学系５では、レーザー干渉計やエンコーダ等の不図示の位置検出系によって各レンズの位置が計測される。また、投影光学系５は、投影光学系５内の雰囲気の温度を測定するための温度計及び雰囲気の気圧を測定するための気圧計を備え、レンズが吸収した熱を発散させるために純水等の液体を循環させてもよいし、気体等を直接吹きかけてもよい。この場合、投影光学系５には、これらの液体や気体の流量を測定するための流量計及び結像性能の安定化等を目的としてＮ_２等の気体パージの流量を測定するための流量計が構成されうる。

また、照明光学系とレチクルステージ４との間には、レチクルから投影光学系を介してウエハステージまでを同時に観察及び計測することができるTTR(Through The Reticle)方式のTTR観察光学系が構成されている。TTR観察光学系は、観察位置を変更するための対物レンズと観察物体の焦点位置を変更するためのリレーレンズとを備える。

TTR観察光学系は、雰囲気の温度を測定するための温度計及び雰囲気気圧を測定するための気圧計を備え、対物レンズ及びリレーレンズが吸収した熱を発散させるために純水等の液体を循環させたり、気体等を直接吹きかけたりすることによって冷却を実施している。この時、TTR観察光学系には、これらの液体や気体の流量を測定するための流量計、結像性能の安定等を目的としてＮ_２等の気体パージの流量を測定するための流量計、対物レンズ及びリレーレンズの位置を計測するためのレーザー干渉計やエンコーダ等の位置検出系が構成されている。

投光光学系６及び検出光学系７によってオフアクシスのオートフォーカス光学系が形成される。投光光学系６から発せられた非露光光としての光束は、ステージ基準プレート９上の点（又はウエハ８の上面）に集光して反射される。反射された光束は、検出光学系７に入射する。検出光学系７内には不図示の位置検出用受光素子が配置され、位置検出用受光素子とステージ基準プレート９上の光束の反射点とが共役となるように構成されている。ステージ基準プレート９の投影光学系５の光軸方向の位置ずれは、検出光学系７内の位置検出用受光素子上での入射光束の位置ずれとして計測される。検出光学系７で計測されたステージ基準プレート９の所定の基準面からの位置ずれは、ウエハステージ制御系６０に伝達される。

ウエハステージ制御系６０は、後述するフォーカスキャリブレーション計測時には、ステージ基準プレート９を所定の基準位置の近傍で投影光学系５の光軸方向（Ｚ軸方向）に上下駆動させる。また、露光時はウエハ８の位置制御も行う。

また、ウエハ８表面を非露光光で観察及び計測することが可能なOff-Axis方式のOff-Axis観察光学系（不図示）が構成される。Off-Axis観察光学系は、雰囲気の温度を測定するための温度計及び雰囲気気圧を測定するための気圧計で構成される。

コンソール８０は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等を使用したオペレータの操作部であり、表示部８１及び記憶装置８２を備える。

露光装置制御部７０は時間計測機能を備え、ユニット制御系からの位置情報に基づいて現在位置に留まっている時間を計時することができる。さらに、露光装置制御部７０は、露光装置を構成するユニットの較正及び該ユニットによる計測のいずれかの有効性の判定を行う判定部９０を含み、前記較正及び計測のいずれかの再実行の有無の判定、そして前記較正及び計測のいずれかに基いた補正値の再計算の有無の判定及び再計算等を行う。露光装置制御部７０は、上記補正値に基づいて露光装置を構成するユニットを補正制御することにより装置を最適・高精度に維持することができる。

[第１の実施形態]
本発明の好適な第１の実施形態では、露光装置を構成するユニットの較正および該ユニットによる計測のいずれかに基いて露光処理を行う方法について説明する。図２は、露光処理のシーケンスを示す図である。まず、露光処理開始（Start）と共に、露光処理に使用されるレチクル２及びウエハ８が露光装置内に供給される。レチクル２及びウエハ８の供給が完了すると、露光装置を構成するユニットの較正および該ユニットによる計測のいずれかを行う。露光装置制御部７０は、上記較正及び計測のいずれかの結果に基いて上記ユニットの補正値を計算する。

図２では、フォーカス計測（Focus）、ベースライン計測（Base Line）、レンズ倍率計測（Mag）、プリアラインメント計測（Pre）、アラインメント計測（Alignment）の順で、レチクル２に形成されたパターンをウエハ３に高精度に重ね合わせて転写するための補正計測が実施され、各補正値が計算される。補正計測時の各ユニットの状態量（例えば、計測に使用したユニットの温度、計測に使用したユニット内又はその周りの雰囲気の気圧、計測に使用したユニットで用いられる液体又は気体の流量）も上記補正計測における各補正値と共にメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておく。

