JP2003249446A - 露光方法、素子の製造方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被露光領域が露光位置に位置する時に一部の
フォーカスセンサーが検出不能または検出誤差が大きく
なる場合でも良好な転写が可能となる露光方法を提供す
る。 【解決手段】 一部のフォーカスセンサーが無効となる
露光位置、例えばウエハ周辺部、で露光を行う場合、露
光を行う前に、全てのフォーカスセンサーが有効となる
予備計測位置でフォーカス計測を行ない、そのフォーカ
ス計測値を事前に求めておいたパターン構造に起因する
誤差に基づいて補正し、その補正結果に基づいてウエハ
の姿勢を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法に関する
もので、特に、ステッパ等の半導体製造装置に用いられ
る投影露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のウエハー表面位置検出方法として
は、特開昭６２−１４０４１８号公報に詳しく記載され
ているが、例えば図１に示すように露光領域の中心部の
高さ情報を斜入射の面位置検出光学系により検出、調整
する方法が提案されている。

【０００３】図１において、１は縮小投影レンズであり
その光軸は図中ＡＸで示されている。また、光軸ＡＸは
図中のＺ方向と平行な関係にある。３はウエハ２を吸着
し、固定するステージである。光源４から射出した光は
照明用レンズにより略平行な光束となり、ピンホールが
形成されたマスク６を照明する。マスク６のピンホール
を通過した光束は、結像レンズ７を経て折り曲げミラー
８に入射し、方向を変えられた後、ウエハ２の表面に斜
めから入射する。ピンホール像は、ウエハ２の露光領域
の中央部を照射し、そこで反射される。

【０００４】ウエハ２の露光領域で反射した光束は、折
り曲げミラー９により方向を変えられた後、検出レンズ
１０を介して位置検出素子１１上に入射する。位置検出
素子１１はＣＣＤやポジションセンサなどから成り、反
射光束の素子１１の受光面への入射位置を検知すること
が可能である。ウエハ２の縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ
方向の位置変化は位置検出素子１１上の反射光束の入射
位置のずれとして検出できるため、ウエハ２上の露光領
域の中央部におけるウエハ表面の光軸ＡＸ方向の位置
が、位置検出素子１１からの出力信号に基づいて検出で
きる。また、従来の半導体製造装置において上記露光領
域中心部にないアライメントマークをマーク検出光学系
で検出するアライメント計測時にも上記露光領域の中心
部に配置されたフォーカスセンサーでウエハ表面位置を
検出し、ウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置を調整してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
ような方式では、ウエハ周辺で露光する場合に、ウエハ
からフォーカスセンサーがはずれてしまったり、ウエハ
のそり等の影響で、露光領域の一部が縮小投影レンズの
焦点面からはずれることがある。

【０００６】また、ウェハ周辺でウェハアライメントマ
ークを計測するときにウェハからフォーカスセンサーが
はずれてしまう場合またはウエハーのそり等の影響を受
けてアライメントマークがマーク検出光学系の焦点面か
らはずれてしまう場合がある。

【０００７】一般にマーク検出光学系と縮小投影レンズ
の焦点位置は異なることが多く、またオフアクシス系の
アライメント計測位置は露光位置とは異なるため、アラ
イメント前にフォーカス制御する必要がある。

【０００８】図２は、ウエハ上に複数の被露光領域（シ
ヨツト）が形成されたもので、図示はされていないが各
シヨツト周辺にその位置を検出するためのアライメント
マークが形成されている。１００は縮小投影レンズの概
略位置を示し、１０１は縮小投影レンズの露光領域中心
部の面位置を検出するフォーカスセンサーの検出域を示
し、ＭＸは縮小投影レンズと固定位置関係にあるＸ方向
用のアライメントマークを計測するための第１のマーク
検出光学系の検出域を示し、ＭＹは縮小投影レンズと固
定位置関係にあるＹ方向用のアライメントマークを計測
するための第２のマーク検出光学系の検出域を示す。

