JP2009088142A - 露光装置、露光方法およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ステージ制御の応答性またはスリット幅を考慮したより適切なディストーション調整が可能な露光装置を提供する。
【解決手段】
原版ステージに搭載される原版に描画されている回路パターンを、投影光学系を介して基板ステージ上に搭載される基板に走査露光する露光装置において、予め計測したディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出する演算手段を備える露光装置で、さらに、原版ステージに搭載される原版に描画されている回路パターンを、投影光学系を介して基板ステージ上に搭載される基板に走査露光する露光方法において、予め計測したディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出することを特徴とする露光方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、原版の電子回路パターンを基板に投影露光する露光装置および露光方法に関するものである。

一般に、ステップアンドスキャンして投影露光する露光装置１０１（いわゆるスキャナ）は、図１（ａ）に示されるように、レチクルステージ２（原版ステージ）を有する。
レチクルステージ２は、回路パターンが描画されたレチクル１を搭載して保持し、ほぼ一定の方向に走査移動する。
さらに、微小移動可能な複数の調整用レンズ３を有する投影光学系４およびレチクル１の回路パターンが投影転写される基板であるウェハ５を有し、ウェハステージ６（基板ステージ）の上、つまり、基板ステージ上にウェハ５を保持して移動する。
なお、走査方向をＹ方向、光軸方向をＺ方向、走査方向と光軸方向に直交する方向をＸ方向と定義する。

ここで、ディストーション補正の手段について説明する。
走査型半導体露光装置の場合、通常、縮小倍率と等しい移動距離比でレチクルステージ２とＸＹステージ５がＹ方向に同期移動する。
このとき、Ｙ方向の同期位置を微調整すれば、図２（ａ）に示されるようにＹ方向のディストーション倍率を調整できる。
Ｘ方向に微調整すれば、図２（ｂ）に示されるようなディストーションを調整できる。
また、θ方向（Ｚ軸回り）に微調整すれば、図２（ｃ）に示されるようなディストーションを調整できる。
さらに、投影光学系のレンズの一部を微調整すれば、図２（ｄ）に示されるようなＸ方向の倍率が補正できる。
さらに、複数のレンズを組み合わせて調整すれば、Ｘ方向の３次関数や５次関数に比例したディストーションも調整できる。
なお、図２（ａ）〜（ｄ）においては、走査中の調整量が単純な場合を示しているが、調整量を色々と変化させれば、より複雑なディストーションも補正できる。

次に、従来例のディストーション補正の方法について説明する。
一括露光型の半導体露光装置においては、特開２００３−３６７８８６号公報（特許文献１）がショット内でのディストーションの最大絶対値を最小にする補正方法を提案している。
この従来例は、ダミー変数を用いた線形計画法によって、ショット内ディストーションの最大絶対値を最小化する補正解を提案している。
しかし、この従来例は、同期走査時の応答性やスリット幅の移動平均露光がディストーションに及ぼす影響を考慮していなかった。
一方、走査型半導体露光装置の場合では、特開２００３−２７３００７号公報（特許文献２）が走査速度毎にディストーションを検査しておいて補正する方法を提案している。
この従来例は、同期走査時の応答性やスリット幅の移動平均露光が及ぼす影響を考慮したディストーション補正の方法を提案している。
しかし、この従来例の方法は、ショット内のディストーションについて予め走査速度毎に検査を行っておく必要があり、ショット内のディストーションに関して、その最大絶対値を最小化する解を示していなかった。
特開２００３−３６７８８６号公報 特開２００３−２７３００７号公報