次いで、判定部９０は、露光処理の直前に上記の各補正値に対する有効性を判定する。ここで、各補正値とは、フォーカス、ベースライン、レンズ倍率及びアラインメントだけではなく、露光装置の性能を保証するための任意の補正値（例えば、レチクルステージ４及びウエハステージを走査駆動するときの走査ずれ、レチクルステージ４及びウエハステージの理想格子に対する直交度のずれ等）及び高精度で露光処理を実行するための任意の補正値（例えば、レチクル２の倍率や撓み、ウエハ８表面の形状等）を含む。判定部９０により各補正値に対して有効性が有ると判定された場合には、露光装置制御部７０は、これらの補正値を用いて各ユニットを補正駆動し露光処理を実施する。

図２では、１枚目のウエハの露光処理前に実施するフォーカス、ベースライン、レンズ倍率及びアラインメントの各計測が正常に終了し、且つ、ウエハ毎に露光処理直前に実施される補正値判定で各補正値に有効性があると判断されたため、１枚目のウエハの露光処理時には、直前に実施された各補正値計測の補正値、プロセスを高精度で露光するための各補正値、及び露光装置性能を保証するための各補正値等を反映して露光処理が実施されている。

次いで、２、３枚目のウエハ処理時には、スループットを向上させるために、フォーカス、ベースライン及びレンズ倍率の各補正計測は実施しない。２、３枚目のウエハ処理時の露光処理直前に実施されるフォーカス、ベースライン及びレンズ倍率の補正値判定は、１枚目のウエハの露光処理前に実施された補正計測時のユニットの状態量と現在のユニット状態量（例えば、ユニットの温度、ユニット内又はその周りの雰囲気の気圧、ユニットで用いられる液体又は気体の流量）とを比較することによって行われる。露光装置性能を保証するための各補正値及びプロセスを高精度で露光するための各補正値に対する補正値判定も、同様にして補正計測時のユニットの状態量と現在のユニット状態量とを比較することによって判定される。ここで、補正計測時のユニットの状態量をｘ_ｉ、これに対する現在のユニット状態量をｙ_ｉとすると、判定部９０は、（式１）に従って各補正値に対する有効性を判定することができる。

…（式１）
すなわち、判定部９０は、補正計測時のユニットの状態量ｘ_ｉとこれに対する現在のユニット状態量ｙ_ｉとの差分絶対値が閾値δ_ｉを超えれば０（有効性なし）と判定し、補正計測時のユニットの状態量ｘ_ｉとこれに対する現在のユニット状態量ｙ_ｉとの差分絶対値が閾値δ_ｉ以下の場合には１（有効性あり）と判定する。複数のユニットの状態量がある場合には、それぞれの状態量に対して（式１）の判定を行えばよい。補正計測時のユニットの状態量ｘ_ｉとしては、特に限定されないが、代表的なものとして、
（１）補正計測時に使用されたユニットの温度（ｘ_１）
（２）補正計測時に使用されたユニット内又はその周りの雰囲気の気圧（ｘ_２）
（３）補正計測時に使用されたユニットに用いられた液体又は気体の流量（ｘ_３）
が挙げられる。これらに対する現在のユニット状態量ｙ_ｉは、
（１）現在の各ユニットの温度（ｙ_１）
（２）現在の各ユニット内又はその周りの雰囲気の気圧（ｙ_２）
（３）現在の各ユニットで用いられる液体又は気体の流量（ｙ_３）
である。なお、各補正値に対する有効性の判定方法は、上記の方法に限定されない。例えば、複数ユニットの状態量の差分絶対値の総和Σ｜ｘ_ｉ−ｙ_ｉ｜が閾値δを超えるか否かを計算して、各補正値に対する有効性を判定してもよく、様々な変形が考えられる。これらの変形も本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、判定部９０は、比較結果が閾値を超える場合には、補正値に有効性が無いと判定し、自動的に補正値の再計測を実施する。補正値判定は、ユニットの状態量（計測条件）の変動実績又は補正値の変動実績又は露光結果である補正残差の実績を考慮することによって、露光装置性能を保証するための各補正値、プロセスを高精度で露光するために必要な各補正値、フォーカス補正値、ベースライン補正値及びレンズ倍率補正値等の各補正値に対する判定を省略することもできる。この場合、変動の大きな特定のユニットだけでユニットの状態量を測定し、状態量が変動したときに関連する補正値の変動予測に基づいて自動的に再計測を実施して、必要最低限の再計測処理だけを実施すればよいため、装置稼動効率を向上させることができる。

