(57)【要約】【課題】    例えば、ウエハの温度分布が不均一であっても重ね合わせ精度の点で有利な露光装置を提供する。【解決手段】  基板上の複数のサンプルショットの位置を計測し、計測された前記位置に基づいてショットの配列を算出し、算出された前記配列に従って各ショットを位置決めして露光する露光装置であって、前記基板の表面の温度分布を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された前記温度分布に基づいて前記表面の部分領域を特定し、前記部分領域に関して、複数のサンプルショットを選択し、選択された前記複数のサンプルショットの計測された位置に基づいてショットの配列を算出する制御部と、を有する。【選択図】図５
2010283243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数のサンプルショットの位置を計測し、計測された前記位置に基づいてショットの配列を算出し、算出された前記配列に従って各ショットを位置決めして露光する露光装置であって、
前記基板の表面の温度分布を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された前記温度分布に基づいて前記表面の部分領域を特定し、前記部分領域に関して、複数のサンプルショットを選択し、選択された前記複数のサンプルショットの計測された位置に基づいてショットの配列を算出する制御部と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記部分領域の全ショットの露光が終了後、他の領域に関して、前記計測手段に温度分布を計測させ、部分領域の特定と、サンプルショットの選択と、ショットの配列の算出とを行う、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記計測手段により計測された前記温度分布に基づいて前記表面を複数の部分領域に分割し、分割された前記複数の部分領域それぞれに関して、サンプルショットの選択と、ショットの配列の算出とを行う、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記部分領域の温度差が特定の値以下になるように前記部分領域を特定する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
前記特定の値を入力する入力手段を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記部分領域の面積の下限値を入力する入力手段を有する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記計測手段により計測された前記温度分布と前記基板に対して実施された露光の履歴とに基づいて前記基板の表面の温度分布を推定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記基板の材質にさらに基づいて前記基板の表面の温度分布を推定する、ことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記計測手段により異なる時点で複数回計測された前記温度分布に基づいて前記基板の表面の温度分布を推定する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の複数のサンプルショットの位置を計測してショットの配列を算出し、算出された配列にしたがって各ショットを位置決めして露光する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウエハ（基板）のアライメント（例えば、原版に対する位置合わせ）は、複数のサンプルショット内のアライメントマークの位置ずれ量（設計上の位置に対するずれ量）を計測し、全ショットの配列（位置）を算出することにより行われていた。例えば、ウエハ上に形成されているパターン（ショット）全体の位置ずれを表すパラメータ（シフト・倍率・回転角等）を算出し、それに基づいてウエハの位置合わせをしていた。
近年、露光装置に要求される重ね合わせ精度が高くなり、計測されたマークの位置ずれ量の非線形成分が無視できなくなってきた。このため、ウエハの表面を複数の部分領域に分割し、部分領域毎にサンプルショットの位置計測を行ってショット配列を算出するゾーンアライメント計測が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２４０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当該非線形成分が存在するのは、大別して、ウエハ上のパターンが元々非線形に形成されている場合と、露光装置内でウエハの温度分布が不均一になることによる場合とがある。
本発明は、例えば、ウエハの温度分布が不均一であっても重ね合わせ精度の点で有利な露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための本発明の露光装置は、基板上の複数のサンプルショットの位置を計測し、計測された前記位置に基づいてショットの配列を算出し、算出された前記配列に従って各ショットを位置決めして露光する露光装置であって、前記基板の表面の温度分布を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された前記温度分布に基づいて前記表面の部分領域を特定し、前記部分領域に関して、複数のサンプルショットを選択し、選択された前記複数のサンプルショットの計測された位置に基づいてショットの配列を算出する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、例えば、ウエハの温度分布が不均一であっても重ね合わせ精度の点で有利な露光装置を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例１の露光装置を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体製造用露光装置の斜視図である。