特許文献１のディストーション補正方法は、同期走査時の応答性やスリット幅の移動平均露光が、ディストーションに及ぼす影響を考慮していないため、走査速度が速い場合あるいはスリット幅が広い場合は、必ずしも補正が十分できなかった。
また、特許文献２のディストーション補正方法は、走査速度毎にディストーション検査を行う必要があるため、検査工程に費やす時間が多くなり、得られた補正解はディストーションの最大絶対値を最小化していなかった。
そこで、本発明は、ステージ制御の応答性またはスリット幅を考慮したより適切なディストーション調整が可能な露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の露光装置は、原版ステージに搭載される原版に描画されている回路パターンを、投影光学系を介して基板ステージ上に搭載される基板に走査露光する露光装置において、予め計測したディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出する演算手段を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の露光方法は、原版ステージに搭載される原版に描画されている回路パターンを、投影光学系を介して基板ステージ上に搭載される基板に走査露光する露光方法において、予め計測したディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出することを特徴とする。

本発明によれば、ステージ制御の応答性またはスリット幅を考慮した、より適切なディストーション調整が可能な露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
図１、図３を参照して、本実施例の露光装置を説明する。
ステップアンドスキャンして投影露光する露光装置１０１（いわゆるスキャナ）は、図１に示されるように、レチクルステージ２（原版ステージ）を有する。
レチクルステージ２は、回路パターンが描画されたレチクル１を搭載して保持しながら走査移動する。
さらに装置は、微小移動可能な複数のレンズ３を有する投影光学系４、レチクル１の回路パターンが投影転写される基板であるウェハ５、そのウェハ５を保持して移動する基板ステージであるウェハステージ６を有する。
なお、走査方向をＹ方向、光軸方向をＺ方向、走査方向と光軸方向に直交する方向をＸ方向と定義する。
さらに、露光装置１０１は、照明装置１３および制御装置１１１を備える。
制御装置１１１は、ＣＰＵ１０６および図示されない記憶装置を有する。
さらに、制御装置１１１は、算出部１０４を有する。
算出部１０４は、入力装置１０３またはデータ読み取り装置１０２から予め計測したディストーションのデータとスリット幅に関する情報を取得し、この情報に基づいて、レンズ３、レチクルステージ２、ウェハステージ６の少なくともいずれかの調整量を算出する。
算出部１０４は、ディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出する演算手段である。
算出部１０４は、スリット幅と調整量をパラメータとして有するディストーションを最小化するように、調整量が算出される。
さらに、この調整量は、レチクルステージ２およびウェハステージ６の駆動量または投影光学系４のレンズ３の駆動量である。
入力装置１０３として、例えば、キーボードが用いられ、入力装置１０３及びデータ読み取り装置１０２は、露光装置１０１が備えていてもよい。

図４を参照して、本発明の実施例の露光方法を説明する。
まず、走査方向のスリット幅および予め計測したディストーションのデータを入力する。（ステップ２０１）もちろんデータ読み取り装置で読み取ってもよい。
ここで、指示された走査速度を、前記データとして、さらに、入力する場合もある。
次に、許容範囲が無い場合（ステップ２０２）には、走査型露光装置におけるディストーションの最大絶対値を、ダミー変数を用いた線形計画法によって最小化する解法を用いる。（ステップ２０４）
次に、入力されたデータに基づき、レチクルステージ２およびウェハステージ６の指示された位置におけるＸＹＺの各々の並進方向の調整量およびＸＹＺ各軸の回転方向の調整量である走査中のステージ移動プロファイルを決定する。（ステップ２０５）
また、許容範囲が有る場合（ステップ２０２）には、レチクルステージ２およびウェハステージ６の位置、速度、加速度およびジャークの少なくとも１つの許容範囲を前記データとして入力する。（ステップ２０３）
さらに、このステージ移動プロファイルに従ってステージを駆動し、前記ディストーションを調整する。