以下、具体例を挙げて説明する。図３は、レンズ倍率の計測結果より求めた倍率変化量とレンズ倍率計測時の投影光学系のレンズ温度との関係を示す図である。

図３の縦軸はレンズ倍率補正値の変動量（倍率変化量）、横軸は投影光学系のレンズ温度をそれぞれ示す。図３に示すように、投影光学系のレンズ温度に対して、レンズ倍率補正値の変動量が線形に推移していることが分かる。図３では、レンズ倍率補正値と投影光学系のレンズ温度との関係だけを例示したが、フォーカス補正値とレチクルステージ温度、フォーカス補正値とウエハステージ温度、レチクルステージ４及びウエハステージを走査駆動したときの走査ずれ補正値とレチクルステージ温度との関係等、補正値と補正計測時の補正計測に使用する任意のユニットの温度・気圧・流量との関係を装置内のメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶させてもよいし、露光装置がオンライン等によりホストコンピュータ等外部機器に接続されている場合は、外部機器に記憶させてもよい。

図４は、図２の露光処理のシーケンスにおいて、２枚目のウエハ処理時の補正値判定において、判定部９０によりレンズ倍率補正値に有効性が無いと判定され、自動的に再計測を実施するときの露光処理のシーケンスを示す図である。

図４では、１枚目のウエハの露光処理前に実施するフォーカス、ベースライン、レンズ倍率及びアラインメントの各計測が正常に終了し、且つ、ウエハ毎の露光処理直前に実施される補正値判定で有効性があるため、１枚目のウエハの露光処理時は直前に実施された各補正値計測の補正値、露光装置性能を保証する各補正値、及びプロセスを高精度で露光するための各補正値を反映して露光処理が実施される。

２枚目のウエハの露光処理前に実施する補正値判定では、投影光学系のレンズ温度が図５に示すように変化しているものとする。横軸の１メモリが０．０２℃、縦軸の１メモリが５ｐｐｍとすると、１枚目のウエハのレンズ倍率補正計測時の投影光学系のレンズ温度に対し、現在(２枚目のウエハ補正値判定時)の投影光学系のレンズ温度は約０．０８℃変化している。ここで、投影光学系のレンズ温度変化が許容可能な閾値を０．０５℃とすると、補正値有効性判定結果は「レンズ倍率補正値の有効性は無い」と判定される。

この時、投影光学系のレンズ温度変化に対してレンズ倍率補正値以外の補正値(例えばフォーカス補正値やレチクルステージ４やウエハステージの理想格子に対する直交度)の有効性はあるものとする。このため、２枚目のウエハの露光処理直前にレンズ倍率補正計測の再計測が実施される。

本実施形態においては、０．０５℃の温度変化に対して閾値を設定したが、閾値に関しては、予め露光装置で設定可能としてもよいし、過去のユニットの状態量と補正値との関係を露光装置のメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておき、ユニットの状態量の変動量と補正値の変化量との関係に基づいて、露光装置制御部７０が閾値を自動設定してもよい。また、ホストコンピュータ等から閾値を設定してもよい。

また、補正値別にユニット毎の「温度変化に対する閾値」「気圧変化に対する閾値」「流量変化に対する閾値」をそれぞれ持つことが望ましい。補正値の有効性の判定においては、複数の閾値の内「最も厳しい閾値を採用」してもよいし、「最も緩い閾値を採用」してもよいし、「プロセス許容値を考慮した閾値を採用」してもよい。

プロセス許容値は、プロセス毎に許容可能な補正誤差が異なるため、予めプロセスパラメータとして補正誤差を設定可能としてもよいし、ホストコンピュータ等からプロセス許容値を設定してもよい。この場合、露光装置制御部７０は、プロセス許容値に基づいて補正値誤差がどれ位許容可能かを判断して閾値を決定する。なお、本実施形態の補正値有効性判定は、ウエハ処理直前に実施しているが、ショット露光の間(1ショット露光終了〜次のショット露光までの間)に各補正値の有効性判定を実施してもよい。

[第２の実施形態]
本発明の好適な第２の実施形態では、補正値を自動で再計算する制御方法に関して説明する。図２は露光処理のシーケンスを示す図である。露光処理のシーケンスの説明については、第１の実施形態で前述しているため省略する。

各補正計測時のユニットの状態量（例えば、計測に使用したユニットの温度、計測に使用したユニット内又はその周りの雰囲気の気圧、計測に使用したユニットで用いられる液体又は気体の流量）は、各補正値と共にメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておく。

次いで、判定部９０は、露光処理の直前に上記の各補正値に対する有効性を判定する。ここで、各補正値とは、フォーカス、ベースライン、レンズ倍率、アラインメントだけではなく、露光装置性能を保証するための任意の補正値(例えば、レチクルステージ４とウエハステージを走査駆動するときの走査ずれ、レチクルステージ４及びウエハステージの理想格子に対する直交度のずれ等)及びプロセスを高精度で露光するための任意の補正値（例えば、レチクル２の倍率や撓み、ウエハ８表面の形状等)を含む。判定部９０により各補正値に対して有効性が有ると判定された場合には、露光装置制御部７０は、これらの補正値を用いて各ユニットを補正駆動し露光処理を実施する。各補正値の有効性の判定基準や判定方法については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