【０００９】図２におけるショットＰ０には、露光位置
における第１のマーク検出光学系の検出域ＭＸと第２の
マーク検出光学系の検出域ＭＹとフォーカスセンサー検
出域１０１との位置関係を示している。ところがＰ１シ
ョットにおいて第２のマーク検出光学系にてＹ方向のマ
ークを計測する時には、フォーカスセンサーの検出域１
０１はウエハーから外れてしまい、Ｐ１ショットにおい
てフォーカスは不能となる。同様に、Ｐ２ショットにお
いても第１のマーク検出光学系にてＸ方向のマークを計
測する時にフォーカスセンサーの検出域の位置１０１は
ウエハーから外れてしまいフォーカス不能となってしま
う。またフォーカスセンサーの検出域１０１はウエハー
から外れてしまわなくとも、フォーカスセンサーの検出
域の位置とマーク検出光学系の検出域の位置が離れてい
るため、マーク検出光学系の検出域のウエハの高さ位置
の測定に誤差が乗る。その結果アライメントマーク計測
時において、マーク検出光学系の焦点面とアライメント
マークとのずれが大きくなり、マークの位置検出精度を
低下させてしまうという欠点があった。

【００１０】本発明は、上記従来例における問題点に鑑
みてなされたもので、ウエハ周辺で、縮小投影レンズの
焦点面と露光領域とのずれを小さくできるように調整で
き、フォーカスセンサーの検出域とマーク検出光学系の
検出域との位置が異なってる場合、例えフォーカスセン
サー測定不能となるウエハ周辺でも、マーク検出光学系
の焦点面とアライメントマークとのずれを小さくできる
ように調整でき、レチクルとウエハを精度良く位置合せ
し、ウエハ上にレチクル上のパターンを良好に転写可能
とした投影露光装置を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の露光方法のある形態は、同一パターン構造が形成され
た複数個の被露光領域が配列された第１物体を移動させ
ることにより順次露光位置に送り込まれた前記被露光領
域に第２物体上のパターンを露光する露光系と、前記露
光系に対して予め決められた位置で互いに異なる位置に
検出域を有し前記第１物体の複数の面位置を検出する面
位置検出装置とを備えた露光装置の露光方法で、前記被
露光領域が露光位置に位置する時、前記複数の被露光領
域の内の所定の被露光領域が前記面位置検出装置によっ
て前記第１物体の複数の面位置を検出する際の前記パタ
ーン構造に依存して生じる誤差が他の前記被露光領域と
異なる場合、前記所定の被露光領域が露光位置に送り込
まれる前の予め決められた位置に位置する時の面位置を
検出する際の前記パターン構造に依存して生じる誤差を
検出する誤差検出工程と、前記予め決められた位置に前
記所定の被露光領域を送り込み前記面位置検出装置によ
って前記第１物体の複数の面位置を検出する面位置検出
工程と、前記誤差に基づいて前記面位置検出工程で得ら
れた測定値を補正する工程と、前記所定の被露光領域を
前記予め決められた位置から露光位置に送り込み第２物
体上のパターンを前記所定の被露光領域に露光する前
に、前記補正された測定値に基づいて前記第１物体の姿
勢を調整する工程とを有することを特徴とする。