次に、図５を用いて、レンズを駆動した例について説明する。
まず、走査方向のスリット幅および予め計測したディストーションのデータを入力する。（ステップ２０１）もちろんデータ読み取り装置で読み取ってもよい。
ここで、指示された走査速度を、前記データとして、さらに、入力する場合もある。
次に、許容範囲が無い場合（ステップ２０２）には、走査型露光装置におけるディストーションの最大絶対値を、ダミー変数を用いた線形計画法によって最小化する解法を用いる。（ステップ２０４）
次に、入力されたデータに基づき、走査中のレンズ調整プロファイルを決定する。
つまり、レチクルステージ２およびウェハステージ６の指示された位置における投影光学系４のレンズ３のＸＹＺの各々の並進方向の調整量およびＸＹＺ各軸の回転方向の調整量である走査中のレンズ調整プロファイルを決定する。（ステップ２０５ａ）
また、許容範囲が有る場合（ステップ２０２）には、投影光学系４のレンズ３の調整量、調整量の速度、調整量の加速度および調整量のジャークの少なくとも１つの許容範囲を前記データとして入力する。（ステップ２０３ａ）
さらに、このレンズ調整プロファイルに従ってレンズを駆動して前記ディストーションを調整する。
また、このステージ移動プロファイルおよびレンズ調整プロファイルは、レチクルステージ２およびウェハステージ６の指定された位置の関数あるいは表として記録し使用される場合もある。
さらに、このステージ移動プロファイルおよびレンズ調整プロファイルは、少なくとも走査開始時刻を基準とした時間の関数あるいは表として記録し使用される場合もある。

本実施例の露光方法は、本実施例の半導体露光装置において、特許文献１で開示された最大絶対値最小化の解法を応用し、具体的な手順を説明する。
まず、ウェハ５面で１ショット分の走査露光が開始されてからの走査方向距離をＹ_iと定義する。
次に、任意の走査速度におけるディストーション検査から、補正前のディストーションデータｄ_０（Ｙ_i）を得る。
そして、スリット幅hと走査中に許容されるディストーション補正量の最大絶対値ｄ_mａＸ、ディストーション補正によって生じるステージ加速度の許容値ａ_mａＸとジャーク絶対値の許容値s_mａＸを与えておく。
このとき、走査方向距離Ｙ_iでのステージ位置補正量ｅ（Ｙ_i）を与えた場合のディストーションｄ_１（Ｙ_i）は式（１）で表わされる。

ここでq_jは走査方向距離Ｙ_iのパターンが転写可能な位置を通過してからパルス発光されるまでの距離であり、ｎは１つのパターンが転写される時に受けるパルス数である。なお連続露光の場合はｎを大きくして近似すればよい。
なお、走査方向距離がＹ_i+q_jのときの時刻をt（i，j）とする。このとき、走査中のステージ速度v（i，j）、走査中のステージ加速度ａ（i，j）は式（２）〜（３）で表わされる。
なお、式（２）のv０は速度の平均値であり、ディストーションがＹ方向であれば公称の走査速度となり、ディストーションがＸ方向であれば零となる。

ここで、パルス発光の時間間隔が一定時間τであるとすれば、式（２）〜（３）は式（４）〜（５）に書き直される。

さらに、走査中のステージジャークs（i，j）は式（６）で表わされる。

補正によって、ディストーションの最大絶対値を最小化する場合は、線形計画問題において式（７）の目的関数をダミー変数tとし、式（８）〜（９）で補正後のディストーションｄ_１（i，j）の絶対値をt以下にすると、その最大絶対値を最小化する。
また、ステージ制御の応答性を考慮して、無理なステージ位置補正量ｅ（Ｙ_i）とならないようにするには、式（１０）〜（１５）で示すように、加速度ａ（i，j）やジャークs（i，j）、場合によっては速度v（i，j）の上限値を規定する。

こうして、線形計画問題を解くと、ステージ制御の応答性を考慮した上で、補正後ディストーションの最大絶対値を最小化する、最適なステージ位置補正値ｅ（Ｙ_i）が得られる。
あるいは、補正によって、ディストーションの２乗和を最小化したい場合は、２次計画問題において式（１６）の目的関数を補正後ディストーションｄ_１（Ｙ_i）の２乗和とすればよい。
ステージ制御の応答性を考慮して、無理なステージ位置補正量ｅ（Ｙ_i）とならないようにするには、式（１７）〜（２２） と同様に加速度ａ（i，j）やジャークs（i，j）、場合によっては速度v（i，j）の上限値を式（１７）〜（２２）で規定する。