図６は、図２の露光処理のシーケンスにおいて、２枚目のウエハ処理時の補正値判定において、判定部９０によりレンズ倍率補正値に有効性が無いと判定され（ＮＧ）、自動的に補正値の再計算を実施する場合の露光処理シーケンスを示す図である。

図６では、１枚目のウエハの露光処理前に実施するフォーカス、ベースライン、レンズ倍率及びアラインメントの各計測が正常に終了し、且つ、ウエハ毎の露光処理直前に実施される補正値判定で各補正値に有効性があると判定されたため、１枚目のウエハの露光処理時には、直前に実施された各補正値計測の補正値、露光装置性能を保証する各補正値、及びプロセスを高精度で露光するための各補正値等を反映して露光処理が実施される。

２枚目のウエハの露光処理前に実施する補正値判定において、投影光学系のレンズ温度は図５に示すように変化しているものとする。横軸の１メモリが０．０２℃、縦軸の１メモリが５ｐｐｍとすると、１枚目のウエハのレンズ倍率補正計測時の投影光学系のレンズ温度に対し、現在(２枚目のウエハ補正値判定時)の投影光学系のレンズ温度は約０．０８℃変化している。ここで、投影光学系のレンズ温度変化が許容可能な閾値を０．０５℃とすると、補正値有効性判定結果は「レンズ倍率補正値の有効性は無い」と判定される。

この時、投影光学系のレンズ温度変化に対してレンズ倍率補正値以外の補正値(例えばフォーカス補正値やレチクルステージ４やウエハステージの理想格子に対する直交度)の有効性はあるものとする。

図５より、投影光学系のレンズ温度が（−）方向に変化した場合には、レンズ倍率補正値も（−）方向に変動することが分かる。このため、２枚目のウエハの露光処理では、露光装置制御部７０は、現在のレンズ倍率補正値に投影光学系のレンズ温度が０．０８℃変化したときのレンズ倍率補正値変動量である−５ｐｐｍを加算する補正値の再計算を実施する。

現在のレンズ倍率補正値が５ｐｐｍとすると、再計算後のレンズ倍率補正値は、レンズ倍率補正値＝現在のレンズ倍率補正値(５ｐｐｍ)＋修正量(−５ｐｐｍ)＝０ｐｐｍとなり、２枚目のウエハの露光処理時に反映するレンズ倍率補正値は０ｐｐｍとなる。

補正値再計算方法に関しては、予め補正値とユニットの状態量の変動量の関係を数式化しておき、ユニットの状態量の変動量を数式に代入することにより再計算後の補正値を算出してもよい。

本実施形態では、現在のレンズ倍率補正値(β_old)、再計算後のレンズ倍率補正値(β_new)、現在のレンズ倍率補正値計測時の投影光学系のレンズ温度(Ｔ_old)及び現在の投影光学系のレンズ温度(Ｔ_now)の関係式は、
β_new＝β_old＋((Ｔ_now−Ｔ_old)×ａ＋ｂ)…（式２）
で表される。ここで、ａ，ｂは、図５のグラフより求めた直線の傾き(a)及び切片(b)である。図５より、ａ＝６２．５、ｂ＝０であるため、式２はβ_new＝５＋(−０．０８×６２．５＋０)＝０[ppm]となる。

本実施形態では、レンズ倍率補正値と投影光学系のレンズ温度との関係式よりレンズ倍率補正値を再計算したが、各補正値とユニットの状態量との関係式を理論値又は装置上での実績値により予め求めておくことによって、各補正値がユニットの変動量により再計算することが可能となる。また、関係式については、本実施形態においては、レンズ倍率補正値と投影光学系のレンズ温度との関係式について説明したが、補正値変動は一つのユニットの状態量が変化するだけで発生するとは限らない。

従って、関係式は、複数ユニットの状態量の変化を含んだ式とする事が望ましい。例えば、レンズ倍率補正値は、前述した投影光学系のレンズ温度、TTR観察光学系雰囲気温度、投影光学系レンズ雰囲気気圧及びウエハステージ温度等補正値に対して、変動を及ぼす要因を反映した関係式としておくことが、高精度に補正値を再計算するためには望ましい。

本実施形態では、０．０５℃の温度変化に対して閾値を設定したが、閾値に関しては、予め露光装置で設定可能としてもよいし、過去のユニットの状態量と補正値との関係を露光装置のメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておき、露光装置制御部７０が変動量と補正値の変化量の関係に基づいて閾値を自動設定してもよい。また、ホストコンピュータ等から閾値を設定してもよい。