【００１２】前記方法のより好ましい形態は、前記露光
位置に前記所定の被露光領域を送り込み前記面位置検出
装置によって前記第１物体の複数の面位置を検出する第
２面位置検出工程と、前記第２面位置検出工程で得られ
た複数の面位置の測定の少なくとも１つに基づいて、前
記第１物体と第２物体の間隔方向に対する第１物体の位
置を調整する工程とを更に有することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）以下、本発明を
図に示した第１の実施例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図３は、ウェハー上ＷＦ上の各ショットの
位置を計測するステップアンドリピートタイプの露光装
置を示す図で、この図において、光源ＬＳからのレーザ
光はビームスプリッタＢＳで２つの光路に分割された
後、レチクルステージＲＳと投影レンズＬＮの間に配置
されている対物ミラーＭＸ、ＭＹのそれぞれから投影レ
ンズＬＮに入射され、ウエハーＷＦ上のウエハーＷＦ上
のウエハーマークＷＭｘ、ＷＭｙを照明している。撮像
装置ＣＭｘはウエハーマークＷＭｘの像を投影レンズＬ
Ｎ、対物ミラーＭｘ、ハーフミラーＨＭｘを介して撮像
し、撮像装置ＣＭｙはウエハーマークＷＭｙの像を投影
レンズＬＮ、対物ミラーＭｙ、ハーフミラーＨＭｙを介
して撮像している。この例では、ウエハマークから撮像
装置までの投影レンズを含む光学系によってマーク検出
光学系が構成されている。そしてウエハーマークＷＭ
ｘ、ＷＭｙの位置ずれ量は撮像装置ＣＭｘ、ＣＭｙの撮
像画面の中心に対して検出される。

【００１５】図４は面位置検出装置備えた縮小投影露光
装置の部分的概略図で、その光軸は図中ＡＸで示されて
いる。光軸ＡＸは図中のＺ方向と平行な関係にある。４
〜１１は、ウエハー２の表面位置および傾きを検出する
ために設けた検出光学系の各要素を示している。４は発
光ダイオード半導体レーザなどの高輝度光源、５は照明
用レンズである。光源４から射出した光は照明用レンズ
により平行な光束となり複数個のピンホールが形成され
たマスク６を照明する。マスク６の各ピンホールを通過
した複数個の光束は、結像レンズ７を経て折り曲げミラ
ー８に入射し、折り曲げミラー８で方向を変えられた
後、ウエハー２の表面に入射する。複数個の光束は、図
５に示すように縮小投影レンズに対しウエハが露光され
るべき位置にいる時、ウエハー上の被露光領域の中央部
を含む５箇所(５０１〜５０５)を照射し、各々の箇所で
反射される。ここで、面位置検出装置が縮小投影レンズ
に対し固定的位置関係にあるので、前記５箇所の面位置
の検出域の位置は、投影レンズの露光領域に対し予め決
められた位置となる。

【００１６】本実施例では、マスク６にピンホールを５
個形成し、中央部を含む５箇所の測定点の位置が測定可
能となる。ただし、本発明の位置合わせ装置において、
面位置検出装置は光学式でなくとも例えばエアー式でも
上記のような位置に検出域を持てば構わない。

【００１７】ウエハー２の各測定点で反射した光束は、
折り曲げミラー９により方向を変えられた後、検出レン
ズ１０を介して２次元位置検出素子１１に入射する。２
次元位置検出素子１１はＣＣＤなどから成り複数個の光
束の素子１１の受光面への入射位置を各々独立に検知す
ることが可能である。

【００１８】ウエハー２の縮小投影レンズ１の光軸ＡＸ
方向の位置の変化は、２次元位置検出素子１１上の複数
の光束の入射位置のズレとして検出できるためウエハー
上の５つの測定点におけるウエハー表面の光軸ＡＸ方向
の位置が２次元位置検出素子１１からの出力信号に基づ
いて検出できる。

【００１９】ウエハーステージ３のｘ軸およびｙ軸方向
の変位はレーザ干渉計を用いて測定され、ウエハーステ
ージ３の変位量を示す信号がレーザ干渉計から信号線を
介して制御装置１３へ入力される。ウエハーステージ３
の移動はステージ駆動手段１２により制御され、ステー
ジ駆動装置１２は、信号線を介して制御装置１３からの
指令信号を受け、この信号に応答してウエハーステージ
３を駆動する。ステージ駆動装置１２は第１駆動手段と
第２駆動手段を有し、第１駆動手段によりウエハー２の
光軸ＡＸと直交する面内における位置(ｘ，ｙ）と回転
(θ)とを調整し、第２駆動手段により、ウエハー２の光
軸ＡＸ方向の位置と傾き(φｘｙ)とを調整する。