本実施例１の露光装置は、図４に示されるウエハ１０５上（基板上）の複数のサンプルショット４０８、４０９、４１０、４１１の位置を計測する。さらに、計測された前記位置に基づいてショット４１５の配列を算出し、算出された前記配列に従って各ショット４１５を位置決めして露光する。レチクル１０１は、半導体素子製造用のパターン１０２が形成されている原版である。投影光学系１０３は、レチクル１０１上のパターン１０２をＸＹθステージ１０４上のウエハ１０５（基板）に縮小投影する光学系である。制御ユニット１０６は、露光装置全体を制御する制御部である。コンソール１０７は、位置合わせデータや露光データ等の必要な情報を制御ユニット１０６に入力し、内蔵されたハードディスク等の記憶装置に記憶しておく部分である。制御ユニット１０６には、複数のコンピュータ、メモリ、画像処理装置、赤外線サーモグラフィ装置、およびＸＹθステージ制御装置等が設けられている。
【０００８】
レチクル１０１は、制御ユニット１０６からの指令にしたがいＸ，Ｙ，θ方向に移動するレチクルステージ１０８に吸着保持される。レチクル１０１は、レチクルアライメントマーク１０９Ｒ，１０９Ｌと、レチクルマーク１１１Ｒ，１１１Ｌとを有している。レチクルアライメントマーク１０９Ｒ，１０９Ｌは、レチクル１０１を投影光学系１０３に対して所定の位置関係にアライメントする際に使用されるアライメントマークである。レチクルマーク１１１Ｒ，１１１Ｌは、フォトクロミックプレート１１０に転写するためマークである。本実施例１の露光装置では、レチクルマーク１１１Ｒ，１１１Ｌは、レチクル１０１上で同一のＹ座標位置に配置されている。
【０００９】
レチクルセットマーク１１２Ｒ，１１２Ｌは、投影光学系１０３に対して所定の位置関係となるように、投影光学系１０３の鏡筒に固定された部材上に形成されている。投影光学系１０３に対するレチクル１０１のアライメントは、以下の２つの組を撮像する。即ち、レチクルアライメントマーク１０９Ｒとレチクルセットマーク１１２Ｒの組と、レチクルアライメントマーク１０９Ｌとレチクルセットマーク１１２Ｌの組とを、マーク観察ミラー１１３Ｒ，１１３Ｌを介して撮像装置１１４で重ねて撮像する。さらに、この時の画像出力から検出される両者の位置ずれ量が所定の許容値内となるようにレチクルステージ１０８を移動させて行なわれる。マーク観察ミラー１１３Ｒ，１１３Ｌは、制御ユニット１０６からの指令によりＸＹ方向に移動可能である。
【００１０】
モータ１１５Ｘ，１１５Ｙは、ＸＹθステージ１０４をＸＹ方向に移動するモータである。不図示のＭθは、ＸＹθステージ１０４をθ方向に回転するモータである。１１６Ｘ，１１６ＹはＸＹθステージ１０４に固定されているミラーである。ＸＹθステージ１０４は、レーザ干渉計１１７Ｘ，１１７Ｙ，１１７θとミラー１１６Ｘ，１１６ＹとによってＸＹθ座標上の位置が常に監視される。ＸＹθステージ１０４は、さらに、モータ１１５Ｘ，１１５Ｙによって制御ユニット１０６から指令された位置に移動する。制御ユニット１０６は、ＸＹθステージ１０４の移動終了後もレーザ干渉計１１７Ｘ，１１７Ｙ，１１７θの出力に基づいてＸＹθステージ１０４を指定位置に保持する。
【００１１】
ウエハステージ１１８は、ＸＹθステージ１０４に対してＺ方向に移動するウエハ保持用のステージで、ウエハ１０５は、このウエハステージ１１８上に吸着保持される。フォトクロミックプレート１１０は、ＸＹθステージ１０４上またはウエハステージ１１８に固定された感光剤（例えばスピロピラン系やスピロナフトオキサジン系のフォトクロミック材）を塗付した平面板で、投影光学系１０３の結像面の高さ近傍に設けられる。この感光剤は、露光光源１１９からの露光波長の光に対して透過率が一時的に変化し、時間と共に、また、元の透過率に戻る。従って、レチクル１０１上のマークを転写することができ、さらに一定時間後には転写されたパターンが消え、再び、マーク転写ができるようになる。
【００１２】
露光光源１１９は、レチクル１０１上のパターン１０２を投影光学系１０３を介してウエハステージ１１８上のウエハ１０５に投影露光するための光源である。露光光源１１９は、マーク露光シャッタ１２０Ｒ，１２０Ｌを開くことにより、マーク観察ミラー１１３Ｒ，１１３Ｌと投影光学系１０３を介してフォトクロミックプレート１１０にレチクルマーク１１１Ｒ，１１１Ｌを投影露光する際の光源としても使用される。
【００１３】
オフアクシススコープ１２１は、投影光学系１０３とほぼ等しいΖ位置に焦点面を持つマーク観察用の顕微鏡である。オフアクシススコープ１２１によりウエハステージ１１８上のウエハ１０５やフォトクロミックプレート１１０上に転写されたマークの画像を撮像する。この時の画像出力に基づき、撮像されたマークがオフアクシススコープ１２１の中心からＸＹ方向にずれている距離を制御ユニット１０６により計算する。このずれている距離を計測することをベースライン計測と称する。即ち、ベースライン計測とは、ウエハ１０５を位置合わせする時のショット中心位置と露光時のショット中心位置（投影光学系１０３の光軸位置）とのＸＹ平面内における距離（ずれ）を計測することである。
【００１４】
ベースライン計測方法には種々の方法があるが、フォトクロミックプレートを用いる方法が本実施例１で用いられる。
以下の説明では省略するが、ウエハ１０５上のショット４１５にレチクル１０１上のパターン１０２を位置合わせして露光転写するときに、このベースライン計測で計測したずれ量を反映させる。オフアクシススコープ１２１は倍率を変えることができ、後に説明するプリアライメントマーク計測時には低倍率に切替えて、広い範囲の視野でマークを検知する。
【００１５】
露光シャッタ１２２は開閉することにより、レチクル１０１上のパターンを投影光学系１０３を介してウエハ１０５上に露光転写する。赤外線カメラ１２３は、ウエハ１０５の表面の温度分布を計測する制御ユニット１０６（計測手段）内に設けられる図示されない赤外線サーモグラフィ装置に接続される。制御ユニット１０６（制御部）は、制御ユニット１０６により計測された前記温度分布に基づいてウエハ１０５の表面の部分領域を特定する。さらに、この部分領域に関して、複数のサンプルショット４０８、４０９、４１０、４１１を選択し、選択された記複数のサンプルショット４０８、４０９、４１０、４１１の計測された位置に基づいてショット４１５の配列を算出する。
