JP5041582B2 - 露光装置、計測条件を選定するための方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス等のデバイスの製造に用いられる露光装置、計測条件を選定するための方法及びデバイス製造方法に関する。

図１２により、従来の半導体製造用露光装置におけるマーク撮像方法、及び、基板上のショット配列形状算出方法について説明する。

最初に、照明条件切り替え部4でアライメントマークを観察するのに適した照明条件を選択する。そしてステージ駆動部17によりステージを基板W上のアライメントマーク（以下、「マーク」と呼ぶ。）WMを観測できる位置に移動する。照明部3を点灯し、結像光学系5、ビームスプリッタ7、レチクルR及び投影光学系1を介して、マークWMを照明する。図３(a)はマークWMの一例を示したものであり、同一形状のパターンを複数配置したものである。マーク領域から反射した光束は、再度投影光学系1、レチクルRを介してビームスプリッタ7に到達し、ビームスプリッタ7で反射して結像光学系6を介して撮像部8の撮像面上にマークの像WMを形成する。撮像部8においてマークの像の光電変換を行う。照明部3、照明条件切り替え部4、結像光学系5，6、ビームスプリッタ7、撮像部8はマーク撮像光学系2を構成する。

次いで、A/D変換器9において、2次元のデジタル信号列に変換する。その変換されたデジタル信号列を用いて計測器がマークWMの中心位置を計測する。計測に先立って検出条件切り替え部12'でマーク計測に適した検出条件を選択しておく。

図４に示すように、基板W上にはS1,S2,...,Si, ...,SNのN個のショット領域がありN個各々にマークWMが刻まれている。基板W上のN個のショット領域のうち、例えば図４の斜線部で示される適当な複数のショット領域をサンプルショットとするサンプルショットセットを予め決定しておく。計測器は、設定されたサンプルショットセットを構成するサンプルショットのマークWMを計測する。算出部13'は、ステージ位置検出部15と計測器とによるマークWMの計測結果から統計処理を行うことにより基板上のショット配列を算出する。
特開２００５−２９４４７４号公報

上記ショット配列（ショット配列形状ともいう）の算出方法は、正確なショット配列を算出するうえにおいて有効である。しかし、従来は、基板W内でマーク形状が安定している照明光波長をオペレータが判断したり、露光装置とは別の重ね合わせ検査装置で検査したりして、ショット配列を算出するのに適した計測条件を決定していた。

本発明の目的は、例えば、ショット配列を算出するのに適した計測条件を決定するために有利な露光装置を提供することにある。

本発明の一つの側面は、基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測器と、基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで計測器に該アライメントマークの位置を計測させ、計測の結果に基づき、複数の計測条件及び複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出し、かつ複数の計測条件のそれぞれに関して、算出された該ショット配列の複数のサンプルショットセットにわたるばらつきを算出する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一つの側面は、基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測器と、基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで計測器にアライメントマークの位置を計測させ、計測の結果に基づき、複数の計測条件及び複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出し、複数の計測条件のそれぞれに関して、算出されたショット配列の複数のサンプルショットセットにわたるばらつきを算出し、かつ複数の計測条件のそれぞれに関して算出されたばらつきの小ささに基づいて、複数の計測条件から計測条件を選定する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明の一つの側面は、基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する機能を有し、基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで該アライメントマークの位置を得、かつ複数の計測条件のそれぞれに関して求められるショット配列の複数のサンプルショットセットにわたるばらつきが得られるように、アライメントマークの位置に基づき、複数の計測条件及び複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出する制御部を有する、ことを特徴とする。
本発明の一つの側面は、基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測条件を選定するための方法であって、基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとでアライメントマークの位置を得、かつ複数の計測条件のそれぞれに関して求められるショット配列の複数のサンプルショットセットにわたるばらつきが得られるように、アライメントマークの位置に基づき、複数の計測条件及び複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ショット配列を算出するのに適した計測条件を決定するために有利な露光装置を提供することができる。