【００２０】制御装置１３は、２次元位置検出素子１１
からの出力信号(面位置データ)でウエハー２の表面の位
置を検出する。そして、この検出結果に基づいて所定の
指令信号をステージ駆動装置１２に入力する。この指令
信号に応答して、ステージ駆動装置１２の第２駆動手段
が作動し、第２駆動手段が作動し、第２駆動手段がウエ
ハー２の光軸ＡＸ方向の位置と傾きを調整する。

【００２１】図６は、ショットＮＯ．１１を露光する時
のＸＹステージ位置と面位置を検出するための５箇所の
測定点とウエハーマークを計測するためのマーク検出光
学系の検出域Ｍｘ、Ｍｙの位置関係を示したものであ
る。

【００２２】図７は、ショットＮＯ．１１においてウエ
ハーマークＷＭｙを計測する時のステージ位置と面位置
計測のための５箇所の測定点とマーク検出光学系の検出
域Ｍｘ、Ｍｙの位置関係を示したものである。

【００２３】図８は、ショットＮＯ．１１においてウエ
ハーマークＷＭｘを計測する時のステージ位置と面位置
計測のための５箇所の測定点とマーク検出光学系の検出
域Ｍｘ、Ｍｙの位置関係を示したものである。

【００２４】以下に図９に示すフローチャートを用い
て、本実施例の露光までの工程を説明する。

【００２５】ステップＳ０１：ＸＹステージをＹ方向の
ずれ量計測用ウエハーマークＷＭｙを検出域Ｍｙで計測
できる位置へ移動する。

【００２６】ステップＳ０２：図７において、面位置計
測の５箇所の測定点の中で検出域Ｍｙに最も距離が近く
かつウエハ上でのウエハマークの位置より面位置測定点
がウエハよりはずれると推定される計測不可能な測定点
以外の測定点すなわちこの場合は測定位置５０１と５０
４を選択する。

【００２７】ステップＳ０３：ステップＳ０２で選択さ
れた測定点で面位置を計測してステージ駆動装置１２の
第２の駆動手段によってウエハー２の光軸ＡＸ方向の位
置を補正する。

【００２８】ステップＳ０４：検出域Ｍｙでウエハーマ
ークＷＭｙを計測する。

【００２９】ステップＳ０５：ＸＹステージをＸ方向の
ずれ量計測用ウエハーマークＷＭｘを検出域Ｍｘで計測
できる位置へ移動する。

【００３０】ステップＳ０６：図８においては、すべて
の面位置測定点がウエハ上にあるが、検出域Ｍｘに最も
距離が近い５０１、５０２の測定点を選択する。

【００３１】ステップＳ０７：ステップＳ０６で選択さ
れた測定点で面位置を計測して例えば複数個の有効測定
点があれば平均値もしくは検出域と測定点との距離に応
じた重み付けを行って平均化した平均値をとるなどして
ステージ駆動装置１２の第２の駆動手段によってウエハ
ー２の光軸ＡＸ方向の位置を補正する。

【００３２】ステップＳ０８：検出域Ｍｘでウエハーマ
ークＷＭｘを計測する。

【００３３】ステップＳ０９：予め選択されたアライメ
ント計測用サンプルショット全て計測が終了するまでス
テップＳ０１からステップＳ０８まで繰り返す。

【００３４】ステップＳ１０：アライメント計測用各サ
ンプルショットの計測値から、ウエハを光軸と直交する
面内で移動させる第１の駆動手段の補正量を計算する。
以後、第１駆動手段を用いてステージを移動させる場
合、この補正量によりステージの座標位置を補正して駆
動するものとする。

【００３５】次に、ステップＳ１１、Ｓ１２に示すフォ
ーカス計測の為の補正値を求める段階、および、ステッ
プＳ１３、Ｓ１４に示す露光のための第２駆動手段によ
るウェハの光軸方向の位置及び傾きの補正方法について
説明する。