【００１６】
制御ユニット１０６（制御部）は、部分領域の全ショットの露光が終了後、他の領域に関して制御ユニット１０６（計測手段）に温度分布を計測させ、部分領域の特定と、サンプルショット４０８、４０９、４１０、４１１の選択と、ショット４１５の配列の算出とを行う。
また、制御ユニット１０６（制御部）は、部分領域の温度差が特定の値以下になるように、部分領域を特定し、この特定の値を入力するコンソール１０７（入力手段）を有する。コンソール１０７は、部分領域の面積の下限値を入力する。
また、制御ユニット１０６（制御部）は、制御ユニット１０６（計測手段）により計測された温度分布とウエハ１０５に対して実施された露光の履歴とに基づいてウエハ１０５の表面の温度分布を推定する。
また、制御ユニット１０６（制御部）は、ウエハ１０５の材質にさらに基づいてウエハ１０５の表面の温度分布を推定する。
また、制御ユニット１０６（制御部）は、制御ユニット１０６（計測手段）により異なる時点で複数回計測された温度分布に基づいてウエハ１０５の表面の温度分布を推定する。
即ち、露光量、露光した領域および前記基板の材質のいずれか１つ以上から温度分布の変化を推測してウエハ１０５の表面を領域分けする。
さらに、部分領域の温度差が特定の値以下になるように、ウエハ１０５の露光中の温度分布の変化データを記憶し、取得した温度分布データと記憶した温度分布の変化データにより温度分布の変化を推測してウエハ１０５の表面を領域分けする。
さらに、部分領域の温度差が特定の値以下になるように、ウエハ１０５の温度分布を計測する工程は、以下の工程を有する。すなわち、赤外線カメラ１２３でウエハ１０５の表面を撮像する工程と、赤外線カメラ１２３で撮像された画像データを用いてウエハ１０５上の温度分布を算出する工程と、を有する。
【００１７】
図２は、ＸＹθステージ１０４を上方向（Ｚ方向）から見た平面図で、図２を参照して、図１のＸＹθステージ１０４を説明する。ＸＹθステージ１０４のＸＹ方向の位置は、干渉計１１７Ｘ，１１７Ｙによって計測される長さＬｘ，Ｌｙによって制御される。θ方向の位置は干渉計１１７Ｙ，１１７θによって計測される長さＬｙとＬθの差分と、干渉計１１７Ｙ，１１７θのレーザビーム間の距離ｄから、下記の数式１として計算され、制御される。
【００１８】
【数１】
2010283243.tif 000003
数式１において、θはレチクルセットマーク１１２Ｒ，１１２Ｌを結ぶ線によって決められる装置全体のＸ軸方向とＸＹθステージ１０４のＸ方向が一致する場合に０となるように、予め補正されているものとする。この補正量の求め方は、特許公報第２９８３７８５号に示されている。
【００１９】
図５、図６は、既にパターンが形成されているウエハ１０５を、ウエハ１０５の温度分布によって領域分けして、この領域毎に新たなパターンを重ねて転写する本実施例１に係る露光装置における手順を示すフローチャートである。
本実施例１に係る露光装置における手順は、制御ユニット１０６によって制御され、以下にそのシーケンスを説明する。
【００２０】
本実施例１では温度分布の計測のために、制御ユニット１０６内に設けられる図示されない赤外線サーモグラフィ装置に接続される赤外線カメラ１２３を使用する。赤外線カメラ１２３は、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）を用いた計測温度分解能が０．０２℃で、最高フレームレート１ＫＨｚ以上のものである。画像を積算することで分解能を更に細かくする。赤外線カメラ１２３は、ウエハ１０５面から垂直な線に対して５０度以上傾いて設置しないようにする。赤外線カメラ１２３から遠い面の温度が低く計測されるので、温度の補正が必要である。赤外線カメラ１２３は、投影光学系１０３によりウエハ１０５の全面を撮像することが妨げられる。このため、ＸＹθステージ１０４を大きく移動して撮像するか、ＸＹθステージ１０４の移動を少なくして、複数回撮像する。このため、複数の赤外線カメラ１２３を設置して、移動も撮像回数も少なくすることすることが好適である。
【００２１】
図４は、ウエハ１０５の温度分布を示す状態にショット４１５の集まりであるレイアウト４０３を重ねた状態を示す。温度分布は、第１領域４０１と、グレー表示の第２領域４０２の２領域に分かれている。ウエハ１０５にはレイアウト４０３のパターンが形成されている。プリアライメント用サンプルショット４０４、４０５は、プリアライメントに用いられるサンプルショットである。プリアライメントマーク４０６、４０７は、本実施例１の実際の構成とは異なるが、分かりやすくするために明瞭な位置に大きく示される。
【００２２】
アライメント用のサンプルショット４０８、４０９、４１０、４１１が、第２領域４０２で選択したサンプルショットである。アライメントマーク４１２、４１３は、アライメント用サンプルショット４０８、４０９、４１０、４１１に形成されている。通常、２個より多くのアライメントマークを使用するが、説明を分かりやすくするために、本実施例１では２個のアライメントマークで説明する。第２領域４０２内にあるレイアウト４０３の一部を便宜的にレイアウト４１４と見なすことができる。
【００２３】
シーケンスを開始すると、図５に示されるように、先ず、ステップＳ５０１において、レチクル１０１をレチクルステージ１０８上に搬入し、吸着保持する。次に、ステップＳ５０２において、レチクルセットマーク１１２Ｒ，１１２Ｌとレチクルアライメントマーク１０９Ｒ，１０９Ｌとを使用して、投影光学系１０３に対するレチクル１０１のアライメントを行なう。即ち、レチクルアライメントマーク１０９Ｒとレチクルセットマーク１１２Ｒの組と、レチクルアライメントマーク１０９Ｌとレチクルセットマーク１１２Ｌの組を、それぞれマーク観察ミラー１１３Ｒ，１１３Ｌを介して撮像装置１１４で重ねて撮像する。この撮像時の画像出力から検出される上記２つの組の位置ずれ量が所定の許容値内となるように、レチクルステージ１０８を制御ユニット１０６が移動させて上記２つの組のアライメントを行なう。
【００２４】
