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TWI403854B - Exposure method and lithography system - Google Patents

Exposure method and lithography system Download PDF

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TWI403854B
TWI403854B TW095118416A TW95118416A TWI403854B TW I403854 B TWI403854 B TW I403854B TW 095118416 A TW095118416 A TW 095118416A TW 95118416 A TW95118416 A TW 95118416A TW I403854 B TWI403854 B TW I403854B
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Inventor
川久保昌治
Original Assignee
尼康股份有限公司
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Description

曝光方法及微影系統
本發明係關於曝光方法及微影系統，更詳言之，係關於以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光之曝光方法及微影系統。
為了防止在半導體元件等微型元件生產線之良率降低，必須維持重疊曝光層間之高度重疊精度，該重疊曝光係在微影步驟中，將數層電路圖案等予以重疊並轉印形成在晶圓等基板(以下總稱為「晶圓」)之照射區域上。
又，近年來為提高生產性，係預備複數投影曝光裝置，建構以主計算機集中管理此等投影曝光裝置之微影系統。此種系統，為提高生產性，係使用不同投影曝光裝置來轉印一片晶圓上之各層(Layer)電路圖案，因此須進行在重疊曝光時之各投影曝光裝置的定序。例如，當晶圓上前步驟層(以下亦僅稱為「前步驟」)之曝光所使用的投影曝光裝置在運轉中時，只要定序成將目前未運轉之其他投影曝光裝置用於現步驟層(現行層：以下亦稱為「現步驟」)之曝光，即可縮短整體曝光步驟。
執行此種定序時所面臨之問題，係各投影曝光裝置間之轉印像的畸變(Distortion)。為不使層間電路之電氣連接點因裝置間之畸變差而相對偏移，須確保層間之像的重疊精度。為確保層間之像的重疊精度，在各投影曝光裝置間匹配此種畸變即非常重要。
因應半導體元件之高積體化對重疊精度要求更高、而作為此種可在複數投影曝光裝置間進行畸變匹配的系統，最近已提出一種微影系統，其目的為極力降低因像畸變修正能力之機台間差異或隨時間變化所導致的層間照射形狀誤差。(例如參照專利文獻1)
專利文獻1之微影系統，原則上對一個現步驟層僅能指定一層前步驟層，即使指定複數個前步驟層時，亦僅進行以各前步驟層之投影像畸變平均為基準的畸變匹配。然而，在進行實際之電路設計時，同一層之電路中，往X軸方向(晶圓面內之基準軸之一)延伸之電線關聯性較大之層、以及往Y軸方向延伸之電線關聯性較大之層大多相異。因此，在此種情形下，從電路設計的觀點來看，最好不要以前步驟層之投影像畸變的平均等來調整畸變，而是使X軸方向之畸變成分配合其關聯性較大之層的畸變成分、另一方面使Y軸方向之畸變成分配合其關聯性較大之層的畸變成分。
為對應此種情形，雖亦有提出以X軸與Y軸各別檢測用於位置對準之資訊的方法，但實際情形為，當亦考量到投影像畸變或透過曝光形成於晶圓W上之照射區域排列的非線性成分來進行重疊曝光時，欲以X軸與Y軸個別進行何種調整等，至今仍尚未提出具體之實現方法。
【專利文獻1】日本特開2000－36451號公報及與此對應之美國專利第號說明書【專利文獻2】日本專利第2591746號說明書及與此對應之美國專利第號說明書
基於上述情形所作成之本發明，根據第1觀點，為一種曝光方法，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，包含：選擇步驟，係就進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準；與該重疊曝光相關之資訊，包含用於該基準層之曝光之投影曝光裝置中、在進行該曝光之時間點之投影像的畸變成分。
據此，由於係就二維正交座標系之各軸選擇下一層重疊曝光之基準層，因此可將已進行該基準層之曝光之投影曝光裝置在該時間點的投影像畸變成分(包含於重疊曝光之相關資訊)作為基準，來依各軸調整投影像之畸變。
根據本發明之第2觀點，為一種曝光方法，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，包含：選擇步驟，係就進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準；與該重疊曝光相關之資訊，包含用於該基準層之曝光之投影曝光裝置中、於該感光物體上形成複數個區塊區域時相對形成位置基準之位置偏移量的非線性成分。
據此，由於係就二維正交座標系之各軸選擇下一層重疊曝光之基準層，因此可將投影曝光裝置(用於該基準層之曝光)之複數區塊區域各形成位置之位置偏移量的非線性成分(包含於重疊曝光相關資訊)作為基準，來依各軸調整該非線性成分。
根據本發明之第3觀點，為一種微影系統，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，具備：複數個投影曝光裝置；記憶裝置，係儲存以該複數個投影曝光裝置中之任一裝置進行曝光後之層之圖案像形成狀態相關之資訊；第一選擇裝置，係就進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準，該資訊，包含用於該基準層之曝光之投影曝光裝置在進行該曝光之時間點之投影像的畸變成分；第二選擇裝置，係從該複數個投影曝光裝置中選擇作為進行下一層重疊曝光之投影曝光裝置；以及算出裝置，係根據就該各軸所選擇之基準層下的曝光狀態相關之資訊，算出該所選擇之投影曝光裝置之下一層重疊曝光相關之資訊。
據此，由於係依就二維正交座標系之各軸來選擇下一層重疊曝光之基準層，因此可將已進行該基準層之曝光之投影曝光裝置在該時間點的投影像畸變成分(包含於重疊曝光之相關資訊)作為基準，來依各軸調整投影像之畸變。
根據本發明之第4觀點，為一種微影系統，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，具備：複數個投影曝光裝置；記憶裝置，係儲存以該複數個投影曝光裝置中之任一裝置進行曝光後之層之圖案像形成狀態相關之資訊；第一選擇裝置，係就進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準；；該資訊，係包含用於該基準層之重疊曝光之投影曝光裝置中、於該感光物體上形成複數個區塊區域時相對形成位置基準之位置偏移量的非線性成分；第二選擇裝置，係從該複數個投影曝光裝置中選擇用以進行下一層重疊曝光之投影曝光裝置；以及算出裝置，係根據該所選擇之各軸之基準層的曝光狀態相關資訊，算出該所選擇之投影曝光裝置之下一層重疊曝光的相關資訊。
據此，由於係就二維正交座標系之各軸選擇下一層重疊曝光之基準層，因此可將投影曝光裝置(用於該基準層之曝光)之複數區塊區域各形成位置之位置偏移量的非線性成分(包含於疊合曝光相關資訊)作為基準，來依各軸調整該非線性成分。
以下，根據圖1~圖11來說明本發明之一實施形態。
圖1係概略顯示本發明一實施形態之微影系統110的構成。此微影系統110，具備N台投影曝光裝置1001 ~100N 、資訊集中伺服器130、記憶裝置140、終端伺服器150、以及主計算機系統160等。
其中，各投影曝光裝置100i (i＝1、2、…、N)、資訊集中伺服器130、以及終端伺服器150，係連接於區域網路(LAN)170。又，記憶裝置140，係透過小電腦系統介面(SCSI)等通訊路徑180連接於資訊集中處理伺服器130。又，主計算機系統160，係透過終端伺服器150連接於LAN170。亦即，在硬體構成上，係可確保各投影曝光裝置100i (i＝1、2、…、N)、資訊集中伺服器130(及記憶裝置140)、終端伺服器150、以及主計算機系統160彼此間的通訊路徑。