【００３６】図１０は、全ショットに対して、露光時の
位置と、露光の直前に複数のフォーカスセンサーでウエ
ハの面位置を測定する予備計測位置との、移動量を示し
ている。矢印で示す８方向は、フォーカスセンサー５箇
所の検出域の中心位置を、ステージを移動させることを
示し、点印は、露光と予備計測の位置が一致しているこ
とを示している。

【００３７】矢印で示す位置は、図１１の例えば、ショ
ットＮｏ．１，３，５，１７，２９，３１，２３，１１
に示すように、ウェハ周辺側の露光位置でのフォーカス
センサーの検出域の一部がレイアウト外に位置する場
合、全てのフォーカスセンサーの検出域がレイアウト内
に位置するように、ウェハ中心側に移動させた位置とす
る。本実施例では、方向が同じ移動の場合、その移動量
も同じにしている。

【００３８】また、他の例として、露光位置でのフォー
カスセンサーの検出域の一部がパターン領域とパターン
領域の境界部（スクライブライン）などのようにパター
ン部と段差が大きいために極端に面位置測定誤差量がパ
ターン部のそれと異なる位置に位置する場合、全てのフ
ォーカスセンサーの検出域がパターン領域内に位置する
ように、ウェハを移動させた位置としても良い。

【００３９】この移動量は、図３に示すコンソールＣＳ
により、ショットのレイアウト情報、および、フォーカ
スセンサー５箇所の検出域から、自動的に計算されるも
のである。

【００４０】図３において、ＣＵはステッパー全体を制
御する制御ユニット、ＣＳは位置合わせデータや露光デ
ータなどの必要な情報を制御ユニットＣＵに入力するた
めのコンソールである。

【００４１】図１１は、図１０の方向に移動した場合
の、フォーカスセンサー５箇所の検出域の位置を、代表
例で示すものである。

【００４２】図１２に、フォーカスオフセット補正量の
算出を行なう為の、計測のサンプルショット（ショット
Ｎｏ．８，１５，２６，２１）と、サンプルショット計
測時のフォーカスセンサーの移動位置を、図１０と同じ
く、矢印、および、点印で示している。移動方向の数は
図１０と同じであり、図１０と移動方向が同じである移
動の移動量は、それに対応する図１０の移動方向の移動
量に同じである。

【００４３】このサンプルショットは、図３に示すコン
ソールＣＳにより、フォーカスセンサー５箇所の検出域
が、露光位置と予備計測位置とが同一の場合を含めた９
箇所の移動位置において、全てレイアウト内となる様
に、サンプルショットの数を設定すれば、自動的に設定
されるものである。

【００４４】一般に、縮小投影レンズにより、ウェハ上
に形成される、回路パターンに比べ、アライメントに用
いられるマークは、線幅が太いものとなっている。すな
わち、回路パターンを形成するために縮小投影レンズが
必要とする焦点深度は、アライメントマークを観察する
ためにマーク検出光学系が必要とする焦点深度に比べ
て、厳しいものが要求される。

【００４５】そのため、露光領域全面に良好な回路パタ
ーンを形成するには、フォーカスセンサーの検出域の位
置での、ウェハ表面に形成されたパターン凹凸による、
フォーカス計測値の差を考慮する必要がある。

【００４６】ウェハ表面のパターン凹凸による、フォー
カスセンサーの計測差を、ウェハ上に同一のパターンが
複数転写されており、形成された複数の同一構造を有す
るパターンの周期性を用いて補正する方法が、特開平２
ー１０２５１８で知られている。