アライメントが終了した時点で、所定の許容値内に収まった上記２つの組の位置ずれ量の最終結果から、レチクル１０１のＸ軸方向と、装置全体のＸ軸方向との差を求め、その値を残差θｒとして記憶する。また、同じ最終結果から、レチクル１０１の中心の位置を求めることができ、その値を下記の数式２のようにべクトルＲとして記憶する。但し、ベクトルＲは、本実施例１における実際のレチクル１０１中心の位置に投影光学系１０３の縮小倍率を乗算し、さらに倒立像の位置を表わすように符号を反転したものである。
【００２５】
【数２】
2010283243.tif 000004
【００２６】
次に、ステップＳ５０３において、ウエハ１０５を不図示の搬送ハンド機構によってウエハステージ１１８上に送り込み、ウエハステージ１１８上に吸着固定する。次に、ステップＳ５０４では、ウエハ１０５上に既に形成されているパターンのマークを使用して、やや荒い精度でウエハ１０５のプリアライメントを行なう。まず、プリアライメント用のサンプルショットを選択する。その選択方法の一例は特開２００１−２６７２１４で示される方法でもよい。
【００２７】
図４は、本発明の実施例１の露光装置におけるウエハ１０５上のアライメントマークとサンプルショットを説明する図でもある。次に、図４に示されるように、ウエハ１０５上の２箇所のプリアライメント用サンプルショット４０４、４０５に形成されたプリアライメントマーク４０６，４０７を、それぞれ順にオフアクシススコープ１２１の下に移動させる。さらに、撮像された画像から検出されたマークの位置と、その時のＸＹθステージ１０４の位置座標から、それぞれのマークの位置を計測し、ウエハ１０５全体のずれ量を計測する。ウエハ１０５のずれ量は、下記に示される数式３として、ウエハ１０５の伸びや回転量を行列Ａで、ウエハ１０５のシフト量をべクトルＳで記憶する。
【００２８】
【数３】
2010283243.tif 000005
ここで、βｘ，βｙは、ウエハ１０５のＸおよびＹ方向の伸び率を表わし、θｘ，θｙは、ウエハ１０５のＸおよびＹ方向の回転方向のずれ量を表わし、Ｓｘ，ＳｙはＸおよびＹ方向のシフトずれ量を表わす。これらは後のステップで参照する。ここでは、θの値が十分小さいため、ｓｉｎ（θ）≒θ，ｃｏｓ（θ）≒１と表現している。以降の数式でも同様な近似を行なっている。但し、このステップＳ５０４での計測ではウエハ１０５上の２マークの計測しかしないため、ウエハ１０５の回転方向のずれ量は、Ｘ方向とＹ方向を独立に求められない。このため、ウエハ１０５全体の回転誤差θを、下記に示す数式４として記憶する。
【００２９】
【数４】
2010283243.tif 000006
【００３０】
この計測では、オフアクシススコープ１２１の倍率を低倍率に切替え、広い範囲の視野でマークを検知する。ステップＳ５０５では、赤外線カメラ１２３によりウエハ１０５の全面、または、ウエハ１０５の未露光領域を撮像する。ウエハ１０５の位置によっては、赤外線カメラ１２３でウエハ１０５全面、または、ウエハ１０５の未露光領域を撮像できる位置にＸＹθステージ１０４を移動する必要がある。ここで、未露光領域は、まだ露光していない領域を示すが、最初はウエハ１０５の全領域が未露光領域である。複数の赤外線カメラ１２３で撮影していない部分が無いように撮像して、ＸＹθステージ１０４の移動を少なくすることもできる。
【００３１】
ステップＳ５０６では、ステップＳ５０５で撮像した撮像データから制御ユニット１０６内にある赤外線サーモグラフィ装置で解析して温度分布を算出する。この場合に赤外線カメラ１２３から遠いウエハ１０５面の温度が低く計測されるので、温度の補正が必要である。ステップＳ５０７では、ステップＳ５０６で算出したウエハ１０５の未露光領域の温度分布を調べて、ウエハ１０５の未露光領域を、さらに領域分割する必要があるかどうかを決める。さらに領域分割する必要があれば、ステップＳ５０８に進み、さらに領域分割する必要がなければ、ステップＳ５０９に進む。
【００３２】
図７に示されるように、少なくとも位置合わせデータあるいは露光データを制御ユニット１０６（制御部）に入力する入力画面を有するコンソール１０７（入力手段）を有する。ウエハ１０５の面を領域分割するために、本実施例１で必要なパラメータを入力画面を示し、この入力画面は、他のパラメータ設定画面と同様にコンソール１０７に表示され、不図示のキーボード、マウス、やタッチパネルで値を入力する。画面に表示されている保存ボタン（不図示）によって、他のパラメータと一緒に制御ユニット１０６内の記憶装置に保存される。ラベル７０１は、ウエハ１０５の面を領域分割するためのパラメータ入力画面であることを示すラベルである。項目７０２は、同じ領域として見なすことができる最大温度差を入力する項目であり、温度（℃）で入力する。
【００３３】
画面７０３は、領域分割する領域の最小サイズを入力する画面であり、その領域がウエハ１０５の面積のどの割合なるかを、割合（％）で入力する。即ち、パラメータ入力画面に値を入力し、隣接する部分が項目７０２で入力した温度差以下の部分から成る領域（未露光領域を分割してできる全ての領域）が、画面７０３で入力した割合以上にウエハ１０５に対して広ければ、ステップＳ５０８に進む。さらに、領域分割の処理をする。基本的には温度差で領域分割すれば好適である。しかし、非常に狭い領域になることは避けたいし、場合によっては、アライメントなどの処理の都合等で領域分割する領域の最小サイズを決めた方が好適であり、本実施例１では最小サイズを決める方法を採用する。
【００３４】
次に、ステップＳ５０８では、ステップＳ５０６で算出したウエハ１０５の未露光領域の温度分布データに基づいて、未露光領域を複数の部分領域に分割する。なお、以降の説明では、ステップＳ５０８で未露光領域を複数の部分領域に分割する例にしたがって説明するが、ステップＳ５０８の処理は、必ずしもそれには限定されない。すなわち、未露光領域を複数の部分領域に分割することなく、未露光領域内の１つの部分領域を特定する処理であってもよい。特定すべき部分領域は、例えば、ステップＳ５０９で選択される部分領域の例に倣えばよい。ステップＳ５０９では、ステップＳ５０８で領域分割したウエハ１０５の未露光領域の中で適切な領域を選択する。例えは、ステージの移動時間を考えて露光済み領域に隣接する未露光領域などを選択する。あるいは、領域内の温度差を小さくできる未露光領域の面積が一番狭い領域を選択する。あるいは、他の領域の露光エネルギーの影響が少なくするために、前にステップＳ５１２で露光した領域から離れた領域を選択する。ステップＳ５０７で領域分割が必要ない場合、未露光領域は１領域になるので、その領域ということになる。最初に、この処理をする場合には、ウエハ１０５の全部の分割した領域が未露光領域であるので、その中から最初の場合に適した適切な領域を選択する。