本発明の実施形態を以下説明する。

［第１実施形態］
図１に示す露光装置は、上述した図１２に示す露光装置と制御部10を除き同一の構成をとり得る。図１における照明条件切り替え部4は、例えば図５に示すように、波長やNAや瞳形状等の照明条件を選択可能である。また、検出条件切り替え部12は、例えば図6に示すように、複数の計測アルゴリズム、処理ウィンド等の検出条件を選択可能である。照明条件及び検出条件はアライメントマークの計測条件を構成する。

生成部14は、それぞれ、複数のショット領域のうち少なくとも２つのショット領域で構成される、複数のサンプルショットセットを生成する。図示しない計測器は、生成部14によって生成された各サンプルショットセットについて、該サンプルショットセットのアライメントマークWMが複数の計測条件のそれぞれによって計測されるように計測する。算出部13は、計測の結果に基づいて、複数の計測条件及び複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれについてショット配列形状を導出する。決定部15は、複数の計測条件のうち複数のサンプルショットセット間のショット配列形状のばらつきが小さい計測条件を露光処理用の計測条件として決定する。

次に、基板W上のショット配列形状算出に最適な計測条件の決定方法について説明する。

図２は第１実施形態に係る計測条件決定のフローを説明する図である。ステップ101において照明条件切り替え部4で第1の照明条件を選択する。ステップ102において基板W上の第1ショットS1のマークWMを観測できる位置にステージ16を移動し、ステップ103において検出条件切り替え部12は第1の検出条件を選択する。

照明部3を点灯し、マークWMを照明する。図３(a)は、同一形状のパターンを複数配置したマークの例である。マーク領域から反射した光束は、撮像部8の撮像面上にマークの像WMを形成する。撮像部8においてマークの像WMの光電変換を行う。次いで、A/D変換器9において、2次元のデジタル信号列に変換する。変換されたデジタル信号列を用いて計測器はマークWMの中心位置を計測する。ステップ104において以上のことを行う。

検出条件切り替え部12は第2の検出条件を選択しステップ104を繰り返す。全ての検出条件で第1ショットS1を計測し終えたら第2ショットS2へ移動し、ステップ103からステップ105を繰り返す。同様の手順で全てのショットを計測し終えたら、照明条件切り替え部4を第2の照明条件に設定しステップ101からステップ107を繰り返す。以上の手順で全ての照明条件と全ての検出条件の組み合わせでデータ採取ステップを終了した後、各々の条件の組み合わせでショット配列形状を算出する。ショット配列形状は、例えばショット倍率、ショット回転、ショット直交度、ショットシフトを含む。

図７は基板Wのショット配列形状を統計処理で算出する際のサンプルショットセットの例を示す図である。サンプルショットセットは、ショット配列形状を算出する基礎とする複数のサンプルショットの組（セット）を意味する。この実施形態では、図７に示すように、サンプルショットセットは8つのサンプルショットで構成しているがショット配列形状を統計処理できるならサンプルショットの数はいくつでもよい。また、サンプルショットセット間で一部ショットが共通してもよい。データ採取ステップで採取した照明条件ILkと検出条件Mj、図７に示したサンプルショットセットの全ての組み合わせでショット配列形状を算出する（ステップ108からステップ111）。

図８は横軸に配列形状を算出したサンプルショットセットをとり、縦軸に倍率や直交度等のショット配列形状にとったグラフである。全てのサンプルショットセット間でショット配列形状が安定している計測条件（図８では照明条件2、検出条件1の組み合わせ）を選定する。決定部15は選定した計測条件を露光処理用の計測条件として決定する。

［第２実施形態］
第１実施形態において基板W上の各ショット領域Siには１種類のマークしかなかった。第２実施形態においては各ショット領域Siに図３の(a)〜(c)に示されるようなピッチや線幅が異なる複数種類のマークが設けられている。第２実施形態における基板上のショット配列形状算出に最適な計測条件とマークの決定方法について説明する。図９は第２実施形態に係る計測条件決定のフローを説明する図である。