また、補正値別にユニット毎の「温度変化に対する閾値」「気圧変化に対する閾値」「流量変化に対する閾値」を持つことが望ましい。補正値有効性判定においては、複数の閾値の内「最も厳しい閾値を採用」してもよいし、「最も緩い閾値を採用」してもよいし、「プロセス許容値を考慮した閾値を採用」してもよい。

プロセス許容値とは、プロセス毎に許容可能な補正誤差が異なるため、予めプロセスパラメータとして補正誤差を設定可能としてもよいし、ホストコンピュータ等からプロセス許容値を設定してもよい。この場合は、プロセス許容値に基づいて補正値誤差がどれ位許容可能かを判断し、閾値を決定する。

本実施形態の補正値有効性判定は、ウエハ処理直前に実施しているが、ショット露光の間(1ショット露光終了〜次のショット露光までの間)に補正値有効性判定を実施してもよい。

[第３の実施形態]
本発明の好適な第３の実施形態では、装置が一定時間停止した後に、補正値を自動再計測する制御方法について説明する。図２は、露光処理シーケンスを示す図である。露光処理シーケンスについては、前述しているため説明を省略する。

補正計測時の各ユニットの状態量(計測に使用したユニットの温度、計測に使用したユニット内又はその周りの雰囲気の気圧、計測に使用したユニットで用いられる液体又は気体の流量)は、各補正値と共にメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておく。

次いで、判定部９０は、露光処理の直前に上記の各補正値に対する有効性を判定する。ここで、各補正値とは、フォーカス、ベースライン、レンズ倍率、アラインメントだけでなく、露光装置性能を保証するための各補正値(例えばレチクルステージ４とウエハステージを走査駆動するときの走査ずれ、レチクルステージ４やウエハステージの理想格子に対する直交度のずれ等)及びプロセスを高精度で露光するための各補正値(例えば、レチクル２の倍率や撓み、ウエハ表８面の形状等)を含む。判定部９０により各補正値に対して有効性が有ると判定された場合には、露光装置制御部７０は、これらの補正値を用いて各ユニットを補正駆動し露光処理を実施する。補正値の有効性判定基準や判定方法については、第１の実施形態と同様であるため詳細な説明を省略する。

図７は、図２の露光処理シーケンスにおいて、２枚目のウエハ処理のアラインメント計測中に計測エラーが発生し、装置がエラー停止した後に、補正値判定を行ってベースライン補正値に有効性が無いと判定し、自動的にベースライン計測、プリアラインメント、アラインメント計測を実施する露光処理シーケンスを示す図である。

図７では、１枚目のウエハの露光処理前に実施するフォーカス、ベースライン、レンズ倍率及びアラインメントの各計測が正常に終了し、且つ、ウエハ毎の露光処理直前に実施される補正値判定で有効性があるため、１枚目のウエハの露光処理時は直前に実施された各補正値計測の補正値、露光装置性能を保証する各補正値及びプロセスを高精度で露光するための各補正値を反映して露光処理が実施される。

２枚目のウエハのアラインメント計測中に計測エラーが発生し、装置がエラー停止したものとする。この時の各ユニット(本例では、レチクルステージ４及びウエハステージを対象とする)位置は、レチクルステージ４が装置中央、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下に位置した状態で装置が停止しているものとする。装置が停止したときに、タイマ機能により装置が停止している時間の計測を開始する。

図８は、レチクルステージ位置とベースライン補正値との関係を示すグラフである。グラフの縦軸はベースラインの変動量、横軸はレチクルステージ４が停止している時間をそれぞれ示している。図８(a)は、レチクルステージ停止位置が装置手前、図８(b)は、レチクルステージ停止位置が装置中央、図８(c)は、レチクルステージ停止位置が装置奥にある場合をそれぞれ示す図である。図８(a)に示すように、レチクルステージ４が装置手前で停止した場合にだけ、ベースライン補正値が大きく変動することが分かる。

図９は、ウエハステージ位置とベースライン補正値との関係を示すグラフである。グラフの縦軸はベースラインの変動量、横軸はウエハステージが停止している時間をそれぞれ示す。図９(a)はウエハステージ停止位置が投影光学系レンズ下、図９(b)はウエハステージ停止位置がOff-Axis観察光学系下、図９(c)はウエハステージ停止位置が装置手前にある場合をそれぞれ示す図である。