各個該投影曝光裝置1001 ~100N 可係步進重複方式之投影曝光裝置、亦即所謂的步進器(以下稱為靜止型曝光裝置)，或步進掃描方式之投影曝光裝置、亦即掃描步進器(以下稱為掃描型曝光裝置)。本實施形態中，為方便說明，N台投影曝光裝置1001 ~100N 均具有投影像畸變調整能力且為掃描型曝光裝置。
圖2係顯示圖1中1台掃描型曝光裝置之投影曝光裝置1001 的概略構成。投影曝光裝置1001 ，如圖2所示係具備照明系統IOP、保持標線片R之標線片載台RST、投影光學系統PL、以及裝載晶圓W之晶圓載台WST等。
該照明系統IOP具備光源及照明光學系統。照明光學系統，係由包含光學積分器(複眼透鏡、內面反射型積分器(棒狀積分器)、或繞射光學元件等)的照度均一化光學系統、以及包含中繼透鏡、可變ND濾光器、標線片遮簾(亦稱為遮罩片之視野光閘)、聚光透鏡的中繼光學系統等(皆未圖示)所構成。與本實施形態相同之照明系統構成，例如揭示於日本特開2001－313250號公報(對應美國專利申請公開第2003/0025890號公報)等。在本國際專利申請案所指定之指定國(或選擇之選擇國)之國內法令所允許的範圍內，援用該公報及對應之美國專利中之揭示來作為本說明書記載之一部分。
此照明系統IOP中，藉由照明用光IL以大致均一之照度來照明狹縫狀(向X軸方向延伸之細長長方形形狀)照明區域，該照明區域係由描繪有電路圖案等之標線片R上之標線片遮簾所規定。照明用光IL，例如可使用KrF準分子雷射光(波長248nm)等遠紫外光、或ArF準分子雷射光(波長193nm)、F2 雷射光(波長157nm)等之真空紫外光等。此外，亦可使用Ar2 雷射光(波長126nm)、Kr2 雷射光(波長146nm)等之脈衝雷射光、或超高壓水銀燈發出之紫外線發射譜線(g線、i線等)等作為照明用光IL。又，亦可使用YAG雷射之諧波產生裝置等。另外，可使用例如諧波，其係以塗布有鉺(或鉺及鐿兩者)之光纖放大器，將從DFB半導體雷射或纖維雷射射出之紅外線區或可見區的單一波長雷射光放大，並以非線形光學結晶將其波長轉換成紫外光。於前述標線片載台RTS上例如籍由真空吸附固定有標線片R。此處，標線片載台RST，能籍由線性馬達所構成之未圖示標線片載台驅動部，而在與照明光學系統之光軸(與後述投影光學系統PL之光軸AX一致)呈垂直之XY平面內微幅驅動於X軸方向、Y軸方向、以及θ Z方向，且能以指定之掃描速度驅動於既定掃描方向(此處係Y軸方向)。標線片載台RST之載台移動面內之位置，係藉由標線片雷射干涉儀(以下稱為「標線片干涉儀」)16，透過移動鏡15例如以0.5~1nm左右之分析能力隨時檢測。來自標線片干涉儀16之標線片載台RST之位置資訊，係傳送至主控制裝置20，該主控制裝置20，即根據標線片載台RST之位置資訊，透過未圖示標線片載台驅動部控制標線片載台RST。
前述投影光學系統PL，係配置於圖2之標線片載台RST下方，其光軸AX之方向定為Z軸方向。此處，作為此投影光學系統PL，係使用於鏡筒32內部沿光軸AX方向相距既定間隔配置之複數片透鏡元件27,29、以及其他複數片透鏡元件所構成之例如兩側遠心的折射系統。此投影光學系統PL之投影倍率例如係定為1/5(或1/4)，電路圖案之縮小像即投影於投影光學系統PL之與前述照明區域共軛的曝光區域。如此，當以來自照明系統IOP之照明用光IL照明標線片R上之照明區域時，藉由通過此標線片R之照明用光IL，透過投影光學系統PL將照明區域內之標線片R之電路圖案的縮小像(部分倒立像)形成於表面塗布有光阻(感光劑)之晶圓W上。在此投影曝光裝置1001 中，設置有用以修正因此投影光學系統PL所造成之投影像畸變(包含倍率)之成像特性修正裝置。
接著，說明成像特性修正裝置。此成像特性修正裝置，係修正因大氣壓變化、照明用光吸收等導致之投影光學系統PL本身之成像特性變化，同時亦具有配合轉印於晶圓W上之先行特定層(例如前一層)之照射區域的圖案像畸變、來使標線片R之圖案的投影像畸變的作用。投影光學系統PL之成像特性，係有投影倍率、焦點位置、像面彎曲、畸變、像散、彗形像差、以及球面像差等，在本實施形態中，焦點位置以外之成像特性雖可藉由例如投影光學系統PL之透鏡元件的移動來修正，但在以下說明中，成像特性修正裝置，主要係僅進行與投影像畸變(包含倍率)相關之修正。
圖2中，構成投影光學系統PL且離標線片R最近(最靠物體面側)之透鏡元件27，係保持於圓環狀保持構件28。此保持構件28，係透過能自由伸縮之複數(此處為3個)個驅動元件、例如壓電元件11a,11b,11c(但在圖2中未圖示位於紙面內側之驅動元件11c)支撐於用以保持透鏡元件29之圓環狀保持構件上面。藉由成像特性控制部12獨立控制施加於驅動元件11a,11b,11c之驅動電壓，藉此透鏡元件27可任意傾斜於與光軸AX正交之面且沿光軸AX方向移動。
接續於透鏡元件27之透鏡元件29，係與透鏡元件27同樣地，可藉由複數個驅動元件任意傾斜於與光軸AX正交之面且沿光軸AX方向驅動。剩餘之透鏡元件，係固定於投影光學系統PL之透鏡鏡筒32。
此外，本實施形態中，在投影光學系統PL之透鏡鏡筒32內，雖僅有透鏡元件27,29可各自單獨移動，但亦可使3個以上透鏡元件為可移動，或使一體保持有至少2個透鏡元件之透鏡群可移動。
透鏡元件27,29之位置，係藉由未圖示之位置感測器嚴密測定，根據該測定結果，按照主控制裝置20之指示以成像特性控制部12來控制各驅動元件之驅動量，藉此使透鏡元件27,29之位置保持在目標位置。
此投影曝光裝置1001 中，成像特性修正裝置(具有倍率調整功能)係由透鏡元件27之保持構件28、透鏡元件29之保持構件、複數個驅動元件(11a,11b,11c等)、以及控制對各驅動元件之驅動電壓的成像特性控制部12構成。此外，投影光學系統PL之光軸AX，係指與固定於鏡筒32之透鏡元件共通的光軸。
成像特性控制部12，不僅透過上述驅動元件進行透鏡元件的驅動控制，亦藉由控制光源使照明用光IL之中心波長移位，來調整投影光學系統之成像特性(投影像之畸變)。
配置於圖2之投影光學系統PL下方之該晶圓載台WST，係藉由設置於其底面之氣體靜壓軸承(未圖示)，透過既定空隙懸浮支撐於底座(未圖示)上，且藉由包含線性馬達等致動器之晶圓載台驅動部(未圖示)自由驅動於X軸方向、Y軸方向，同時亦被微幅驅動於Z軸方向、θ z軸方向、θ x軸方向(繞X軸旋轉之旋轉方向)、以及θ y軸方向(繞Y軸旋轉之旋轉方向)。
於晶圓載台WST上設有大致圓形之晶圓保持具9，晶圓W被真空吸附於此晶圓保持具9，且經平坦化矯正後予以保持。此晶圓保持具9，為了抑制因晶圓W曝光時之熱蓄積所造成的膨脹變形而由低熱膨脹材料構成。
晶圓載台WST在XY平面內之位置，係藉由晶圓雷射干涉儀(以下稱為「晶圓干涉儀」)18，透過移動鏡17例如以0.5~1nm左右之分析能力隨時檢測。晶圓載台WST之位置資訊(或速度資訊)被送至主控制裝置20，主控制裝置20，即根據該位置資訊(或速度資訊)，透過未圖示之晶圓載台驅動部來控制晶圓載台WST。此外，實際上，作為晶圓載台WST上之移動鏡，雖設有具有與X軸正交之反射面的X移動鏡、以及具有與Y軸正交之反射面的Y移動鏡，且對應於此，晶圓干涉儀亦設有X軸方向位置測量用之X雷射干涉儀與Y軸方向位置測量用之Y雷射干涉儀，但圖2僅圖示移動鏡17、晶圓干涉儀18來作為此等之代表。又，X雷射干涉儀及Y雷射干涉儀係具有複數個測長軸之多軸干涉儀，除晶圓載台WST之X、Y位置外，亦可測量旋轉(偏轉(繞Z軸旋轉之θ z旋轉)、縱搖(繞X軸旋轉之θ x旋轉)、橫搖(繞Y軸旋轉之θ y旋轉))。因此，以下說明係設定可藉由晶圓干涉儀18測量晶圓載台WST之X,Y,θ z,θ y,θ x之5個自由度方向的位置。又，多軸干涉儀，亦可透過以45°傾斜設置於晶圓載台WST之反射面，將雷射光束照射於裝載投影光學系統PL之架台(未圖示)的反射面，以檢測出在投影光學系統PL之光軸方向(Z軸方向)之相對位置資訊。
又，於晶圓載台WST上面，固定有其表面設定成與晶圓W表面大致同一面高之基準標記板FM。於此基準標記板FM表面，以既定位置關係形成有後述對準感測器之基線測量用的基準標記及標線片對準用之基準標記。
