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JP2009170559A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

露光装置およびデバイス製造方法 Download PDF

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Yozo Fukagawa
容三 深川
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Abstract

【課題】
基板ステージの移動誤差を短時間で計測する露光装置を提供する。
【解決手段】
基板を保持して移動されるステージと、前記ステージに保持された基板上のマークを撮像するスコープと、を有し、前記ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、移動される前記基板ステージ上の計測用基板に配列された複数の第1マークを前記スコープに順次撮像させることにより、前記スコープを基準として前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量を算出し、算出された前記複数の第1のマークそれぞれの位置および回転量と、予め計測された前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量とに基づいて、前記基板ステージの移動誤差を算出する処理部と、を有することを特徴とする。
【選択図】図4

Description

本発明は、基板ステージを有する露光装置に関する。
露光装置における基板ステージの位置の幾何学的誤差は、例えば、基板ステージに取り付けられた平面ミラーの真直度、あるいは、この平面ミラーで反射させるレーザ光軸の平行度を原因として発生し、ミックスアンドマッチに影響を及ぼす。
そこで従来、例えば、以下の3つの方法でステージ位置の幾何学的誤差を計測補正していた。
特許3427113号公報(特許文献1)で提案されている第1の従来例の方法は、別の半導体露光装置によって基板であるウェハの全面にスコープ観察用マークを形成した計測用ウェハを用い、スコープ観察用マークを、順次、スコープで計測する。
この計測により、基板ステージの位置の幾何学的誤差を計測補正する。
特開2000−299278号公報(特許文献2)で提案されている第2の従来例の方法は、隣接ショットの一部領域に形成した重ね合せマークから、基板ステージの位置の幾何学的誤差を計測補正する。
特開2005−64268号公報(特許文献3)で提案されている第3の従来例の方法は、潜像レジストを塗布したウェハを使用することで、第2の従来例の方法の現像工程を省略した方法である。
特許3427113号公報 特開2000−299278号公報 特開2005−64268号公報
しかし、特許3427113号公報(特許文献1)の第1の従来例の方法は、計測マークを転写するときの基板ステージの位置誤差が不明であるため、マークの位置誤差が大きかった。
特開2000−299278号公報(特許文献2)の第2の従来例の方法は、基板ステージの位置誤差の影響を除去できる長所がある。
しかし、ウェハ全面のレジスト塗布、露光、現像、重ね合せマーク計測という工程が必要となるため、基板ステージの位置の幾何学的誤差の自動計測は困難であった。
そのため、ウェハ全面のレジスト塗布、露光、現像、重ね合せマーク計測という工程を必要とせず、高精度なステージ位置の幾何学的誤差を計測する方法が必要であった。
特開2005−64268号公報(特許文献3)の第3の従来例の方法は、現像工程を必要としないため、自動計測は可能であるが、露光の工程は省略できないため検査時間が長くなった。
そこで、本発明は、基板ステージの移動誤差を短時間で計測することを例示的目的とする。
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、基板を保持して移動される基板ステージと、前記基板ステージに保持された基板上のマークを撮像するスコープと、を有し、前記基板ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、移動される前記基板ステージ上の計測用基板に配列された複数の第1マークを前記スコープに順次撮像させることにより、前記スコープを基準として前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量を算出し、算出された前記複数の第1のマークそれぞれの位置および回転量と、予め計測された前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量とに基づいて、前記基板ステージの移動誤差を算出する処理部と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、例えば、基板ステージの移動誤差を短時間で計測することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例の露光装置を説明する。
半導体素子等のデバイスを製造する工程において、図1に示される本実施例の露光装置を用いて基板であるウェハ103を露光する。
すなわち、不図示の照明光学系により照明された原版であるレチクル(マスク)101に描画された回路等のパターンを、投影光学系102を介して基板であるウェハ103上に投影し転写する。
基板ステージであるウェハステージ104は、基板であるウェハ103を保持して移動される。
本実施例の露光装置における基板ステージの幾何学的誤差の計測方法においては、ウェハ103の代わりに、図2、図5に示される計測用基板である計測用ウェハ201,301を用いる。
計測用ウェハ201,301は、第1のマークであるスコープ観察用マーク203,303が、各々全面に配置され、スコープ観察用マーク203,303の位置が予め計測されて基板ステージであるウェハステージ104に載置される。
ウェハステージ104は、アクチュエータを内蔵し、ウェハステージ104の位置を高精度に計測するレーザ干渉計105の出力に基づき高精度に位置決めされる。
露光処理を終えたウェハ103は、様々な化学的処理や物理的処理を経た後に、再度の露光のため露光装置に投入される。
計測用ウェハ201,301上に設けられる第1のマークであるスコープ観察用マーク、または、第2のマークである重ね合わせられる検査マークの位置を、顕微鏡を含む計測器であるスコープ106で観察する。保持部109は、スコープ106を保持する。