図９に示すように、ウエハステージが装置手前以外で停止した場合には、ベースライン補正値が大きく変動することが分かる。現在、装置はレチクルステージ４が装置中央、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下で停止した状態にあるため、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下でどの位の時間停止していたかによってベースライン変動量が異なることになる。本実施形態では、ウエハステージ停止から停止状態が解除されるまでに、図１０に示す時間経過したとすると、この間にベースラインは約６ｎｍ変動することが予想される(図１０の縦軸の１メモリは２ｎｍ)。ここで、ベースライン変動が許容可能な閾値を５ｎｍとすると、補正値の有効性の判定結果では「ベースライン補正値の有効性は無い」と判定される。

この時、ウエハステージ温度変化に対してベースライン補正値以外の補正値(例えばフォーカス補正値やレチクルステージ４やウエハステージの理想格子に対する直交度)の有効性はあるものとする。このため、露光装置制御部７０は、２枚目のウエハの露光処理直前にベースライン補正計測の再計測を実施する。また、ベースライン補正値が変わることになるため、露光装置制御部７０は、ベースライン補正値を反映し計測が完了しているプリアラインメント、アラインメント計測に対しても自動的に再計測を実施する。

この時、プリアラインメント計測は、アラインメント計測時にウエハ上アラインメントマークのおおよその位置(大きな位置ずれが無ければよい)が分かればよく、且つ、既に計測が完了しているため、自動再計測は行わなくてもよい。また、アラインメント計測も、アラインメント計測エラー除去後の計測値(この時に反映しているベースライン補正値は再計測前の値)は、再計測後のベースライン補正値と再計測前のベースライン補正値との差でアラインメント計測値を補正することによって自動再計測は行わなくてもよい。

本実施形態では、５ｎｍのベースライン変動に対して閾値を設定したが、閾値に関しては、予め露光装置で設定可能としてもよいし、過去のユニットの状態量と補正値との関係を露光装置でメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておき、露光装置制御部７０がユニットの状態量の変動量と補正値の変化量との関係に基づいて閾値を自動設定してもよい。また、ホストコンピュータ等から閾値を設定してもよい。また、補正値別にユニット毎の「温度変化に対する閾値」「気圧変化に対する閾値」「流量変化に対する閾値」を持つことが望ましい。補正値の有効性判定においては、複数の閾値の内「最も厳しい閾値を採用」してもよいし、「最も緩い閾値を採用」してもよいし、「プロセス許容値を考慮した閾値を採用」してもよい。

プロセス許容値は、プロセス毎に許容可能な補正誤差が異なるため、予めプロセスパラメータとして補正誤差を設定可能としてもよいし、ホストコンピュータ等からプロセス許容値を設定してもよい。この場合は、プロセス許容値に基づいて補正値誤差がどれ位許容可能かを判断し、閾値を決定する。

[第４の実施形態]
本発明の好適な第４の実施形態では、装置が一定時間停止した後に、補正値を自動再計算する制御方法について説明する。図２は露光処理シーケンスを示す図である。露光処理シーケンスについては、前述しているため説明を省略する。

各補正計測時のユニットの状態量(例えば、計測に使用したユニットの温度、計測に使用したユニット内又はその周りの雰囲気の気圧、計測に使用したユニットで用いられる液体又は気体の流量)は、各補正値と共にメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておく。

次いで、判定部９０は、露光処理の直前に、上記の各補正値に対する有効性を判定する。ここで、各補正値とは、フォーカス、ベースライン、レンズ倍率、アラインメントだけではなく、露光装置性能を保証するための任意の補正値(例えば、レチクルステージ４とウエハステージを走査駆動するときの走査ずれ、レチクルステージ４及びウエハステージの理想格子に対する直交度のずれ等)及びプロセスを高精度で露光するための任意の補正値(例えば、レチクル２の倍率や撓み、ウエハ８表面の形状等)を含む。判定部９０により各補正値に対して有効性が有ると判定された場合には、露光装置制御部７０は、これらの補正値を用いて各ユニットを補正駆動し露光処理を実施する。各補正値の有効性の判定基準や判定方法については、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１１は、図２の露光処理シーケンスにおいて、２枚目のウエハ処理のアラインメント計測中に計測エラーが発生し、装置がエラー停止した後に、補正値判定を行ってベースライン補正値に有効性が無いと判定され、自動的にベースライン計測、プリアラインメント、アラインメント補正値の再計算を実施する露光処理シーケンスを示す図である。

図１１では、１枚目のウエハの露光処理前に実施するフォーカス、ベースライン、レンズ倍率及びアラインメントの各計測が正常に終了し、且つ、ウエハ毎の露光処理直前に実施される補正値判定で各補正値に有効性があると判定されたため、１枚目のウエハの露光処理時には、直前に実施された各補正値計測の補正値、露光装置性能を保証する各補正値、及びプロセスを高精度で露光するための各補正値を反映して露光処理が実施される。