在投影光學系統PL側面，設有離軸方式之對準檢測系統、例如影像處理方式之對準感測器8，其用來檢測附設於晶圓W上之各照射區域的對準標記(晶圓標記)位置。對準感測器8係一影像處理方式FIA(Field Image Alignment)系統之感測器，其將不會使晶圓W上之光阻感光之寬頻檢測光束照射於對象標記，並使用拍攝元件(CCD等)，拍攝因來自該對象標記之反射光而成像於受光面之對象標記像與未圖示指標像，再輸出該影像訊號。此外，並不限於FIA系統，當然亦可單獨或適當地組合使用對準感測器，其係以同調檢測光照射對象標記後，檢測從該對象標記所產生之散射光或繞射光、或使該對象標記所產生之2個繞射光(例如同次數)彼此干涉來檢測。此對準感測器8之檢測結果，係透過未圖示之對準訊號處理系統輸出至主控制裝置20。
又，投影曝光裝置1001 ，係設有由照射系統13與受光系統14構成之斜入射方式之多焦點位置檢測系統，該照射系統13，係從相對光軸AX呈傾斜之方向將用以形成複數個狹縫像之成像光束供應至投影光學系統PL之最佳成像面；該受光系統14，係透過各狹縫接收該成像光束在晶圓W表面之各反射光束。此多焦點位置檢測系統(13,14)，例如係使用與揭示於日本特開平6－283403號公報者相同之構成。以此多焦點位置檢測系統(13,14)檢測出之晶圓位置資訊，係供給至主控制裝置20。主控制裝置20，則根據此晶圓位置資訊，透過晶圓載台驅動部將晶圓載台WST往Z軸方向及傾斜方向驅動，以進行晶圓W之焦點位準控制。
該主控制裝置20，例如係由微電腦構成，用以統籌控制上述投影曝光裝置1001 之構成各部。又，本實施形態中，此主控制裝置20，亦控制並設於投影曝光裝置1001 之未圖示塗布顯影器(以下稱為「C/D」)。又，主控制裝置20，係連接於LAN170。
其他掃描型曝光裝置之投影曝光裝置1002 、1003 、…100N 之構成，亦與上述投影曝光裝置1001 相同。
回到圖1，構成投影曝光裝置100i 之前述主控制裝置20，係透過LAN170及終端伺服器150，進行與主計算機系統160間之通訊，並依據來自主計算機系統160之指示執行各種控制動作。
前述資訊集中伺服器130，係由具優異運算能力之中型電腦系統(例如迷你電腦系統或工程工作站系統)構成之微影系統支援裝置。此資訊集中伺服器130，除了透過LAN170與上述投影曝光裝置1001 ~100N 進行通訊外，亦透過LAN170及終端伺服器150，進行與主計算機系統160間之通訊。
又，資訊集中伺服器130，當與投影曝光裝置1001 ~100N 等進行通訊時，係視必要情形對記憶裝置140進行資料的讀寫。此外，於資訊集中處理伺服器130，設置有包含對操作人員之人機界面之顯示器與鍵盤、或滑鼠等指向元件的輸出入裝置131。又，於資訊集中處理伺服器130，係以外接方式連接有CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、MO(Magneto－Optical Disc)、或FD(Flexible Disc)等資訊記錄媒體的驅動裝置(未圖示)。安裝於此驅動裝置之資訊記錄媒體(以下定為CD)中，記錄有後述圖5、圖6、圖7之流程圖所示之對應處理算法之程式、其他程式、以及附屬於該等程式之資料庫等。
此資訊集中伺服器130，係將從各投影曝光裝置100i (i＝1~N)定期送來之投影像的畸變資料(Distortion data)登錄於記憶裝置140內的資料庫。
上述終端伺服器150，係用以吸收LAN170之通訊協定與主計算機系統160之通訊協定的差異所構成的閘道處理器。藉由此終端伺服器150之功能，可使主計算機系統160與連接於LAN170之投影曝光裝置1001 ~100N 及資訊集中處理伺服器130等之間進行通訊。
上述主計算機系統160，係包含大型電腦所構成之製造管理系統(MES：Manufacturing Execution System)。此處，製造管理系統(MES)係指將流動於生產線之各製品之步驟、設備、條件、作業資料全部以電腦管理、分析，藉此提升品質、提升良率及降低作業誤失等來支援更有效率之生產的系統。此外，主計算機系統160亦可係MES以外者，例如可使用專用電腦。以下將該主計算機系統160稱為主機160。
上述LAN170，雖可採用匯流排型LAN及環型LAN之任一種，但本實施形態係使用IEEE802規格之載波感測多元存取/具碰撞偵測(CSMA/CD)方式之匯流排型LAN。此微影系統110，係透過LAN170及終端伺服器150進行裝置間之通訊，以下則不再特別記述。
<投影像之畸變測量>
微影系統110，係考量各投影曝光裝置100i 在投影光學系統PL之成像特性，定期進行各投影曝光裝置100i 之圖案投影像畸變(Distortion)的測量及根據該測量結果算出像畸變資料(Distortion data)。各投影曝光裝置100i 之投影像畸變的測量，係以使用測試用標線片之曝光、及曝光結束後之晶圓上之光阻像(轉印像)測量的2階段來進行。
於測試用標線片之圖案區域內矩陣狀配置有二維測量標記。使用此測試用標線片之曝光，係一邊改變曝光條件，一邊在所設定之所有曝光條件下對晶圓W上之不同照射區域進行轉印。此時，成像特性修正裝置對投影像畸變的修正量為0。結束所有曝光條件下之轉印後，由主控制裝置20使用未圖示晶圓搬送系統將晶圓保持具上之晶圓W搬送至未圖示C/D。接著，由C/D進行該晶圓W之顯影，完成該顯影後，即在晶圓W上之不同照射區域形成二維測量用標記之光阻像。
其次，主控制裝置20，使用晶圓搬送系統將完成該顯影之晶圓W再次裝載於晶圓保持具上後，使用對準感測器8之測量值與相對應之晶圓干涉儀18之測量值，測量形成於晶圓W上複數照射區域之測量用標記之光阻像的位置座標，並根據該測量結果與各照射區域之基準點(例如在以照射區域中心點作為原點之理想座標系(照射座標系)之設計上的位置座標)的差，依各照射區域(亦即各曝光條件)求出各測量用標記之光阻像的位置偏移量。
接著，從所測量之偏移量資料(原始資料)除去超過既定容許值之異常值資料，並將除去異常資料後之位置偏移量平均值視為中心移位量，從全位置偏移量予以除去(中心移位修正)。其次，從以此方式完成中心移位修正之位置偏移量來除去標線片製造誤差(包含圖案描繪誤差)(標線片製造誤差修正)。接著，從經標線片製造誤差修正後之位置偏移量除去對準標記製造誤差(對準標記製造誤差修正)。其次，從經對準標記製造誤差修正後之位置偏移量除去標線片旋轉量(標線片旋轉量修正)。
在以下說明中，將以此方式求得之位置偏移量資料稱為像畸變資料。主控制裝置20，係依各曝光條件求出此像畸變資料，並與各測量時刻資料一起送至資訊集中伺服器130。資訊集中伺服器130，係將此等資料登錄於記憶裝置140內之資料庫。
與上述相同之像畸變資料測量，在其他之投影曝光裝置1002 、1003 、…100N 中亦定期地進行，其測量結果送至資訊集中伺服器130，並由資訊集中伺服器130登錄於記憶裝置140內之資料庫。亦即，上述像畸變資料係依各投影曝光裝置、各測量時日、以及各曝光條件登錄於記憶裝置140內之資料庫。此處，曝光條件，由於係以依曝光條件賦予ID之狀態登錄於資料庫，因此在以下說明中，亦將各曝光條件之ID記述為曝光ID。
又，上述各投影曝光裝置中，在測量用標記之光阻像(在所設定之所有不同曝光條件下形成)形成後之處理，並不一定要由主控制裝置20來進行，亦可由資訊集中伺服器130等或其他測量裝置來進行。又，上述像畸變資料亦可使用基準晶圓法來求得。
圖3(A)係顯示定期測量之像畸變資料之資料庫一部分的例。圖3(A)登錄有2005年11月初、及2005年12月初測量之投影曝光裝置1001 ~1005 的投影像畸變。本實施形態中，係每個月進行投影曝光裝置100i 之像畸變資料的測量。
<曝光履歷資料>
又，在微影系統110中，曝光步驟結束時，各投影曝光裝置100i (i＝1~N)之主控制裝置20與主機160間係進行通訊，而從主控制裝置20將曝光結束之通知及相對應之投影曝光裝置100i 之曝光履歷資料送至主機160，進一步從主機160送至資訊集中伺服器130，並藉由資訊集中伺服器130登錄於記憶裝置140內之資料庫。此資料庫稱為曝光履歷資料庫。該曝光履歷資料包含進行該步驟之曝光處理之裝置名、步驟名、處理時日、像畸變修正值、曝光ID等資訊。圖3(B)係顯示根據從曝光履歷資料庫得到之批量履歷而如後述般作成之批量履歷表例。