【００３５】
次に、ステップＳ５１０では、ステップＳ５０９で選択した未露光領域の中からアライメント用のサンプルショットを選択する。ここでは選択した未露光領域に含まれるショット４１５の集まりを便宜的にレイアウトと見なして通常のアライメント用サンプルショット選択方法で選択する。例えば、便宜的にレイアウトと見なせる図４に示される第２領域４０２内にあるショット４１５からなる便宜的なレイアウト４１４からアライメント用サンプルショット４０８から４１１を選択する。選択は制御ユニット１０６内のコンピュータによって行う。その選択方法の一例は特開２００１−２６７２１４で示される方法でもよい。
【００３６】
次に、ステップＳ５１１で、ステップＳ５０９で選択したサンプルショットでアライメントする。
ステップＳ５１２では、Ｓ５０９で選択した領域のショット４１５を露光転写する。例えば、図４では便宜的にレイアウトと見なせる第２領域４０２内の便宜的なレイアウト４１４のショット４１５にレチクル１０１上のパターン１０２を露光転写する。このステップＳ５１１とステップＳ５１２の処理については後で図６のフローチャートを使って詳しく説明する。
【００３７】
ステップＳ５１３では、まだ未露光領域が残っているかどうかを調べる。未露光領域が残っている場合には、ステップＳ５０５に戻り、上記で説明した未露光領域の処理をステップＳ５０５からステップＳ５１３までを繰り返す。未露光領域が残っていない場合はステップＳ５１４に進む。
ステップＳ５１４では、露光転写の終了したウエハ１０５を、不図示の搬出ハンド機構によってウエハステージ１１８上から搬出する。さらに、ステップＳ５１５の判定で処理すべき全てのウエハ１０５の露光転写が終了したものと判定されるまで、ステップＳ５０２からステップＳ５１５までを繰り返す。
【００３８】
次に、図６のフローチャートを参照して、上記ステップＳ５１１において選択した未露光領域のアライメントと、ステップＳ５１２において選択した未露光領域の露光転写について説明する。
まず、ステップＳ５１１において選択された未露光領域のアライメントの処理が示される図６（ａ）のフローチャートについて説明する。図６（ａ）のフローチャートの処理も制御ユニット１０６によって処理される。
【００３９】
ステップＳ６０１においては、サンプルショット毎にウエハ１０５上のショット配列および、チップローテーションを計測する。ウエハ１０５上に形成された各ショットパターンには、図４に示されるようにショットの左右にアライメントマーク４１２，４１３が配置される。アライメントマーク４１２，４１３の内、ステップＳ５１０でサンプルショットとして指定したショットのアライメントマークを、順々にオフアクシススコープ１２１の下に移動させる。撮像された画像から検出されたアライメントマークの位置と、その時のＸＹθステージ１０４の位置座標からそれぞれのアライメントマークの位置を計測し、ウエハ１０５全体のずれ量を計測する。なお、この時のオフアクシススコープ１２１の倍率は、高倍率に切替え、より精密な計測を行う。ここで、指定したサンプルショットとは、例えば、図４に示される複数のショット４０８、４０９、４１０、４１１である。ショット中心の位置を（Ｄｘ，Ｄｙ）、ショット内のアライメントマーク位置を（ｍｘ，ｍｙ）とし、ウエハ１０５上のアライメントマークの位置を下記に示す数式５のベクトルＭで表す。
【００４０】
【数５】
2010283243.tif 000007
また、オフアクシススコープ１２１の位置を下記に示す数式６のベクトルＣで表す。
【００４１】
【数６】
2010283243.tif 000008
オフアクシススコープ１２１の位置を数式６で示されるベクトルＣで表わした場合は、アライメントマークを計測するために、ＸＹθステージ１０４を移動する目標位置は下記に示す数式７で表される。
【００４２】
【数７】
2010283243.tif 000009
このベクトルの位置Ｐに移動した場合、アライメントマークは、オフアクシススコープ１２１で計測可能位置に見える。そこで撮像された画像から検出されたアライメントマークの位置と、その時のＸＹθステージ１０４の位置座標から各マークの位置が得られる。
【００４３】
ステップＳ６０２では、選択された未露光エリア内のそれまで計測したショットが補正パラメータ算出に必要な２ショット以上かどうかを調べる。２ショット以上計測していれば（ＹＥＳの場合）、ステップＳ６０３に進み、そうでなければ（ＮＯの場合）、ステップＳ６０３に進む。
【００４４】
ステップＳ６０３では、各マークの検出されたずれ量とその計測位置を用いてウエハ１０５全体のずれ量βｘ，βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙの値を新たに求め直す。ステップＳ６０３は、先に図５のフローチャートのステップＳ５０４で求めた行列ＡとベクトルＳをさらに精密に求めたことになる。ステップＳ６０３により、次回の計測では、アライメントマーク４１２，４１３はオフアクシススコープ１２１のほぼ中央に見えることになる。
【００４５】
後で、アライメントの状態を調査するため、ステップＳ６０３で求めたウエハ１０５全体のずれ量βｘ，βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙは分割した領域別に保存する。さらに、後述する実施例２で、複数の領域を一度に露光する際の図６（ｂ）に示される露光転写処理で、ショット４１５毎に異なった補正パラメータを使用する。このため、ステップＳ６０３で求めたウエハ１０５全体のずれ量βｘ，βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙは分割した領域別に保存する。