こうして、２次計画問題を解くと、ステージ制御の応答性を考慮した上で、補正後ディストーションの２乗平均値を最小化する、最適なステージ位置補正値ｅ（Ｙ_i）が得られる。

本発明の実施例で共通するショットやスリットの大きさについて説明する。
図６でＹ方向の長さが３１．２ｍｍの領域７がショットである。走査露光によってショットが転写される場合、同時に露光される幅７．７ｍｍのスリット領域８がショットの上をＹ方向に移動しながら転写して領域９へ到達する。この間の移動距離はスリット領域間の距離４０．７ｍｍである。
ショット内のディストーションは、Ｙ方向に等間隔に設定され、−６から６までの行番号が記された１３本の評価ライン１０とＸ方向に等間隔に設定された９本の評価ライン１１の交点に形成した、重ね合せマークで計測する。
一方、ディストーションの補正はステージ２や調整レンズ３の走査プロファイルを変化させて行う。
具体的には、Ｘ方向に延びた１３本の評価ライン１０をＹ方向に４本追加した１７本の調整ポイントにおいて記録したＸ、Ｙ、θの調整指示値に従ってステージ２や調整レンズ３を調整しながら走査する。

実施例１では、図７のマップに示されるようなディストーションがあった場合を対象とする。
ディストーションは、Ｙ方向の中央にある評価ラインでＸ方向に１０ｎｍシフトしている。
従来例は、ディストーションと同じようにスリットの中央がショット中央のところで１０ｎｍシフトするよう、図８（ａ）のプロファイルでステージを走査していた。
しかし、転写パターンのシフト量は、移動プロファイルをスリット幅の範囲で移動平均した図８（ｂ）のようになる。
そのため、図９に示された補正後のディストーションは満足に補正できていない状態になる。
一方、実施例１では、数式（１）〜数式（１５）に示す線形計画法を用いる。
それによって、スリット幅分の移動平均を考慮した補正後ディストーションの最適化が可能となる。

図１０（ａ）は実施例１のステージ移動プロファイルを、図１０（ｂ）はディストーションの補正量を示している。
なお、数式（１０）〜（１５）の速度、加速度、ジャークの制約条件は緩くしてあるので、図１０（ａ）のプロファイルは変化の激しいものになっている。
しかし、図７に示した補正前のディストーションと、図１０（ｂ）のディストーション補正量はよく一致しており、図１１に示す補正後ディストーションは小さくなっていることが分る。
本実施例１によれば、露光装置においてはデバイス内のずれが製品性能に対し支配的である場合が多いが、線形計画法を用いれば、その制約条件を利用してステージ制御の応答性を考慮した最適なステージ位置補正量を設定できる。
このため、従来例の方法に比較して、より的確に調整でき、露光装置の性能を向上させ、歩留りを向上させる。
走査型露光の場合、走査中のレチクルとウェハの移動経路や移動速度を変化させると、ショット内のディストーションも変化する。
従来例は、これを利用してディストーションの補正を行ってきたが、走査方向のスリット幅の分だけ平均化され、ステージ移動の応答性にも限界があるので、細かいディストーションの補正は難しかった。
本実施例１は、これらの影響を考慮した上で、ディストーションの最大絶対値が最小化されるよう、レチクルとウェハの移動経路や移動速度を変化させるプロファイルを最適化する。

実施例２は、数式（１２）〜（１３）で、走査露光中の加速度が０．０２m/sｅｃ^２以下になるように制約条件を与えた場合である。
図１２は、実施例２のステージ移動プロファイルを示している。
数式（１２）〜（１３）を用いた加速度の制約条件によって、図１２のプロファイルは変化の穏やかなものになっているが、その分図１３に示す補正後のディストーションは、図１１に示される実施例１の結果と比べて大きくなっている。