<晶圓方格>
晶圓W上之照射區域，係依據製程程式之照射圖形成為矩陣狀。只要在相鄰之照射區域間以直線連結形成於晶圓W上之各照射區域的照射中心，即可描繪出2維格子。以下將此2維格子稱為晶圓方格。藉由此晶圓方格，可表現出相對已形成於晶圓上之複數照射區域彼此間在設計上之位置的位置誤差，亦即所謂的照射間誤差。其意義為，起因於上述投影像之畸變等的照射內誤差(即因照射區域本身之變形所造成之誤差)係從此照射間誤差予以去除。
此照射間誤差包含晶圓倍率誤差、晶圓正交度誤差、以及晶圓旋轉誤差等所謂1次成分(亦即線性成分)及2次以上之高次成分(亦即非線性成分)。此處，1次成分係指能以載台座標系(XY座標系)之座標軸X,Y之1次項來近似之成分；高次成分係指可以函數(分別以X2 ,XY,Y2 ,X3 ,X2 Y,XY2 ,Y3 為獨立變數之項的線性組合所表示)來近似的成分。
於此種晶圓方格產生非線性成分之主要原因，係有用於該晶圓曝光之曝光裝置的特性、例如晶圓載台WST之正交性或位置控制之非線性(所謂載台方格)。
因此，於投影曝光裝置1001 ~100N 設有為了抵消載台方格裝置間之偏移而進行所謂裝置間匹配的方格修正功能。此方格修正功能，係使用照射區域照射中心之位置偏移量的非線性成分圖之修正圖來進行。
此方格修正功能之修正圖的製作，係根據基準晶圓之製作、該基準晶圓上之標記測量、以及標記測量結果的順序來進行，而其具體方法因已詳細揭示於前述美國專利申請公開第2002/0042664號說明書，故為公知而省略其詳細說明。在本國際專利申請案所指定之指定國(或選擇之選擇國)之國內法令所允許的範圍內，援用該美國專利之揭示來作為本說明書記載之一部分。
此修正圖，係分別將基準晶圓裝載於投影曝光裝置1001 ~100N 時，根據藉由後述EGA之晶圓對準抽出之各照射區域中心之位置偏移量的非線性成分來作成。亦即，修正圖係基準晶圓基準。又，此處係以進行後述EGA時之所有樣品照射區域(EGA中用以測量位置座標之照射區域)之組合，來分別作成修正圖。亦即，此修正圖係對各投影曝光裝置、各樣品照射區域之組合以檔案形式來製作。此修正圖檔案藉由資訊集中伺服器130儲存於記憶裝置140內，並登錄於記憶裝置140內之資料庫。資訊集中伺服器130，可將裝置名、樣品照射區域之組合等作為金鑰，藉由參照該資料庫，搜尋出與該等條件一致之修正圖檔案的檔名，並可由此檔名讀出檔案。
《曝光製程》
其次，根據圖4~圖7說明以上述方式構成之本實施形態之微影系統110進行晶圓W之曝光步驟時各部的動作。圖4係顯示主機160之處理算法的流程圖，圖5、圖6、圖7係顯示資訊集中伺服器130之處理算法的流程圖。
<製程程式>
此微影系統110中，曝光對象之晶圓W係以複數片為單位加以群組化。將此群組稱為批量。本實施形態為簡化說明，微影系統110中，晶圓W係以批量單位來處理。主機160，具有記述微影系統110所處理之製程程式(產品別步驟)的製程程式檔案。本實施形態中，為簡化說明，係設定成已依批量預備製程程式檔案、且設定於各投影曝光裝置100i 之曝光條件(曝光ID)僅為一個，來進行說明。此製程程式檔案，係儲存於主機160內之未圖示的記憶裝置。
批量之晶圓W，根據寫入製程程式檔案內之製程程式來予以處理。此製程程式之內容例顯示於圖3(C)。如圖3(C)所示，於製程程式(P.P.)指定有該批之識別碼(批號)，此處指定1作為批號。進而亦包含有與現步驟相關之資訊。此現步驟係指於該批中對應於作為下一曝光對象之層的步驟。圖3(C)所示之製程程式中，現步驟係從PROC1登錄至PRPC5。在此製程程式中，PROC1為此批量第一層步驟之相關資訊，PROC2~PRPC5則分別為此批量第二層~第五層步驟之相關資訊。
如圖3(C)所示，在製程程式中，將與上述各層之步驟相關之資訊、亦即將各PROC1~PRPC5對應於現步驟，前步驟(X)、前步驟(Y)亦同時記載。此前步驟，係指當進行現步驟層之重疊曝光時，使該層重疊基準之基準層曝光時的步驟。本實施形態中，係設有前步驟(X)與前步驟(Y)，俾能在X軸方向與Y軸方向個別指定重疊基準之基準層。例如，在第一層之現步驟PROC1中，由於不存在有前步驟(X)、前步驟(Y)，因此該欄為空白，在第二層之現步驟PROC2中，由於前步驟只存在第一層之PROC1，因此前步驟(X)、前步驟(Y)皆為PROC1。亦即，在第二層之曝光中，X軸方向、Y軸方向均配合第一層來進行重疊曝光。又，在第三層之現步驟PROC3中，係於前步驟(X)指定PROC1、並於前步驟(Y)指定PROC2。亦即，在第三層之曝光中，雖在X軸方向係配合第一層進行重疊曝光，但在Y軸方向則配合第二層進行重疊曝光。剩餘之現步驟，亦分別指定在X軸方向應配合之前步驟(X)與在Y軸方向應配合之前步驟(Y)。
又，此製程程式中，係依現步驟來指定方格修正功能為有效或無效。圖3(C)之例中，現步驟之PROC3、PROC4係將方格修正功能設定為有效，其他之現步驟中則將方格修正功能設定為無效。此情形下，在將方格修正功能設定為有效之現步驟中，在X軸方向即取得與前步驟(X)之匹配，在Y軸方向則取得與前步驟(Y)之匹配。又，在方格修正功能設定為無效之現步驟中，前步驟(X)、與前步驟(Y)之匹配則不進行。
主機160，係管理顯示該批量之現步驟屬PROC1~PRPC5中何者的指標。因此，主機160在開始進行對該批量之處理時，可根據該指標讀出對應於該批量之製程程式檔案，以參照下一曝光層之步驟(現步驟)。
此外，此製程程式檔案，亦記述有圖3(C)之現步驟PROC1~PRPC5中各複數參數群的資訊。於此種參數群含有下述參數群，亦即包含標線片圖案尺寸、標記形狀及配置、以及描繪誤差等之標線片相關參數群；包含照射尺寸、各照射區域之掃描方向或步進方向、以及照射區域中心座標等之照射圖等晶圓相關參數群；曝光量、遮板、焦點、倍率、位準、以及偏置等之曝光條件參數群；對準感測器、對準方式、以及偏置等之對準相關參數；變形光源、σ等之2次光源形狀等之照明條件參數。此製程程式檔案，係在進行現步驟時，從主機160送至各投影曝光裝置100i 之主控制裝置20，主控制裝置20，則在曝光前根據該製程程式中所含之與現步驟對應之參數群的設定值來設定裝置參數。
此外，此製程程式檔案係預先亦送至資訊集中伺服器130，並儲存於記憶裝置140。
<主機之處理開始>
圖4之流程圖所示之主機160之處理算法的開始，係與某製程程式對應之曝光處理準備開始之時。此外，前提為曝光對象之批量晶圓W已完成一層以上曝光之晶圓。
首先，圖4之步驟202中，主機160對資訊集中伺服器130詢問用以進行曝光對象之晶圓W曝光的適當投影曝光裝置。該詢問時所送之資料中，係參照為曝光對象之該批量的製程程式，而包含和該批量之識別碼(批號)與現步驟相關的資訊。接著，進至步驟204，等待來自資訊集中伺服器130之對此詢問的回應送來。
<資訊集中伺服器處理開始>
另一方面，當資訊集中伺服器130接收上述詢問之資訊時，即開始圖5之流程圖所示之程式處理(處理算法)。
首先，在圖5之步驟302中，使用所接收之詢問資訊中所含的批號，搜尋儲存於記憶裝置140之製程程式檔案並將該檔案讀出，且使用現步驟名讀出製程程式檔案所指定之對應於現步驟之基準層，亦即讀出前步驟(X)、前步驟(Y)。例如，圖3(C)所示之製程程式檔案中，當現步驟名為「PROC2」時，則讀出PROC1作為前步驟(X)、讀出PROC1作為前步驟(Y)，當現步驟名為「PROC3」時，則讀出PROC1作為前步驟(X)、讀出PROC2作為前步驟(Y)。
次一步驟304中，以該製程程式之批號名為金鑰，從記憶裝置140之曝光履歷資料庫讀出批量履歷，作成圖3(B)所示之該批量的批量履歷表。次一步驟306中，以前步驟名(X)為金鑰，從該批量履歷表讀出用於前步驟(X)之曝光之投影曝光裝置100i 之裝置名、處理時日、像畸變修正值等，並搜尋儲存於記憶裝置140之投影像畸變資料的資料庫，以取得進行該前步驟(X)之處理時日中與該裝置相關的投影像畸變資料。例如，當前步驟為「PROC1」時，則從圖3(B)所示之批量履歷表讀出裝置名1001 、處理時日「2005－11－01」、當時之像畸變修正值k1~k20，並從圖3(A)所示之像畸變資料庫，讀出2005年11月之裝置1001 的像畸變資料。
次一步驟308中，將取得之投影像畸變資料，以上述步驟304中讀出之前步驟曝光時之像畸變修正值進一步加以變形(修正)，算出前步驟曝光時之像畸變資料。