【００４６】
ステップＳ５０４において求めた行列ＡとベクトルＳとは別に保存しておいて、次の選択領域でも、ウエハ１０５全体のずれ量βｘ，βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙ算出するときに使用しても良い。ただし、ここで求めたこれらの補正パラメータはステップＳ５０４のプリアライメントで算出した行列ＡとベクトルＳを少し補正するだけである。このため、ここで求めたこれらの補正パラメータをステップＳ５０４のプリアライメントで算出した行列ＡとベクトルＳの代わりに使っても問題ない。また、ｉ番目のサンプルショットの左右のアライメントマークの計測値の差と、左右マークの距離から、ｉ番目のチップローテーションの量を下記の数式８として求める。
【００４７】
【数８】
2010283243.tif 000010
さらに、これまで計測したサンプルショットの平均のチップローテーション量を下記に示す数式９として算出する。
【００４８】
【数９】
2010283243.tif 000011
下記の数式１０に示すように、ウエハローテーション部分を取り除き、レチクル１０１の回転残差分θｒを加算して、θｃをチップローテーション量として記憶しておく。
【００４９】
【数１０】
2010283243.tif 000012
同様に、チップ倍率も下記に示す数式１１として求める。
【００５０】
【数１１】
2010283243.tif 000013
さらに、これまで計測したサンプルショットの平均のチップ倍率を下記に示す数式１２で算出する。
【００５１】
【数１２】
2010283243.tif 000014
下記の数式１３に示すように、ウエハ倍率（β＝（βｘ＋βｙ）／２）部分を取り除き、βｃをチップ倍率として記憶する。
【００５２】
【数１３】
2010283243.tif 000015
また、マークのチップ内の位置（ｍｘ，ｍｙ）は、設計上の位置（計測基準位置）を（ｍＸ，ｍＹ）とし、チップローテーション、チップ倍率を考慮すると、下記の数式１４で示される。
【００５３】
【数１４】
2010283243.tif 000016
チップローテーション、チップ倍率を考慮したアライメントマークのウエハ１０５上の位置は下記の数式１５で示される。
【００５４】
【数１５】
2010283243.tif 000017
アライメントマークのウエハ上の位置（Ｍｘ，Ｍｙ）は、実際には、ステップＳ６０３では計算式（１）の代わりに計算式（５）を使って算出される。マークを計測するために、ＸＹθステージ１０４を移動する目標位置の計算式（２）にも計算式（５）の結果が使われる。
【００５５】
次に、ステップＳ６０４では、計測したショットが最後のサンプルショットかどうかを調べ、最後でなかった場合（ＮＯの場合）はステップＳ６０１から繰り返す。最後のショットの場合（ＹＥＳの場合）は、終了する。ステップＳ６０３で算出したウエハ１０５全体のずれ量βｘ，βｙ，θｘ，θｙ，Ｓｘ，Ｓｙとチップ倍率βｃ、チップローテーション量θｃは、サンプルショットの全ショットの計測値から算出された値である。さらに、このサンプルショットの全ショットの計測値から算出された値は、図６（ｂ）のステップＳ６０５，Ｓ６０６で使う補正パラメータである。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に示されるステップＳ５１２の選択した未露光領域の露光転写の処理を示すフローチャートについて説明する。このフローチャートの処理も制御ユニット１０６によって処理される。ステップＳ６０５では、ＸＹθステージ１０４を下記の数式１６で示されるθｗだけθ方向に回転させ、ショット配列の向きをレチクル１０１の向きに合わせる。
【００５７】
【数１６】
2010283243.tif 000018
図３は、本発明の実施例１の露光装置におけるチップローテーション補正を説明する図である。図３（ａ）に示されるように置かれたウエハ１０５は、図３（ｂ）に示されるように回転される。ここで、既にウエハ１０５上に形成されたパターンにチップローテーションがないと仮定できる場合には、レチクル投影像３０１とショット４１５の向きが正確に一致したことになる。あるいは、ＸＹθステージ１０４を、下記の数式１７で示されるθｗだけ回転させ、各ショット４１５の平均の向きをレチクル１０１の向きに合わせても良い。
【００５８】
【数１７】
2010283243.tif 000019
この場合、ウエハ１０５は、図３（ｃ）のように回転され、図３（ｃ）では正確に表せないが、ウエハ１０５上に形成されたパターンにチップローテーションがある場合でも、レチクル投影像３０１とショット４１５の向きが正確に一致したことになる。
【００５９】
次に、ステップＳ６０６、Ｓ６０７、Ｓ６０８においては、ウエハ１０５上にレチクル１０１上の回路パターンを露光転写していく。即ち、ステップＳ６０６では、予めコンソール１０７で決められていたショット配列の情報からｉ番目のショット４１５のウエハ１０５上の位置座標Ｄｉｘ，Ｄｉｙを得る。さらに、ステップＳ６０３，Ｓ６０５で計測および補正された行列Ａ、ベクトルＳの値からＸＹθステージ１０４の移動目標べクトルＥｉを、下記の数式１８で求め、その数式１８で求められた位置にＸＹθステージ１０４を移動する。
【００６０】
【数１８】
2010283243.tif 000020
即ち、ＸＹθステージ１０４は、そのＸＹ方向の位置がウエハ１０５上のショット配列のθ方向（Ｚ軸回り）の回転誤差に基づいて、設計上のショット配列を補正演算した位置となるように移動することになる。
【００６１】
ステップＳ６０７においては、露光シャッタ１２２を開閉してレチクル１０１上のパターンを投影光学系１０３を介してウエハ１０５上に露光転写する。もちろん、露光光の種類や制御方式はどんなものであっても良い。例えば、レーザ光、Ｘ線、電子ビームで露光しても良い。また、露光方式もどんなものであっても良い。例えば、一括露光方式であっても、走査露光方式であっても良い。ステップＳ６０８の判定では、このウエハ１０５上の最後のショット４１５の露光が終了したと判定されるまで、ステップＳ６０６〜Ｓ６０８を繰り返す。ここで、図９に示される点線６１０で示されたステップＳ６０５から繰り返す処理については、後述する本発明の実施例２で説明する。