スコープ106は、基板ステージであるウェハステージ104に保持された基板である計測用ウェハ201,301のマークを撮像する手段である。
処理部は、演算器107と制御器108とから成る。
処理部は、移動される基板ステージ上であるウェハステージ104上の計測用基板である計測用ウェハ201に配列された複数の第1マークであるスコープ観察用マーク203,205,207をスコープ106に順次撮像させる。
これにより、処理部は、スコープ106を基準として複数の第1マーク203,205,207それぞれの位置および回転量を算出する。
さらに、処理部は、算出された複数の第1のマーク203,205,207それぞれの位置および回転量と、予め計測された複数の第1マーク203,205,207それぞれの位置および回転量とに基づいて、ウェハステージ104の移動誤差を算出する。
演算器107は、スコープ106による計測に基づき、位置ずれ量を近似する線形な関係式のパラメータ(係数)を算出する。
この位置ずれ量は、上述の様々な処理およびウェハステージ104でのウェハチャッキング等に伴うウェハ103上の被露光領域であるショットまたはマークの位置ずれ量である。
この位置ずれ量とは、被露光領域群全体の並進、倍率および回転ならびに被露光領域内の並進、倍率および回転などの位置ずれ量の線形成分などをいう。
演算器107は、ウェハステージ104の目標位置を算出し、制御器108は、被露光領域の露光のため、演算器107により算出されたパラメータまたは目標位置の情報に基づき、ウェハステージ104の位置を制御する。
また、制御器108は、さらに、被露光領域内の位置ずれ量を示す情報に基づき、投影光学系102の投影倍率、ディストーション等の収差を制御する。
その場合、投影光学系102は、収差調整のために可動または変形可能な光学素子と、この光学素子を移動または変形させるためのアクチュエータとを含む収差調整手段を内蔵し、この収差調整手段は制御器108からの情報により動作する。
上述の構成の半導体露光装置では、各部品の取り付け精度も厳しく管理されて製造されるが、取り付けの位置精度は10μm、角度は10ppmが限度である。
このため、この取り付け精度の状態ではアッベ誤差を生じ、ウェハステージ104の位置のステージ格子誤差、配列誤差、ステッピング誤差などの幾何学的誤差を生じる。
本実施例の露光装置における第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法においては、図2に示される計測用基板である計測用ウェハ201を用いる。
この第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法は、基板ステージであるウェハステージ104を移動しつつ、各々の第1のマークであるスコープ観察用マーク203をスコープ106で観察する。
次に、観察された第1のマークであるスコープ観察用マーク203の画像を解析する。
次に、スコープ106を基準とする平面上の第1のマークであるスコープ観察用マーク203の位置および回転量を計測する。
次に、計測された第1のマークであるスコープ観察用マーク203の位置および回転量と、予め計測されている第1のマークであるスコープ観察用マーク203の位置との差からウェハステージ104の幾何学的誤差を演算器107で算出する。
図3は、計測用ウェハ201の一部を拡大表示したものであるが、任意の隣接重ね合せショット202の位置と回転量が正確に計測されている。
このため、位置と回転量が正確に計測された各ショット202に等しく第1のマークであるスコープ観察用マーク203も転写される。
図4に示されるように、第1のマークである理想的な位置にあるスコープ観察用マーク205は、理想的な位置にある隣接重ね合せのショット204に配置され、ショット中心を原点とする平面座標系Oの( x, y )の位置にある。
第1のマークである実際の位置にあるスコープ観察用マーク207は、実際の位置にある隣接重ね合せのショット206に配置される。
ショット204およびショット206において、ショット206の位置のずれdx,dyと回転量dθ が正確に計測されている。
このため、理想的な位置にあるスコープ観察用マーク205と、実際の位置にあるスコープ観察用マーク207の位置ずれ
бx, бyと回転量бθは、数式(1)(2)(3)で求めることができる。
Figure 2009170559
次に、この計測用ウェハ201をウェハステージ104に搭載する。
さらに、各々の第1のマークであるスコープ観察用マーク205,207が、スコープ106が計測できる位置に来るよう、ウェハステージ104を移動して、スコープ観察用マーク205,207の位置を計測する。
このときの計測値がex,ey,eθ,であったとすると、真のウェハステージ104の位置誤差exo,eyo,eθo,は数式(4)(5)(6)で求めることができる。
Figure 2009170559
計測用基板である計測用ウェハ201は、計測用ウェハ201の全面に転写された隣接するショット間であるショット202,202間で重ね合せられる第2のマーク203a,203bを形成する。
各々の第2のマーク203a,203bの重ね合せ誤差から計測用基板上である計測用ウェハ201上の各々のショット202の位置と回転量を算出する。
処理部である演算器107と制御器108は、部分的に重ね合された重ね合せ検査マークとして計測用基板である計測用ウェハ201に配列された複数の第2マーク203a,203bをスコープ106に順次撮像させる。
複数の第2マーク203a,203bそれぞれの重ね合せ誤差を計測することにより、予め計測された複数の第1マークであるスコープ観察用マーク205,207それぞれの位置および回転量を得る。
本実施例の露光装置は、そのマッチング精度を高精度な状態に維持する必要があり、定期的に基板ステージであるウェハ104の位置の幾何学的誤差を自動的に短時間で計測する。
これにより、基板ステージであるウェハ104の位置の幾何学的誤差を補正する。
本実施例の露光装置における第2の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法においては、図5に示される計測用基板である計測用ウェハ301を用いる。
図6は計測用ウェハ301の一部を拡大表示したものであるが、任意の隣接重ね合せショット302,302の位置と回転量が正確に計測されている。
このため、位置と回転量が正確に計測された各ショット302に等しく第1のマークであるスコープ観察用マーク303も転写される。
こうすれば、スコープ観察用マーク303の位置のずれбx,бyも数式(1)(2)(3)で求めることができる。