次一步驟310中，判斷前步驟(X)與前步驟(Y)是否為不同步驟。若此判斷為肯定則進至步驟312，若為否定則進至步驟322。
步驟312中，根據該步驟304中作成之批量履歷表，讀出用於前步驟(Y)之投影曝光裝置100i 的裝置名、處理時日、像畸變修正值等，並搜尋儲存於記憶裝置140之投影像畸變資料的資料庫，以取得進行該前步驟(Y)之處理時日中與該裝置相關的投影像畸變資料。次一步驟314中，將投影像畸變資料以前步驟曝光時之像畸變修正值加以變形(修正)，算出前步驟曝光時之像畸變資料。
次一步驟316中，從前步驟(X)之像畸變資料中僅抽出X軸方向之畸變量，來作成像畸變資料。圖8(A)係示意顯示此處理前之前步驟(X)之像畸變資料例，圖8(B)係顯示進行此處理後所抽出之前步驟(X)中與X軸方向相關之像畸變資料例。圖8(A)所示之例中，雖投影像之畸變，係在X軸方向變形為弓形、在Y軸方向為一定倍率放大之畸變，但此時如圖8(B)所示，抽出之投影像畸變係僅為X軸方向之弓形變形。
次一步驟316中，從前步驟(Y)之像畸變資料中僅抽出Y軸方向之畸變量，作成像畸變資料。圖8(C)係示意顯示此處理前之前步驟(Y)之像畸變資料例，圖8(D)係示意顯示此處理後所抽出之前步驟(Y)的像畸變資料例。此時，圖8(C)所示之例中，雖投影像之畸變係在X軸方向以一定倍率放大、在Y軸方向呈傾斜(一次)的畸變，但如圖8(D)所示，投影像之畸變係僅Y軸方向之一次變形。
次一步驟320中，將上述步驟316中抽出之像畸變資料與步驟318中抽出之像畸變資料予以合成。圖8(E)係顯示合成後之像畸變資料。在圖8(E)所示之例中，投影像之畸變係圖8(B)所示之X軸方向之畸變與圖8(D)所示之Y軸方向之畸變所合成之畸變。
在步驟310之判斷為否定後或已執行步驟320後所執行之步驟322中，係取得將投影曝光裝置100i (i＝1~N)作為現步驟之裝置時之各個現在的像畸變資料。次一步驟324中，作成在該步驟320合成之像畸變資料(或以步驟308修正之像畸變資料)與現步驟之曝光裝置之最新像畸變資料的差分資料。
進至圖6，次一步驟402中，當欲調整各投影曝光裝置100i 中與差分資料對應之投影像畸變時，係使用例如最小平方法分別算出成像特性修正裝置之驅動量(墊圈驅動量)。此外，此計算需要各列表資料檔案(透鏡參數檔案)，其係各投影曝光裝置100i 之投影光學系PL中用以驅動可動透鏡(透鏡元件27等)之每個驅動元件(壓電元件11a,11b,11c)之單位驅動量(調整量)的相對像畸變位移量(各測量標記像之位置變化量)。
次一步驟404中，藉由將墊圈修正量及像面傾斜量與投影曝光裝置100i 之界限值(表示可修正範圍之值)相比較，來從投影曝光裝置100i 中抽出具有充分像畸變修正能力來進行現步驟的投影曝光裝置。
次一步驟406中，在X軸方向、Y軸方向分別算出所抽出之投影曝光裝置100i 在適用各墊圈修正量時之像畸變資料的位移量。次一步驟408中，依各裝置算出像畸變資料位移量以次式(1)表示時之3次模式的係數(所謂k參數)k1 ~k2 0 之值。
次一步驟410中，依裝置算出前步驟之像畸變資料、與假設將投影曝光裝置100i (i＝1~N)作為現步驟處理裝置使用時之現步驟像畸變資料的差分(像畸變差分資料)。
次一步驟412中，對第i台投影曝光裝置，將預先求出之像畸變差分資料減去步驟406中求出之變化量，以求出照射內各座標之修正後最終像畸變的殘留誤差資料。
步驟414中，抽出所有座標之殘留誤差資料在容許值內之投影曝光裝置100i 。次一步驟416中，作成像畸變殘留誤差資料在容許值內之1台或複數台投影曝光裝置的裝置表(包含列出之裝置應使用之像畸變修正值、殘留誤差)，步驟418中，則將該合適裝置表作為前述詢問之回答來送至主機160後，結束一連串之處理。
另一方面，雖主機160在進行上述資訊集中伺服器130之處理期間，係等待圖4步驟206中之來自資訊集中伺服器130的回答，但藉由進行上述步驟418之處理(對詢問之回答)，即會使步驟204為肯定而進至步驟206。
步驟206中，對記載於所接收之裝置表內的裝置(合適裝置)，參照現在運作狀況、將來預定之運作、以及殘留誤差，綜合地考量微影系統110之處理效率與曝光精度，來從所接收之合適裝置中選擇進行重疊曝光之投影曝光裝置。主機160，例如當複數台合適裝置現在為非運作中時，藉由選擇其中殘留誤差為最小者來作為進行現步驟之曝光的曝光裝置，即可確保處理效率並同時提高曝光精度。當然，當作為合適裝置之投影曝光裝置為1台時，係選擇該投影曝光裝置作為進行現步驟之曝光的曝光裝置。
又，例如主機160，當作為合適裝置之投影曝光裝置為複數台、且所有合適裝置均在運作中時，例如從以產量為優先之觀點來看，亦可從合適裝置中選擇預計最早完成現在曝光動作的投影曝光裝置，從同樣觀點來看，若現在未運作之投影曝光裝置為1台時，則亦可選擇該投影曝光裝置。
次一步驟208中，參照流程程式來判斷現步驟之方格修正是否為有效。此判斷若為肯定則進至步驟210，若為否定則進至步驟214。
次一步驟210中，對資訊集中伺服器130進行該修正圖檔案名之詢問。此詢問係包含此批之批號、現步驟及該步驟206所選擇之現步驟之裝置名。次一步驟212中，主機160則等待回答。
另一方面，當資訊集中伺服器130接收到該詢問資訊時，即開始圖7之流程圖所示之程式的處理(處理算法)。
首先，步驟502中，使用含於所接收之詢問資訊的批號，搜尋儲存於記憶裝置140之製程程式檔案並讀出該檔案，使用現步驟名讀出製程程式檔案所指定之與現步驟對應之基準層、亦即前步驟(X)、前步驟(Y)、以及進行後述EGA時之樣品照射組合。例如，如圖3(C)所示之製程程式檔案中，當現步驟名為「PROC4」時，即讀出「PROC2」來作為前步驟(X)、讀出「PROC3」來作為前步驟(Y)。
次一步驟506中，以前步驟(X)為金鑰，讀出該步驟之修正圖檔案。此處，若前步驟(X)本身之修正圖檔案已登錄於資料庫時，即讀出該修正圖檔案，若該修正圖檔案尚未登錄於資料庫時，則以前步驟(X)為金鑰，參照曝光履歷資料庫以取得前步驟(X)之裝置名，並以前步驟(X)之裝置名與從製程程式檔案讀出之該樣品照射的組合為金鑰，搜尋儲存於記憶裝置140之修正圖檔案資料庫，並讀出已進行前步驟(X)之裝置的修正圖檔案來作為修正圖檔案(X)。
次一步驟508中，判斷前步驟(X)與現步驟(Y)是否不同。此判斷若為肯定則進至步驟510，若為否定則進至步驟520。
在上述判斷為肯定後進行之步驟510中，係讀出前步驟(Y)之修正圖檔案。此處亦同樣地，若前步驟(X)本身之修正圖檔案已登錄於資料庫時，即讀出該修正圖檔案，若該修正圖檔案尚未登錄於資料庫時，則以前步驟(X)為金鑰，參照曝光履歷資料庫以取得前步驟(X)之裝置名，並以前步驟(Y)之裝置名與從製程程式檔案讀出之該樣品照射之組合為金鑰，搜尋儲存於記憶裝置140之修正圖檔案資料庫，並讀出已進行前步驟(Y)之裝置的修正圖檔案來作為修正圖檔案(Y)。
次一步驟512中，從修正圖檔案(X)內之修正量資料中僅抽出X軸方向之修正量，次一步驟514中，則從修正圖檔案(Y)內之修正量資料中僅抽出Y軸方向之修正量，次一步驟516中，則將所抽出之X軸方向之修正量與Y軸方向之修正量予以合成，步驟518中，根據該合成結果作成新的修正圖。圖10(A)係示意顯示步驟512中抽出之X軸方向之修正量例，圖10(B)係示意顯示步驟514中抽出之Y軸方向之修正量例。接著，圖11係示意顯示藉由將此等修正量合成而作成之修正圖例。
在步驟508之判斷為否定後或執行完步驟518後所執行之步驟520中，以現步驟之裝置名為金鑰來讀出現步驟之裝置的修正圖檔案，步驟522中，則作成現步驟之裝置之修正圖與步驟518中作成之合成修正圖(或步驟506所讀出之修正圖)之差分資料。次一步驟524中，將該差分資料群作為現步驟之修正圖檔案，並將該檔名登錄於資料庫且儲存於記憶裝置140。接著，步驟526中，將新的修正圖檔案名回答至主機160，結束處理。此新的修正圖檔案，係指定此層為前步驟(X)或前步驟(Y)時所讀出的修正圖檔案。
另一方面，主機160在進行上述資訊集中伺服器130之處理期間，雖係等待圖4之步驟212中來自資訊集中伺服器130的回答，但藉由進行上述步驟520之處理(對詢問之回答)，即會使步驟212為肯定而進至步驟214。