実施例３では、図１４のマップに示されるようなディストーションがあった場合を対象とする。
ディストーションは、Ｙ方向の中央にある評価ラインでＸ方向の倍率が大きくなっている。
従来例は、ディストーションと同じよう、ショット中央のところでＸ方向両端の１０nm拡大するよう、図１５のプロファイルで投影倍率を操作していた。
しかし、転写パターンのシフト量は、移動プロファイルをスリット幅の範囲で移動平均されるため、図１６に示される補正後のディストーションは満足に補正できていない状態になる。
そこで、実施例３では、数式（１）〜（１５）に示す線形計画法によって、スリット幅分の移動平均を考慮した補正後のディストーションの最小化が可能となる。

図１７は、実施例１のステージ移動プロファイルを示している。
なお、数式（１０）〜（１５）の速度、加速度、ジャークの制約条件は緩くしてあるので、図１７のプロファイルは変化の激しいものになっている。
しかし、図１８に示される補正後のディストーションは、図１４に示される補正前のディストーションに比べて大変小さくなっている。

次に、図１９及び図２０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１９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２０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。

本発明の露光方法が適用される走査型半導体露光装置の概略構成図である。 ディストーション補正の典型例の説明図である。 図１の露光装置のブロック構成図である。 本発明の実施例の露光方法の説明図である。 本発明の実施例の露光方法の説明図である。 ディストーションの計測と補正の説明図である。 補正前ディストーションの例（Ｘシフト）の説明図である。 従来例の露光方法の補正プロファイルとディストーションの補正分（Ｘシフト）の説明図である。 従来例の露光方法の補正後ディストーション（Ｘシフト）の説明図である。 本発明の実施例の露光方法の補正プロファイル（Ｘシフト・制約なし）の説明図である。 本発明の実施例の露光方法の補正後ディストーション（Ｘシフト・制約なし）の説明図である。 本発明の実施例の露光方法の補正プロファイル（Ｘシフト・加速度制約あり）の説明図である。 本発明の実施例の露光方法の補正後ディストーション（Ｘシフト・加速度制約あり）の説明図である。 補正前ディストーションの例（Ｘ倍率）の説明図である。 従来例の露光方法の補正プロファイル（Ｘ倍率）の説明図である。 従来例の露光方法の補正後ディストーション（Ｘ倍率）の説明図である。 本発明の露光方法の補正プロファイル（Ｘ倍率・制約なし）の説明図である。 本発明の露光方法の補正後ディストーション（Ｘ倍率・制約なし）の説明図である。 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１９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

１：レチクル
２：レチクルステージ
３：調整用レンズ
４：投影光学系
５：ウェハ
６：ウェハステージ
７：ショット
８：スリット領域（走査前）
９：スリット領域（走査後）
１０：計測行
１１：計測列
１２：走査中の補正プロファイル
１０１：露光装置

Claims (7)

1. 原版ステージに搭載される原版に描画されている回路パターンを、投影光学系を介して基板ステージ上に搭載される基板に走査露光する露光装置において、
   予め計測したディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出する演算手段を備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記演算手段は、前記スリット幅と前記調整量をパラメータとして有する前記ディストーションを最小化するように、前記調整量が算出されることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記調整量は、前記原版ステージおよび前記基板ステージの駆動量または前記投影光学系のレンズの駆動量であることを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
4. 原版ステージに搭載される原版に描画されている回路パターンを、投影光学系を介して基板ステージ上に搭載される基板に走査露光する露光方法において、
   予め計測したディストーションのデータとスリット幅に基づいて、ダミー変数を用いた線形計画法により調整量を算出することを特徴とする露光方法。
5. 前記演算手段は、前記スリット幅と前記調整量をパラメータとして有する前記ディストーションを最小化するように、前記調整量が算出されることを特徴とする請求項４記載の露光方法。
6. 前記調整量は、前記原版ステージおよび前記基板ステージの駆動量または前記投影光学系のレンズの駆動量であることを特徴とする請求項４または５記載の露光方法。
7. 請求項１から３のいずれかに記載の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、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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