ステップ201において照明条件切り替え部4で第1の照明条件を選択する。ステップ202、203において基板上第1ショットS1の第１のマークWMを観察できる位置にステージを移動し、ステップ204において検出条件切り替え部12で第1の検出条件を選択する。

照明部3を点灯し、ビームスプリッタ7、レチクルR及び投影光学系1を介して、マークWMを照明する。マーク領域から反射した光束は、撮像部8の撮像面上にマークの像WMを形成する。撮像部8においてマークの像WMの光電変換を行う。A/D変換器9において、2次元のデジタル信号列に変換する。その変換されたデジタル信号列を用いて計測器にてマークWMの中心位置を計測する（ステップ205）。

検出条件切り替え部12で第2の検出条件を選択しステップ205を繰り返す。全ての検出条件で第1ショットS1のマークWMを計測し終えたら、第1ショットS1のマークWM2へ移動し、ステップ204からステップ206を繰り返す。第1ショットS1のマークを全ての検出条件で計測し終えたら、第2ショットS2へ移動しステップ203からステップ207を繰り返す。同様の手順で全てのショットを計測し終えたら、照明条件切り替え部4を第2の照明条件に設定しステップ202からステップ208を繰り返す。以上の手順で全ての照明条件と検出条件の組み合わせでデータ採取ステップを終了した後、各々の条件の組み合わせでショット配列形状を算出する。

ステップ210からステップ214において、データ採取ステップで採取した照明条件ILkと検出条件Mj、マークWMm、図７に示したサンプルショット群の全ての組み合わせでショット配列形状を算出する。第１実施形態と同様にして、全てのサンプルショット群間でショット配列形状が最も安定している照明条件ILkと検出条件MjとマークWMmとの組み合わせを計測条件として決定する。

計測対象の基板毎に最適計測条件を決定する必要はない。例えば、ロットにおける先頭基板で最適計測条件の選定と記憶を行い、以降の基板に対するアライメントは先頭基板で求めた条件を使用すればよい。同じ工程の基板を製造する際は、記憶していた最適計測条件を使用することで最適化に要する時間を低減することが可能である。

第１，２実施形態のデータ採取ステップでは全ての照明条件、全ての検出条件の組み合わせで、全てのショットを計測するとした。しかし、全ての組み合わせで採取する必要はなく、予め計測ショットや照明条件を絞り込んでおき、最適計測条件決定にかかる時間を短縮することも可能である。

第１，２実施形態では照明条件として照明光波長やNAを変化させてデータを採取したが、光源そのもの等他の照明条件を変更してもよい。

［第３実施形態］
第１，２実施形態では、半導体製造用露光装置の構成はアライメント光軸がレチクルと投影光学系を通る構成となっていた。アライメント光軸がレチクルRを通らないスルーザレンズ（TTL）アライメント光学系を搭載した露光装置において本発明の技術を適用した形態を第３実施形態として示す。例えば図１０に示されるように、レチクルRを介さないでステージ上のマークWMを撮像することも可能である。最適計測条件決定手順については、第１、２実施形態と同様である。

［第４実施例］
アライメント光軸がレチクルと投影光学系を通らないオフアクシスアライメント光学系を搭載した露光装置において本発明の技術を適用した形態を第４実施形態として示す。例えば図１１として示されるように、レチクルRや投影光学系1を介さないでステージ上のマークWMを直接撮像することも可能である。最適計測条件決定手順については、第１、２実施形態と同様である。
［デバイス製造方法の実施形態］
次に、図１３及び図１４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１３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。

ステップＳ１（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Ｓ２（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Ｓ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて基板を製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクと基板を用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用して基板上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、ステップＳ４によって作製された基板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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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Ｓ７）される。

図１４は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、基板の表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、基板にイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、基板に感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンを基板に露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光した基板を現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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基板上に多重に回路パターンが形成される。