ステップＳ６０６〜Ｓ６０８を繰り返すことにより、図６（ａ）のステップＳ６０３で算出した補正パラメータを使って、位置合わせをしてレチクル１０１上のパターン１０２をウエハ１０５上に露光転写する。
【００６２】
以上説明したように、以下の工程を未露光領域がなくなるまで繰り返す。即ち、ウエハ１０５に対して温度分布を得る工程と、適切な温度差で未露光領域を領域分けする工程と、前記領域の中から１領域を選択する工程と、前記選択した領域に対してアライメント計測して位置補正パラメータを算出する工程と、である。さらに、前記位置補正パラメータを算出した領域に対して前記位置補正パラメータを使って露光位置を補正してレチクルパターンをウエハ１０５に露光転写する工程を未露光領域がなくなるまで繰り返す。未露光領域がなくなるまで繰り返すことにより、ウエハ１０５の位置合わせで、露光装置内によって作られる非線形成分の内、ウエハ１０５が熱によって変形する非線形成分に対応することができ、位置合わせ精度を高くすることが出来る。また、ウエハ１０５の温度が露光中に変わることにも対応することができる。
【００６３】
以上説明した本実施例１の露光装置によれば、以下の工程を有することにより、ウエハ１０５の位置合わせをする場合、露光装置内によって作られる非線形成分の内、ウエハ１０５が熱によって変形する非線形成分に対応することができ、位置合わせ精度を高くする。即ち、ウエハ１０５の温度分布を得る工程と、前記温度分布によって前記ウエハ１０５の表面を領域分けする工程と、を有する。さらに、前記領域毎にアライメント計測して位置補正パラメータを算出する工程と、領域毎の前記位置補正パラメータを使って露光位置を補正してレチクルパターンをウエハ１０５に露光転写する工程と、を有する。
【００６４】
次に、本発明の実施例２の露光装置を説明する。本実施例１では温度分布によって領域分けして、分けた領域の１領域に対してアライメントして露光し、再度、他の領域に対して、温度分布によって領域分けから処理をする。本実施例１はウエハ１０５の処理中にもウエハ１０５上の温度が変化することに対応するようにしている。しかし、処理中のウエハ１０５上の温度変化が、必要な位置合わせ精度に対して小さい場合もある。そのため、処理中のウエハ１０５上の温度が変化に対応するよりも、スループットを良くしたい場合があり、これに対応するものが本実施例２である。本実施例２の露光装置は、最初の温度分布によって領域分けして、分けた全領域に対して領域単位のアライメントを行い、次に、ウエハ１０５上の全ショットに対して、位置補正をしながら露光をするものである。制御ユニット１０６（制御部）は、制御ユニット１０６（計測手段）により計測された温度分布に基づいてウエハ１０５の表面を複数の部分領域に分割する。さらに、分割された複数の部分領域それぞれに関して、サンプルショットの選択と、ショットの配列の算出とを行う。
【００６５】
図８のフローチャートを参照して、本実施例２に係る露光装置における処理手順を説明する。本実施例２において、既にパターンが形成されているウエハ１０５にウエハ１０５の温度分布によって領域分けし、全領域に対して領域単位のアライメントをし、ウエハ１０５上の全ショットに対して、位置補正をしながら新たなパターンを重ねて転写する。この処理は、制御ユニット１０６によって処理される。
本実施例２の露光装置の構成は、大部分が実施例１の露光装置と同じであるため、図８のフローチャートでグレー表示されている処理は、図５のフローチャートの処理と同じ処理なので説明を省略する。即ち、ステップＳ５０１〜Ｓ５０８とステップＳ８０１〜Ｓ８０８が同じであり、ステップＳ５１０、Ｓ５１１とステップＳ８１０、Ｓ８１１が同じであり、ステップＳ５１４、Ｓ５１５とステップＳ８１４、Ｓ８１５が同じである。
【００６６】
ここで、ステップＳ８０９、Ｓ８１２、Ｓ８１３の処理について説明する。
ステップＳ８０９では、ステップＳ８０８で領域分割したウエハ１０５の面の未露光領域の中で適切な領域を選択する。例えば、ステージの移動時間を考慮して、露光済み領域に隣接する未露光領域を選択する。ステップＳ８０７で領域分割が必要ないことになっていれば、未露光領域は１領域になるので、その領域ということになる。また、最初にこの処理をする場合はウエハ１０５の全部の分割した領域が未露光領域になっているので、その中から最初の場合に適した適切な領域を選択する。
【００６７】
ステップＳ８１２では、まだ、アライメントしていない領域があるかどうかを調べる。まだ、アライメントしていない領域があれば、ステップＳ８０９に進み、残りの領域から領域を選択するところから繰り返す。まだ、アライメントしていない領域がなければ、ステップＳ８１３に進む。
【００６８】
ステップＳ８１３では、ウエハ１０５上のレイアウト４０３にあるショット４１５に対して、レチクル１０１上のパターン１０２を露光転写し、本実施例２での処理は、図９のフローチャートに示されるようにウエハ１０５全体を連続して露光する。実施例１と実施例２との違いは露光時に繰り返す処理がステップＳ６０６から繰り返すのでなく、点線６１０で示されたステップＳ６０５から繰り返すことである。即ち、領域別に算出したウエハ１０５全体の回転誤差θｘ、θｙが異なるため、分割した領域単位に露光しても、領域に関係なくＲｏｗ、Ｃｏｌｕｍｎ順に露光しても、領域が変わる毎にステップＳ６０５のＸＹθステージ１０４のθ補正駆動が必要になるからである。そのため、このステップＳ６０５は図６のフローチャートのように常に実行しても良いし、不図示の判断があって、領域が変わるなどで必要な場合のみ実行しても良い。また、露光中に赤外線カメラ１２３を用いてウエハ１０５の温度を監視して、一定以上に未露光領域に温度差が出た場合、途中からウエハ１０５の処理を、実施例１の方法に切替えることも出来る。
【００６９】