そして、図2の第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法と同じように、図5に示される計測用ウェハ301をウェハステージ104に搭載する。
次に、各々の第1マークであるスコープ観察用マーク303が、スコープ106により計測する位置に来るようウェハステージ104を移動してスコープ観察用マーク303の位置を計測する。
このときの計測値がex,ey,eθ,であるとすると、ウェハステージ104の真の位置誤差exo,eyo,eθo,は、数式(4)(5)(6)で求めることができる。
計測用基板である計測用ウェハ301は、計測用ウェハ301の全面に転写された隣接するショット302,302間で重ね合せられる第2のマークである303a,303bを形成する。
各々の第2のマークである303a,303bの重ね合せ誤差から計測用基板上である計測用ウェハ301上の各々のショット302の位置と回転量を算出する。
処理部である演算器107と制御器108は、部分的に重ね合された重ね合せ検査マークとして計測用基板である計測用ウェハ301に配列された複数の第2マーク303a,303bをスコープ106に順次撮像させる。
複数の第2マーク303a,303bそれぞれの重ね合せ誤差を計測することにより、予め計測された複数の第1マークであるスコープ観察用マーク303それぞれの位置および回転量を得る。
次に、図7及び図8を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図7は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
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(マスク製作)では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ3(ウェハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ4(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ5(組立)は、後工程と呼ばれ、ステップ4によって作製されたウェ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、それが出荷(ステップ7)される。
図8は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ13(電極形成)では、ウェハに電極を形成する。
ステップ14(イオン打込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ16(露光)では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。
ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ19(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
本発明の実施例の露光装置の全体構成図である。 本発明の実施例の露光装置における第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法の計測用ウェハの説明図である。 本発明の実施例の露光装置における第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法の隣接重ね合せショットの説明図である。 本発明の実施例の露光装置における第1の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法のスコープ観察用マークの位置の説明図である。 本発明の実施例の露光装置における第2の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法の計測用ウェハの説明図である。 本発明の実施例の露光装置における第2の基板ステージの幾何学的誤差の計測方法の隣接重ね合せショットの説明図である。 本発明の実施例の露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図7に示すフローチャートのステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
符号の説明
101: レチクル 102: 投影光学系
103: ウェハ 104: ウェハステージ
105: レーザ干渉計 106: スコープ
107: 演算器 108: 制御器
201: 計測用ウェハ 202: 隣接重ね合せショット
203: スコープ観察用マーク
204: 隣接重ね合せショット
205: スコープ観察用マーク
206: 隣接重ね合せショット
207: スコープ観察用マーク
301: 計測用ウェハ
302: 隣接重ね合せショット
303: スコープ観察用マーク

Claims (3)

  1. 基板を保持して移動される基板ステージと、
    前記基板ステージに保持された基板上のマークを撮像するスコープと、
    を有し、前記基板ステージに保持された基板を露光する露光装置であって、
    移動される前記基板ステージ上の計測用基板に配列された複数の第1マークを前記スコープに順次撮像させることにより、前記スコープを基準として前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量を算出し、算出された前記複数の第1のマークそれぞれの位置および回転量と、予め計測された前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量とに基づいて、前記基板ステージの移動誤差を算出する処理部と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  2. 前記処理部は、部分的に重ね合された重ね合せ検査マークとして前記計測用基板に配列された複数の第2マークを前記スコープに順次撮像させて前記複数の第2マークそれぞれの重ね合せ誤差を計測することにより、前記予め計測された前記複数の第1マークそれぞれの位置および回転量を得る、ことを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
  3. 請求項1または2に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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