２枚目のウエハのアラインメント計測中に計測エラーが発生し、装置がエラー停止したものとする。この時の各ユニット(本例ではレチクルステージ４及びウエハステージを対象とする)位置は、レチクルステージ４が装置中央、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下に位置した状態で装置が停止しているものとする。装置が停止した際に、タイマ機能により装置が停止している時間の計測を開始する。

図８は、レチクルステージ位置とベースライン補正値との関係を示すグラフである。図９は、ウエハステージ位置とベースライン補正値との関係を示すグラフである。図８、図９に関する説明は前述しているため省略する。現在、装置はレチクルステージ４が装置中央、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下で停止した状態にあるため、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下でどの位の時間停止していたかによってベースライン変動量が異なることになる。

本実施形態では、ウエハステージ停止から停止状態が解除されるまでに、図１０に示す時間経過したとすると、この間にベースラインは約６ｎｍ変動することが予想される(図１０の縦軸の１メモリは２ｎｍ)。

図１０より、ウエハステージがOff-Axis観察光学系下に停止する時間が長くなる場合には、ベースライン補正値も（−）方向に変動することが分かる。ここで、ベースライン変動が許容可能な閾値を５ｎｍとすると、補正値の有効性の判定結果では「ベースライン補正値の有効性は無い」と判定される。このため、露光装置制御部７０は、２枚目のウエハの露光処理直前にベースライン補正値の再計算を実施する。また、露光装置制御部７０は、ベースライン補正値の再計算では、現在のベースライン補正値にウエハステージが停止中に変動したと予想される−６ｎｍを加算する補正値の再計算を実施する。

現在のベースライン補正値を１０ｎｍとすると、再計算後のベースライン補正値はベースライン補正値＝現在のベースライン補正値(１０ｎｍ)＋修正量(−６ｎｍ）＝４ｎｍとなり、２枚目のウエハの露光処理時に反映するベースライン補正値は４ｎｍとなる。補正値再計算方法に関しては、予め補正値とユニット変動量との関係を数式化しておき、ユニット変動量を数式に代入することによって再計算後の補正値を算出してもよい。

本実施形態の場合では、現在のベースライン補正値(ＢＬ_old)、再計算後のベースライン補正値(ＢＬ_new)、及びウエハステージの停止時間（Δｔ）の関係式は、
ＢＬ_new＝ＢＬ_old／ｅｘｐ^{(Δｔ／ｋ)} …（式３）
と表される。例えば、時定数ｋを１０ｓｅｃ、ウエハステージの停止時間Δｔを９ｓｅｃとすると、式３からＢＬ_new＝１０／ｅｘｐ^{(９／１０)}＝４[nm]となる。

本実施形態では、ベースライン補正値とウエハステージ停止時間(停止位置含む)との関係式よってレンズ倍率補正値を再計算したが、各補正値とユニットの状態量との関係式を理論値又は装置上での実績値によって予め求めておくことにより各補正値がユニットの状態量の変動量により再計算することが可能となる。また、関係式については、本実施形態においては、ベースライン補正値とウエハステージ停止時間の関係式について説明したが、補正値変動は一つのユニット状態量が変化するだけで発生するとは限らない。

従って、関係式は複数ユニットの状態量の変化を含んだ式とすることが望ましい。例えば、ベースライン補正値は、前述したウエハステージ温度、投影光学系のレンズ温度、TTR観察光学系雰囲気温度、投影光学系レンズ雰囲気気圧、ウエハステージ温度等補正値に対して変動を及ぼす要因を反映した関係式としておくことが高精度に補正値を再計算するためには望ましい。

再計算によりベースライン補正値が変わることになるため、ベースライン補正値を反映し計測が完了しているプリアラインメント、アラインメント計測も自動的に再計算を実施する。

この時、プリアラインメント計測はアラインメント計測時にウエハ上アラインメントマークのおおよその位置(大きな位置ずれが無ければよい)が分かればよく、且つ、既に計測が完了しているため、自動再計算は行わなくてもよい。

アラインメント補正値の再計算は、既に完了しているアラインメント計測値に対してベースライン補正値の変動量(本例ではＢＬ_old[10nm]とＢＬ_new[4nm]の差分−６ｎｍ)を全ての計測値に対して一律にオフセットして、オフセット後のアラインメント計測値よりアラインメント補正値を再計算すればよい。

本実施形態においては、５ｎｍのベースライン変動に対して閾値を設定したが、閾値に関しては、予め露光装置で設定可能としてもよいし、過去のユニットの状態量と補正値との関係を露光装置のメモリ（例えば、記憶装置８２等）に記憶しておき、露光装置制御部７０がユニットの状態量の変動量と補正値の変化量との関係に基づいて閾値を自動設定してもよい。また、ホストコンピュータ等から閾値を設定してもよい。また、補正値別にユニット毎の「温度変化に対する閾値」「気圧変化に対する閾値」「流量変化に対する閾値」を持つことが望ましい。補正値有効性判定においては、複数の閾値の内「最も厳しい閾値を採用」してもよいし、「最も緩い閾値を採用」してもよいし、「プロセス許容値を考慮した閾値を採用」してもよい。