以上説明した本実施例２によれば、以下の工程を有することにより、ウエハ１０５の位置合わせで、露光装置内によって作られる非線形成分の内、ウエハ１０５が熱によって変形する非線形成分に対応することがスループット良くでき、位置合わせ精度を高くする。即ち、ウエハ１０５に対して温度分布を得る工程と、適切な温度差で未露光領域を領域分けする工程と、を有する。さらに、複数の領域に対して連続して領域毎にアライメント計測して位置補正パラメータを算出する工程と、複数の領域に対して位置補正パラメータを使って露光位置を補正してレチクルパターンをウエハ１０５に露光転写する工程と、を有する。
【００７０】
次に、本発明の実施例３の露光装置を説明する。上述した実施例１，２では取得したウエハ１０５の温度分布通りに領域分割をする。しかし、ショット露光の熱エネルギーによる温度分布の変化と熱エネルギーの拡散で起こる時間経過などによる温度分布の変化を予想して領域の分割を決めることもでき、この場合、露光量や露光面積やウエハ１０５の材質などを考慮する必要がある。
本実施例３は、図５のステップＳ５０６、図８のステップＳ８０６の温度分布算出において、ステップＳ５０５、ステップＳ８０５で撮像した撮像データを制御ユニット１０６内にある赤外線サーモグラフィ装置で解析してウエハ１０５の全面の温度分布を算出する。この場合に赤外線カメラ１２３から遠いウエハ１０５の面の温度が低く計測されるので温度を補正する。しかし、そのときに露光量や露光面積やウエハ１０５の材質などを考慮して、ショット露光の熱エネルギーによる温度分布の変化と熱エネルギーの拡散で起こる時間経過などによる温度分布の変化を予想して適切に領域分割できるように温度分布の補正をする。
【００７１】
以上の本実施例３によれば、露光量や露光面積やウエハ１０５の材質などから温度分布の変化を予測して領域分けする。この領域分けにより、ウエハ１０５の位置合わせにおいて、露光装置内によって作られる非線形成分の内、ウエハ１０５が熱によって変形する非線形成分に対応することができ、位置合わせ精度を高くすることが出来る。更には、ウエハ１０５の温度が露光することで変わることにも対応することができる。
【００７２】
次に、本発明の実施例４の露光装置を説明する。上述した実施例１，２では取得したウエハ１０５の温度分布通りに領域分割をする。しかし、本実施例４においては、前の露光時に記憶したウエハ１０５の温度分布の変化データを使って取得したウエハ１０５の温度分布の変化を予想して領域の分割を決めることもできる。本実施例４は、図５のステップＳ５１２、図８のステップ８１３において、赤外線カメラ１２３で撮像した撮像データから制御ユニット１０６内にある赤外線サーモグラフィ装置で解析して温度分布を算出する。さらに、露光中の温度分布の変化データを制御ユニット１０６内の記憶装置に記録する。
ステップＳ５０６、ステップＳ８０６の温度分布算出では、ステップＳ５０５、ステップＳ８０５で撮像した撮像データから制御ユニット１０６内にある赤外線サーモグラフィ装置で解析して温度分布を算出する。この場合に赤外線カメラ１２３から遠いウエハ１０５面の温度が低く計測される。このため、温度を補正するが、そのときにステップＳ５１２、ステップ８１３で記録した露光中の温度分布の変化データも考慮して、アライメント時と露光時に適合するよう適切に領域分割できるように温度分布の補正をする。
【００７３】
以上の本実施例４によれば、露光中の前記温度分布の変化データを記憶する工程と、前記取得した温度分布データと前記記憶した温度分布の変化データによって、前記温度分布の変化を予測して前記ウエハ１０５の表面を領域分けする工程とを有する。このため、ウエハ１０５の位置合わせにおいて、露光装置内によって作られる非線形成分の内、ウエハ１０５が熱によって変形する非線形成分に対応することができ、位置合わせ精度を高くすることが出来る。更には、ウエハ１０５の温度が露光することで変わることにも対応することができる。
【００７４】
（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウェハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程と、を経ることにより形成、製造される。現像された基板を加工する工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体露光装置の斜視図である。
【図２】図１の半導体露光装置を構成するＸＹθステージを上方向（Ｚ方向）から見た平面図である。
【図３】本発明の実施例１の露光装置におけるチップローテーション補正を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１におけるウエハの温度分布を示す図にショットの集まりであるレイアウトを重ねた図である。
【図５】本発明の実施例１に係る露光装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例１に係る露光装置のアライメントと露光に関するステップのフローチャートである。
【図７】本発明の実施例１におけるウエハ面を領域分割するために必要なパラメータの入力画面である。
【図８】本発明の実施例２に係る露光装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施例２に係る露光装置のアライメントと露光に関するステップのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
１０５：ウエハ、１０６：制御ユニット、１０７：コンソール、１０８：レチクルステージ、１１８：ウエハステージ、１２１：オフアクシススコープ、、４０４、４０５：プリアライメント用サンプルショット、４０６，４０７：プリアライメントマーク、４０８〜４１１：第２領域４０２で選択したアライメント用サンプルショット、４１２，４１３：アライメントマーク
【図１】
2010283243.tif 000021
【図２】
2010283243.tif 000022
【図３】
2010283243.tif 000023
【図４】
2010283243.tif 000024
【図５】
2010283243.tif 000025
【図６】
2010283243.tif 000026
【図７】
2010283243.tif 000027
【図８】
2010283243.tif 000028
【図９】
2010283243.tif 000029