接著，步驟214中，判斷所選擇之投影曝光裝置100i 是否已結束運作，當此判斷為否定時即等待該運作結束。另一方面，當此步驟214之判斷為肯定時，亦即所選擇之投影曝光裝置100i 已結束當初之運作(非運作中)或已結束運作時，則進至步驟216，對該選擇之投影曝光裝置100i 的主控制裝置20進行曝光執行之指示。此曝光指示包含製程程式檔案。此製程程式檔案包含從資訊集中伺服器130讀出之修正圖檔案名、及在投影曝光裝置100i 之投影光學系統PL待調整之像畸變修正值。其後，進至步驟218，等待曝光結束之通知。
當進行上述曝光執行之指示後，所選擇之投影曝光裝置100i (i係1~N之任一個)的主控制裝置20，即開始圖9之流程圖所示之處理。其前提為，標線片R之裝載、以基準標記板FM為基準之標線片對準、以及基線測量等均已完成。
如圖9所示，首先，步驟602中，根據所接收之像畸變修正值來控制本身之成像特性修正裝置，以調整投影像之畸變。具體而言，算出對各驅動元件的施加電壓(與從主機160收取之像畸變修正值對應)，並將該施加電壓透過成像特性控制部12施加於各驅動元件來驅動可驅動之各透鏡元件，以調整投影光學系統的畸變等。
次一步驟604中，參照製程程式判斷方格修正功能是否有效。以下之步驟606→608→610→612，係在此判斷為肯定時執行。
首先，步驟606中，取得儲存於製程程式檔案之修正資訊檔名，在步驟608中，將對應於該檔名之修正圖檔案透過資訊集中伺服器130以從記憶裝置140傳送之方式來詢問，在步驟610中，等待至該傳送結束為止。
當傳送結束時，步驟610，即讀入修正圖檔案之內容。此外，在此等待傳送之期間，主控制裝置20，能從製程程式讀入曝光條件等之各種參數，預先設定為裝置參數。
在步驟612結束後或在步驟604之判斷為否定後，在步驟614中即進行晶圓交換。此處，係使用未圖示之晶圓搬送系統將該批量最前頭之晶圓裝載於晶圓載台WST上。次一步驟616中，則進行搜尋對準。此處，係測量搜尋於晶圓W上依照該照射區域排列而形成之對準標記的位置座標，藉此求出該照射區域之概略排列座標。
次一步驟618係進行EGA測量。此處，依據包含於製程程式之照射圖資料及樣品照射區域之選擇資訊等之照射資料，進行EGA方式之晶圓對準，並算出晶圓W上之全照射區域之位置座標，儲存於內部記憶體之指定區域。此EGA測量，因已揭示於例如日本特開昭61－4429號公報(對應美國專利第4,780,617號說明書)，故省略詳細說明。在法令所允許之範圍內，援用該公報及對應之美國專利中之揭示來作為本說明書記載之一部分。
次一步驟620中，根據全照射區域之排列座標及修正圖檔案之各照射區域位置偏移量之非線性成分的修正值(修正資訊)，算出各照射區域之位置偏移量(線性成分及非線性成分)經修正後之重疊修正位置。不過，此步驟620，在方格修正功能為無效時係不進行。
次一步驟622中，則根據算出之重疊位置與預先測量之基線，重複進行使晶圓W依次從晶圓上之加速開始位置步進之動作(為使晶圓W各照射區域曝光)、以及使標線片載台RST與晶圓載台WST向掃描方向一邊同步移動、一邊將標線片圖案轉印於晶圓上的動作，以進行步進掃描方式之曝光動作。藉此，結束批量前頭(該批量內之第一片)之晶圓W的曝光處理。結束1批量晶圓W之曝光處理。此外，藉由多焦點位置測量系統(13,14)，進行對投影光學系統PL之晶圓W之自動對焦位準控制。
次一步驟624中，判斷對批量內所有晶圓W之曝光是否結束。此處，由於僅結束第一片晶圓之曝光，因此判斷為否定而返回步驟614。其後，重複步驟614→616→618→620→622→624，進行批量內晶圓W之曝光，直到批量內之所有晶圓W之曝光結束、步驟624之判斷為肯定為止，。在步驟622之判斷為肯定後，即進至步驟626。
步驟626中，通知主機160曝光結束。此時，從該投影曝光裝置100i 之主控制裝置20對主機160發送曝光結束之通知與該曝光履歷資料。
另一方面，主機160在進行上述現步驟之曝光期間，雖係處於圖4之步驟218之等待狀態，但因該曝光結束之通知，步驟218為肯定而進至步驟220，從上述步驟626(圖9)中選擇之投影曝光裝置100i 之主控制裝置20將與曝光結束通知一起收取之曝光履歷資料通知資訊集中伺服器130後，即結束一連串之處理。資訊集中伺服器130，係將上述資料儲存於記憶裝置140，並登錄於資料庫。
如以上說明，根據本實施形態，由於依XY座標系之各軸來選擇下一層重疊曝光(現步驟)之基準層(前步驟層)，因此可將已進行該基準層(前步驟(X)、前步驟(Y))之曝光的投影曝光裝置100i 在該時間點之投影像畸變成分(包含於與重疊曝光相關之資訊)作為基準，來依各軸調整投影像之畸變。藉此，可實現配合電路圖案設計之更高精度的重疊曝光。
又，根據本實施形態，由於依XY座標系之各軸來選擇下一層重疊曝光之基準層，因此可將投影曝光裝置(用於該基準層(前步驟(X)、前步驟(Y))之曝光)之複數個照射區域各個形成位置之位置偏移量的非線性成分(包含於與重疊曝光相關之資訊)作為基準，來依各軸調整該非線性成分。藉此，可實現配合電路圖案設計之更高精度的重疊曝光。
此外，上述實施形態中，雖說明了依XY座標系之各軸來一層層選擇下一層之重疊曝光(現步驟)的基準層(前步驟之層)，但本發明不限於此，亦可依軸選擇複數層來作為基準層。例如，當對基板下層起依序積層A、B、C三層之基板進行下一層D之重疊時，亦可以選擇A層與B層作為X軸之基準層，並選擇C層作為Y軸之基準層。
又，亦可有選擇為兩軸(XY軸)之基準層。例如，亦可選擇A層與B層作為X軸之基準層，並選擇A層與C層作為Y軸之基準層。此時，A層係被選擇作為X,Y兩方之基準層。
此外，如上述依各軸選擇複數層作為基準層時，亦可將所選擇之基準層的投影像畸變成分、或照射排列之位置偏移量的非線性成分，透過統計方式處理來加以使用。此時之統計方式處理，可為單純平均處理、亦可為對選擇之各基準層賦予權重之加權平均處理。此外，在進行加權平均時，亦可考量各種加權手法，例如對越接近現步驟之層則越加重權重(層間之位置關係)、或對所要形成之線寬越接近現步驟之線寬的層則越加重權重(圖案線寬之近似度)、或經過與現步驟越類似之製程之層則越加重權重(製程類似度)等。
如此，由於根據所選擇之基準層(前步驟(X)、前步驟(Y))之圖案像形成狀態(投影像之畸變或照射區域之排列的非線性成分)來依各軸調整投影曝光裝置之曝光狀態，並進行下一層之重疊曝光，因此可實現對應元件電路設計資訊之更高精度的重疊曝光。
此外，上述實施形態之曝光製程的說明中，雖曝光ID在各投影曝光裝置100i 僅為一個，但如上所述，實際上在各投影曝光裝置100i 亦可設定複數個相異之曝光條件，而亦有在前步驟(X)與前步驟(Y)曝光ID相異之情形。此時，由於在曝光履歷亦包含前步驟之曝光時之曝光ID等資訊，而像畸變資料亦可依各曝光條件定期取得，因此能從在該曝光條件下之像畸變資料抽出各軸之像畸變資料。同樣地，由於該步驟所使用之標線片等資訊亦包含於曝光履歷，因此亦可將各軸之標線片製造誤差予以合成，使用現步驟之曝光修正。如此，可依各軸來個別選擇欲配合之前步驟，且只要預留前步驟之資訊，藉由將各軸之資訊予以平均化，依各軸進行向量合成而非予以平滑化，即可實現對應電路設計之更高精度的重疊曝光。
此外，上述實施形態中，雖在X軸方向及Y軸方向個別選擇前步驟，但亦可以XY平面內彼此正交之2軸來個別選擇前步驟。例如，亦可設定成以具有相對X軸、Y軸呈45度角度之2軸來個別選擇前步驟。
又，可個別選擇前步驟之2軸非正交亦可。如此，只要可將該等軸之資訊予以向量合成，相較於將前步驟之資訊單純平均化的方式，更可實現高精度之重疊曝光。進一步地，進行合成之軸數目亦不限2軸，亦可為3軸以上。只要將此等所有軸之資訊予以向量合成即可。
又，上述實施形態中，雖將各投影曝光裝置100i 之像畸變資料測量定為每月進行，但此間隔係可任意設定，亦可以每年、每日、或不定期。此間隔係只要根據各投影曝光裝置100i 之像畸變資料的隨時間變化來預先決定即可，亦可依各裝置分別改變間隔。
又，上述實施形態中，雖適用使用修正圖之方格修正功能，此種方格修正功能，亦可適用不以修正圖而將照射中心之位置偏移量，以X與Y作為獨立變數之函數(修正函數)的方式來表現，再使用該修正函數的方格修正功能。
又，在進行多種類少量生產之微影系統中，實際上亦有同批量內混合有相異產品之晶圓的情形，此時當然亦可適用本發明。