プロセス許容値は、プロセス毎に許容可能な補正誤差が異なるため、予めプロセスパラメータとして補正誤差を設定可能としてもよいし、ホストコンピュータ等からプロセス許容値を設定してもよい。この場合は、プロセス許容値に基づいて補正値誤差がどれ位許容可能かを判断し、閾値を決定する。

本発明の好適な第１、第２の実施形態では、露光処理直前に補正値の有効性の判定を実施する場合を例に挙げたが、補正値の有効性の判定は任意のタイミングで実施してもよい。補正値の有効性の判定を任意のタイミングで実施することにより、露光装置性能を任意のタイミングで最適に保つことが可能となる。

以上のように本発明によれば、露光装置で露光処理を実施する際の各補正値に対して有効性を判定することによって高精度で露光処理を行うことが可能となる。また、判定基準を各補正値毎に複数持つことによって、必要最低限のタイミングで再計測又は再計算を実施することができるため、露光装置を効率良く稼動させることができる。

[応用例]
次に、上記の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１２は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取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剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

露光装置の概略図である。 露光処理シーケンスを示す図である。 投影光学系のレンズ温度に対するレンズ倍率変化量を示す図である。 第１の実施形態の露光処理シーケンスを示す図である。 第１の実施形態での補正値判定時の投影光学系のレンズ温度を示す図である。 第２の実施形態の露光処理シーケンスを示す図である。 第３の実施形態の露光処理シーケンスを示す図である。 レチクルステージ位置とベースラインの変動量とを示す図である。 ウエハステージ位置とベースラインの変動量とを示す図である。 ウエハステージ位置(Off-Axis下)とベースラインの変動量とを示す図である。 第４の実施形態の露光処理シーケンスを示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

符号の説明

２：レチクル、５：投影光学系、８：ウエハ、７０：露光装置制御部、９０：判定部

Claims (9)

1. 原版に形成されたパターンを投影光学系を介して基板に転写する露光装置であって、
   前記原版を搭載して移動する原版ステージと、
   前記基板を搭載して移動する基板ステージと、
   前記露光装置においてフォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方の温度に基づいて前記フォーカス補正値の有効性を判定する判定部と、
   前記判定部により前記フォーカス補正値の有効性がないと判定されたときに前記フォーカス補正値の計測を再度実行させる制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記判定部は、前記フォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方の温度の差分絶対値が所定値以下である場合には前記フォーカス補正値の有効性があると判定し、前記差分絶対値が所定値より大きい場合には前記フォーカス補正値の有効性がないと判定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記フォーカス補正値の有効性があると判定されたときには、前記フォーカス補正値に基いて基板の露光を制御し、前記フォーカス補正値の有効性がないと判定されたときには、前記フォーカス補正値の計測を再度実行させることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記判定部は、前記露光装置において前記フォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの双方の温度に基づいて前記フォーカス補正値の有効性を判定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 原版ステージに搭載された原版に形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージに搭載された基板に転写する露光装置の制御方法であって、
   前記露光装置においてフォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方の温度に基づいて前記フォーカス補正値の有効性を判定する判定工程と、
   前記判定工程で前記フォーカス補正値の有効性がないと判定されたときに前記フォーカス補正値の計測を再度実行させる制御工程と、
   を含むことを特徴とする露光装置の制御方法。
6. 前記判定工程では、前記フォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方の温度の差分絶対値が所定値以下である場合には前記フォーカス補正値の有効性があると判定し、前記差分絶対値が所定値より大きい場合には前記フォーカス補正値の有効性がないと判定することを特徴とする請求項５に記載の露光装置の制御方法。
7. 前記制御工程では、前記フォーカス補正値の有効性があると判定されたときには、前記フォーカス補正値に基いて基板の露光を制御し、前記フォーカス補正値の有効性がないと判定されたときには、前記フォーカス補正値の計測を再度実行させることを特徴とする請求項６に記載の露光装置の制御方法。
8. 前記判定工程では、前記露光装置において前記フォーカス補正値の計測を行った時と現在とにおける前記原版ステージおよび前記基板ステージの双方の温度に基づいて前記フォーカス補正値の有効性を判定することを特徴とする請求項５に記載の露光装置の制御方法。
9. デバイスの製造方法であって、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置を利用して原版のパターンを基板に露光する露光工程と、
   前記パターンが露光された基板を現像する現像工程と、
   を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

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