第１、２実施形態に係る露光装置の構成例を示す図である。 第１実施形態に係る計測条件選定のフローの例を示す図である。 マークの例を示す図である。 サンプルショットセットの例を示す図である。 照明条件の例を示す表である。 検出条件の例を示す表である。 複数のサンプルショットセットの例を示す図である。 サンプルショットセットによるショット配列形状ばらつきの例を示す図である。 第２実施形態に係る計測条件選定のフローの例を示す図である。 第３実施形態に係る露光装置の構成例を示す図である。 第４実施形態に係る露光装置の構成例を示す図である。 従来の露光装置の構成例を示す図である。 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１２に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１：投影レンズ系
２：マーク撮像用光学系
３：照明部
４：照明条件切り替え部
５，６：結像光学系
７：ビームスプリッタ
８：撮像部
９：A/D変換器
１０，１０'：制御部
１２，１２'：検出条件切り替え部
１３，１３'：算出部
１４，１４'：生成部
１５：決定部
１６：ステージ
１７：ステージ駆動部
１８：ステージ検出部
W：基板
WM〜WM3：マーク
R：レチクル

Claims (12)

1. 基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、
   該基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測器と、
   該基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、
   該複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで前記計測器に該アライメントマークの位置を計測させ、
   該計測の結果に基づき、該複数の計測条件及び該複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出し、かつ
   該複数の計測条件のそれぞれに関して、算出された該ショット配列の該複数のサンプルショットセットにわたるばらつきを算出する制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
2. 基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、
   該基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測器と、
   該基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、
   該複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで前記計測器に該アライメントマークの位置を計測させ、
   該計測の結果に基づき、該複数の計測条件及び該複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出し、
   該複数の計測条件のそれぞれに関して、算出された該ショット配列の該複数のサンプルショットセットにわたるばらつきを算出し、かつ
   該複数の計測条件のそれぞれに関して算出された該ばらつきの小ささに基づいて、該複数の計測条件から計測条件を選定する制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
3. 基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、
   該基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測器と、
   該基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、
   該複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで前記計測器に該アライメントマークの位置を計測させ、かつ
   該複数の計測条件のそれぞれに関して求められるショット配列の該複数のサンプルショットセットにわたるばらつきが得られるように、該計測の結果に基づき、該複数の計測条件及び該複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出する制御部と、
   を備えることを特徴とする露光装置。
4. 該複数の計測条件は、該アライメントマークに対する照明条件、前記計測器により用いられるアルゴリズム、及び該アライメントマークの形状の少なくとも一つが互いに異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記制御部は、該基板のロットにおける先頭の基板を用いて該複数の計測条件から計測条件を選定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記制御部は、選定された該計測条件のもとで前記計測器に該アライメントマークの位置を計測させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記ショット配列は、ショットの倍率、回転、直交度またはシフトを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 基板上の複数のショット領域を露光する露光装置であって、
   該基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する機能を有し、
   該基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、
   該複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで該アライメントマークの位置を得、かつ
   該複数の計測条件のそれぞれに関して求められるショット配列の該複数のサンプルショットセットにわたるばらつきが得られるように、該アライメントマークの位置に基づき、該複数の計測条件及び該複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出する制御部を有する、
   ことを特徴とする露光装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項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、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
10. 基板上のショット領域のアライメントマークの位置を計測する計測条件を選定するための方法であって、
    該基板上の複数のショット領域のうちの少なくとも２つのショット領域で構成されるサンプルショットセットを複数生成し、
    該複数のサンプルショットセットのそれぞれに関して、複数の計測条件のそれぞれのもとで該アライメントマークの位置を得、かつ
    該複数の計測条件のそれぞれに関して求められるショット配列の該複数のサンプルショットセットにわたるばらつきが得られるように、該アライメントマークの位置に基づき、該複数の計測条件及び該複数のサンプルショットセットの組み合わせのそれぞれに関して、ショット配列を算出する、
    ことを特徴とする方法。
11. 前記ショット配列は、ショットの倍率、回転、直交度またはシフトを含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 該複数の計測条件のそれぞれに関して前記ばらつきを算出する、ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の方法。

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