此外，上述實施形態中，雖將全部投影曝光裝置1001 ~100N 視為具有投影像畸變修正功能，但不限於此，亦可是投影曝光裝置1001 ~100N 中僅一部分可調整投影像之畸變。在此種情況下，僅該種可調整投影像畸變之投影曝光裝置，藉由資訊集中伺服器130，算出現步驟曝光時應使用之像畸變修正值。接著，當主機160選擇1台可調整投影像畸變之投影曝光裝置，作為進行現步驟曝光之合適裝置(投影曝光裝置)時，則將像畸變修正值作為曝光指令之一部分送至其選擇之合適裝置。此與方格修正功能為相同情形，並不須於所有裝置皆具備方格修正功能。
此外，在掃描型曝光裝置之情形，有時在前述各測量點之像畸變資料中，會包含因標線片載台RST與晶圓載台速度比之差異、或掃描方向所成角度之偏移等造成之載台系統之位置控制的線性畸變成分、亦即所謂載台成分。因此，當欲去除此種載台成分以進行重疊曝光時，最好係從所測量之像畸變資料去除載台成分後，再進行像畸變資料之比較。
又，設置於標線片載台或晶圓載台之干涉儀用的反射面(在上述實施形態中為移動面之反射鏡)若有包含凹凸、傾斜、以及彎曲等扭曲時，由於此成分亦包含於像畸變資料，因此最好係同樣地預先去除扭曲成分較佳。
又，亦可預先製作於前述透鏡參數檔案之調整量包含前述載台成分而擴張的擴張透鏡參數檔案，再使用該擴張透鏡參數檔案來進行與上述實施形態同樣之處理。此時，當根據算出之像畸變修正值算出之非零之載台成分控制量時，主控制裝置20在各照射區域之曝光時，則根據該控制量，調整標線片載台RST與晶圓載台之速度比、以及掃描方向所成角度的至少一方。
又，上述實施形態中，各投影曝光裝置中圖案像畸變之測定，雖係藉由將形成於測試用標線片之圖案實際轉印於晶圓並測量轉印於晶圓之圖案來進行，但亦可代替此方式，根據使用空間像測量器之形成於測試用標線片之圖案的空間像(投影像)測量結果，求出各投影曝光裝置之圖案像畸變。又，上述實施形態中，雖以形成於晶圓上之轉印像為基礎來計算前步驟之畸變，但不限於此，亦可預先在層上配置可知畸變之複數標記，藉由測量該等標記求出前步驟之畸變。
又，上述實施形態中，為取得掃描型曝光裝置之像畸變資料，雖係藉由以掃描曝光方式將測試用標線片之圖案轉印於晶圓上，來取得在掃描曝光範圍全區之像畸變資料(動態畸變資料)，但亦可僅以靜止曝光方式將測試用標線片之圖案轉印於晶圓上，並從該轉印像之檢測結果來取得在投影光學系統之長方形曝光區域(即在晶圓上之照明光照射區域)內之像畸變資料(靜態畸變資料)。
此外，上述實施形態中，雖在資訊集中伺服器130進行X軸方向之像畸變資料與Y軸方向之像畸變資料之合成、或X軸方向之載台方格與Y軸方向之載台方格之合成，但此處理係亦可以主機160或主控制裝置20來進行。
承上所述，本發明不限於微影系統110之構成。例如，記憶裝置140亦可直接連接於主控制裝置20、或透過LAN170來連接。
又，上述實施形態中，雖說明了透過區域網路(LAN)來連接各投影曝光裝置100i (i＝1、2、…、N)、資訊集中伺服器130、記憶裝置140、終端伺服器150、以及主計算機系統160之情形，但不限於此，亦可採用透過無線線路來使各投影曝光裝置100i (i＝1、2、…、N)、資訊集中伺服器130、以及主計算機系統160三者可相互通訊之構成。
此外，記憶裝置140當然可採用磁性記憶裝置(磁碟、磁帶等)、電氣記憶裝置(具備電池支援之RAM等半導體記憶體等)、光磁性記憶裝置(光磁碟等)、電磁性記憶裝置(數位聲頻帶(DAT)等)等以各種記憶形態來儲存之裝置。
此外，上述實施形態中，雖構成微影系統之複數投影曝光裝置1001 ~100N 均為掃描曝光裝置，但掃描型曝光裝置與靜止型曝光裝置亦可混合存在，或投影曝光裝置皆為靜止型曝光裝置亦可。又，構成微影系統110之複數投影曝光裝置1001 ~100N 中，亦可混合存在有不同解像度之曝光裝置、或波長相異之照明光IL的曝光裝置。
又，投影曝光裝置之曝光對象，不限於如上述實施形態之半導體製造用晶圓，亦可廣泛應用於例如液晶顯示元件、電漿顯示器或有機發光二極體等之顯示器裝置製造用的方形玻璃板、或用以製造薄膜磁頭、攝影元件(CCD等)、以及光罩或標線片等之基板。
又，上述實施形態之投影曝光裝置的投影光學系統倍率可不僅是縮小系統而亦可是任一等倍及放大系統，投影光學系統PL可不僅是折射系統而亦可是任一種反射系統及反射折射系統，該投影像亦可是倒立像及正立像之任一種。
此外，微影系統之投影曝光裝置中之至少1台，亦可是使用根據待曝光圖案之電子資料形成透射圖案、反射圖案、或發光圖案之電子光罩的裝置。此種電子光罩，例如揭示於美國專利第6,778,257號公報。此處，參照此美國專利第6,778,257號公報來予以援用。在本國際申請所指定之指定國(或選擇之選擇國)之國內法令所允許的範圍內，援用該美國專利中之揭示來作為本說明書記載之一部分。
此外，該電子光罩係包含非發光型影像顯示裝置與自發光型影像顯示裝置兩種之概念。此處，非發光型影像顯示裝置亦稱為空間光調變器(Spatial Light Modulator)，係將光之振幅、相位、或偏光狀態予以空間性調變之元件，並區分為透射型空間光調變器與反射型空間光調變器。透射型空間光調變器包含透射型液晶顯示元件(LCD：Liquid Crystal Display)、電致變色顯示器(Electrochromic Display：ECD)等。又，反射型空間光調變器，包含數位微鏡元件(DMD：Digital Mirror Device或Digital Micro－Mirror Device)、反射鏡陣列、反射型液晶顯示元件、電泳顯示器(EPD：ElectroPhoretic Display)、電子紙(或電子墨水)、光繞射光閥(Grating Light Valve)等。
又，自發光型影像顯示元件，係包含陰極射線管(CRT：Cathode Ray Tube)、無機電激發光(無機EL：ElectroLuminescence)、場發射顯示器(FED：Field Emission Display)、電漿顯示器(PDP：Plasma Display Panel)或具有複數發光點之固態光源晶片、將晶片排列成複數陣列狀之固態光源晶片陣列、或將複數發光點組入於一片基板之固態光源陣列(例如發光二極體(LED：Light Emitting Diode)顯示器、有機發光二極體(OLED：Organic Light Emitting Diode)顯示器、雷射二極體(LD：Laser Diode)顯示器等)等。此外，若將設於周知電漿顯示器(PDP)之各像素之螢光物質除去時，即成為發出紫外區之光的自發光型影像顯示元件。
又，投影光學系統在使用KrF、ArF準分子雷射光等之遠紫外線時，須使用石英或螢石等可使遠紫外線透設之材料作為玻璃材，使用F2 雷射光等時，須使用螢石以外之氟化物結晶。
又，上述實施形態中，以主機160管理之投影曝光裝置的曝光用照明用光，並不限於波長100nm以上之光，當然亦可使用波長未滿100nm之光。例如，近年來為使70nm以下之圖案曝光，係以SOR或電漿雷射作為光源，來產生軟X射線區域(例如5~15nm之波長區)之EUV(Extreme Ultraviolet)光，同時進行根據該曝光波長設計之全反射縮小光學系統、及使用反射型光罩之EUV曝光裝置的開發。在此裝置中，因可考量使用圓弧照明同步掃描光罩與晶圓來進行掃描曝光的構成，因此此種裝置亦可採用作為構成本發明之微影系統的投影曝光裝置。此外，亦可採用例如揭示於國際公開WO099/49504號說明書之在光學系統PL與晶圓間充滿液體(例如純水等)的液浸型曝光裝置、或步進接合(Step and Stitch)方式之曝光裝置等，來作為構成本發明之微影系統的投影曝光裝置。又，本發明亦適用於具有2座晶圓載台之雙載台型曝光裝置、或以複數之曝光光線進行曝光之多點曝光裝置。
又，亦可將使用電子射線或離子束等帶電粒子之曝光裝置作為構成本發明之微影系統的投影曝光裝置。此外，電子射線曝光裝置，係可為錐束(Pencil Beam)方式、可變成形束(Variable Shaped Beam)方式、單元投影方式、遮蔽光閘陣列方式、以及光罩投影方式之任一種。
半導體元件之製造，係經由下述步驟等來製造，亦即進行元件製造、性能設計之步驟；根據此設計步驟來製作標線片之步驟；從矽材料製作晶圓W之步驟；藉由上述實施形態之微影系統110及投影曝光裝置100i 將標線片之圖案轉印於晶圓W之微影步驟；記憶體修復步驟；元件組裝步驟；(切割步驟、接合步驟、封裝步驟)；以及檢查步驟等。在此情形下，由於在微影步驟中使用上述實施形態之曝光裝置100i 執行上述之曝光方法來在基板上形成元件圖案，因此可以良好良率製造高積體度之元件。
如以上說明，本發明之微影系統及曝光方法，適合於使用複數投影曝光裝置將圖案重疊轉印於感光物體上。
8．．．對準感測器
9．．．晶圓保持具
11a,11b,11c．．．壓電元件
12．．．成像特性控制部
13．．．照射系統
14．．．受光系統
15,17．．．移動鏡
16．．．標線片雷射干涉儀/標線片干涉儀
18．．．晶圓雷射干涉儀/晶圓干涉儀
20．．．主控制裝置
27,29．．．透鏡元件
28．．．保持構件
32．．．鏡筒
110．．．微影系統
1001 ~100N ．．．投影曝光裝置
130．．．資訊集中伺服器
131．．．輸出入裝置
140．．．記憶裝置
150．．．終端伺服器
160．．．主計算機系統
170．．．區域網路(LAN)
180．．．通訊路徑
AX．．．光軸
FM．．．基準標記板
IL．．．照明用光
IOP．．．照明系統
PL．．．投影光學系統
R．．．標線片
RST．．．標線片載台
W．．．晶圓
WST．．．晶圓載台
圖1係概略顯示本發明一實施形態之微影系統構成的圖。
圖2係顯示圖1之投影曝光裝置1001 概略構成的圖。
圖3(A)係顯示像畸變資料之資料庫例的圖，圖3(B)係顯示曝光履歷表例的圖，圖3(C)係顯示流程程式例的圖。
圖4係顯示構成本發明一實施形態之微影系統之主計算機系統之處理算法的流程圖。
圖5係顯示構成本發明一實施形態之微影系統之資訊集中伺服器之處理算法(其一)的流程圖。
圖6係顯示構成本發明一實施形態之微影系統之資訊集中伺服器之處理算法(其二)的流程圖。
圖7係顯示構成本發明一實施形態之微影系統之資訊集中伺服器之處理算法(其三)的流程圖。
圖8(A)係顯示像畸變資料例的圖，圖8(B)係顯示僅抽出X軸方向畸變量時之像畸變資料例的圖，圖8(C)係顯示像畸變資料例的圖，圖8(D)係顯示僅抽出Y軸方向畸變量時之像畸變資料例的圖，圖8(E)係顯示合成後之像畸變資料的圖。
圖9係顯示投影曝光裝置之處理算法的流程圖。
圖10(A)係顯示僅抽出X軸方向之非線性成分之修正圖例的圖，圖10(B)係顯示僅抽出Y軸方向之非線性成分之修正圖例的圖。
圖11係顯示合成後之修正圖例的圖。

Claims (16)

  1. 一種曝光方法，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，包含：選擇步驟，係依進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準；以及算出步驟，係從與依該二維正交座標系之各軸選擇之基準層之曝光狀態相關之資訊各個抽出與對應之軸方向相關之資訊，合成該抽出之各軸之資訊，並根據該合成資訊算出與該下一層之重疊曝光相關之資訊；與該重疊曝光相關之資訊，包含用於該基準層之曝光之投影曝光裝置中、在進行該曝光之時間點之投影像的畸變成分。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其進一步包含以下步驟，亦即，根據與所選擇基準層之圖案像形成狀態相關之資訊，一邊依該各軸調整投影曝光裝置之曝光狀態、一邊進行下一層之重疊曝光。
  3. 如申請專利範圍第1項之曝光方法，其中，該選擇步驟，至少在對一軸選擇了複數個基準層時，係藉由對該複數個基準層之投影像畸變成分進行加權平均處理，來算出該軸之該投影像的畸變成分。
  4. 如申請專利範圍第3項之曝光方法，其中，決定該加權平均處理之權重的基準，包含： 該基準層相對曝光對象層之位置關係、圖案線寬之近似度，以及製程之類似度。
  5. 一種曝光方法，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，包含：選擇步驟，係依進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準；以及算出步驟，係從與依該二維正交座標系之各軸選擇之基準層之曝光狀態相關之資訊各個抽出與對應之軸方向相關之資訊，合成該抽出之各軸之資訊，並根據該合成資訊算出與該下一層之重疊曝光相關之資訊；與該重疊曝光相關之資訊，包含用於該基準層之曝光之投影曝光裝置中、於該感光物體上形成複數個區塊區域時相對形成位置基準之位置偏移量的非線性成分。
  6. 如申請專利範圍第5項之曝光方法，其中，進一步包含以下步驟，亦即，根據與所選擇基準層之圖案像形成狀態相關之資訊，一邊依該各軸調整投影曝光裝置之曝光狀態、一邊進行下一層之重疊曝光。
  7. 如申請專利範圍第5項之曝光方法，其中，該選擇步驟，至少在對一軸選擇複數個基準層時，係以和該軸對應之該非線性成分作為該複數個基準層之非線性成分的加權平均。
  8. 如申請專利範圍第7項之曝光方法，其中，決定該 加權平均處理之權重的基準，包含：該基準層相對曝光對象層之位置關係、圖案線寬之近似度、以及製程之類似度。
  9. 一種微影系統，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，具備：複數個投影曝光裝置；記憶裝置，係儲存以該複數個投影曝光裝置中之任一裝置進行曝光後之層之圖案像形成狀態相關之資訊；第一選擇裝置，係依進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準，該資訊，包含用於該基準層之曝光之投影曝光裝置在進行該曝光之時間點之投影像的畸變成分；第二選擇裝置，係從該複數個投影曝光裝置中選擇作為進行下一層重疊曝光之投影曝光裝置；以及算出裝置，係從與該選擇之各軸之基準層之曝光狀態相關之資訊各個抽出與對應之軸方向相關之資訊，合成該抽出之各軸之資訊，並根據該合成資訊算出與該選擇之投影曝光裝置之下一層重疊曝光相關之資訊。
  10. 如申請專利範圍第9項之微影系統，其中，進一步包含以下步驟，亦即，根據與所選擇基準層之圖案像形成狀態相關之資訊，一邊依該各軸調整投影曝光裝置之曝光狀態，一邊進行下一層之重疊曝光。
  11. 如申請專利範圍第9項之微影系統，其中，該第 一選擇裝置，至少在對一軸選擇了複數個基準層時，係藉由該複數個基準層之投影像畸變成分的加權平均處理，算出該軸之該投影像的畸變成分。
  12. 如申請專利範圍第11項之微影系統，其中，決定該加權平均處理之權重的基準，包含：該基準層相對曝光對象層之位置關係、圖案線寬之近似度、以及製程之類似度。
  13. 一種微影系統，係以分層方式進行對感光物體上之重疊曝光，其特徵在於，具備：複數個投影曝光裝置；記憶裝置，係儲存以該複數個投影曝光裝置中之任一裝置進行曝光後之層之圖案像形成狀態相關之資訊；第一選擇裝置，係依進行重疊時作為基準之二維正交座標系的各軸，從已曝光之至少兩層之中選擇基準層，該基準層係作為用以獲得與下一層重疊曝光相關之資訊的基準；該資訊，係包含用於該基準層之重疊曝光之投影曝光裝置中、於該感光物體上形成複數個區塊區域時相對形成位置基準之位置偏移量的非線性成分；第二選擇裝置，係從該複數個投影曝光裝置中選擇用以進行下一層重疊曝光之投影曝光裝置；以及算出裝置，係從與該選擇之各軸之基準層之曝光狀態相關之資訊各個抽出與對應之軸方向相關之資訊，合成該抽出之各軸之資訊，並根據該合成資訊算出與該選擇之投影曝光裝置之下一層重疊曝光相關的資訊。
  14. 如申請專利範圍第13項之微影系統，其中，進一步包含下述步驟，亦即根據與所選擇基準層之圖案像形成狀態相關之資訊，一邊依該各軸調整投影曝光裝置之曝光狀態、一邊進行下一層之重疊曝光。
  15. 如申請專利範圍第13項之微影系統，其中，該選擇步驟，至少在對一軸選擇了複數個基準層時，係以和該軸對應之該非線性成分作為該複數個基準層之非線性成分的加權平均。
  16. 如申請專利範圍第15項之微影系統，其中，決定該加權平均處理之權重的基準，包含：該基準層相對曝光對象層之位置關係、圖案線寬之近似度、以及製程之類似度。
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