【００４７】しかし、この方法を用いても、ウェハ周辺
のショットで、フォーカスセンサーの検出域が、ウェハ
上に形成されたパターン領域と、パターンのない外周領
域の境界部に位置した場合には、形成されているパター
ンの周期性がなくなるため、補正値を求めることができ
ない。このような、ウェハ周辺のショットでは、フォー
カスセンサーの複数計測点の内、境界部に位置した計測
点に誤差が生じるため、ウェハ面傾きの計測精度が劣化
し、焦点深度に余裕がなくなる場合が生じてしまう。ま
た、フォーカスセンサーの複数計測点の内、ウェハ上に
形成されたパターン領域内に位置する計測点だけを用い
ても、ウェハ周辺ではウェハ面のソリの影響により、ウ
ェハ面傾きの計測精度が劣化してしまったり、計測点が
２点以下となり、面の傾き補正ができなくなる場合が生
じる。いずれにしろ、ウェハ周辺のショットでは、焦点
深度に余裕がなくなる場合が生じてしまう。

【００４８】以下に、図１３に示すフローチャートを用
いて、フォーカス、レベリングための第二駆動手段によ
るウェハ位置の補正方法について説明する。

【００４９】図１３は、図９に示すＳ１１〜Ｓ１４の詳
細なフローチャートである。

【００５０】図９に示したステップＳ１１，Ｓ１２のフ
ォーカスオフセット補正量の計測、および、決定方法
は、特開平２−１０２５１８により知られているもの
を、図１２に示すショット内の９箇所に対して求めるよ
うに拡張したものである。ステップＳ１１０〜Ｓ１１５
は、図９に示したステップＳ１１を詳細に記したもので
ある。

【００５１】ステップＳ１１０：ステージの第２駆動手
段において、ウェハー面の姿勢を、傾き、および、光軸
Ａｘ方向の位置を固定する。

【００５２】ステップＳ１１１：図１２に示す、例えば
ショットＮｏ．８に示すサンプルショットの位置に、ス
テージを移動する。

【００５３】ステップＳ１１２：図１２に示す、例えば
ショットＮｏ．８の点印（または、矢印）で示す位置
に、ステージを移動する。

【００５４】ステップＳ１１３：図１２に示す、例えば
ショットＮｏ．８の点印（または、矢印）で示す位置
で、フォーカスセンサーの各５点の計測点で、光軸Ａｘ
方向のウェハ位置を測定する。

【００５５】ステップＳ１１４：図１２に示す、予め決
められたショット内９箇所の位置で、全て計測が終了す
るまで、ステップＳ１１２からステップＳ１１３までを
繰り返す。

【００５６】ステップＳ１１５：図１２に示す、予め決
められたフォーカスオフセット計測用サンプルショット
で、全て計測が終了するまで、ステップＳ１１１からス
テップＳ１１４までを繰り返す。

【００５７】ステップＳ１２０〜Ｓ１２１は、図９に示
したステップＳ１２を詳細に記したものである。

【００５８】ステップＳ１２０：フォーカスセンサーの
各計測点に対して、ショット内９箇所の計４ショット分
の計測値より、９つのウェハー表面を表わすグローバル
平面を算出する。

【００５９】この決定されたグローバル平面の、光軸Ａ
ｘ方向との切片をもって、計測点のショット内９箇所の
移動位置に対する、フォーカス計測の補正量とする。こ
のフォーカス計測補正量の算出を、フォーカスセンサー
の５つの計測点に対して、行なうものとする（補正量を
決定については、特開平２−１０２５１８に詳しいの
で、概念のみ示し詳細は省略する。）。

【００６０】ステップＳ１２１：算出された、フォーカ
スセンサーの５つの計測点に、それぞれ９種類で、合計
４５個のフォーカス計測補正量をメモリーに格納する。

【００６１】ステップＳ１３００〜Ｓ１３１２，およ
び、ステップＳ１３２０〜Ｓ１３２５は、図９に示した
ステップ１３を詳細に記したものである。

【００６２】ステップＳ１３００：露光を行うショッ
ト、例えばショットＮｏ．１に対して、下記の判定を行
なう。

【００６３】露光位置で、複数のフォーカスセンサー計
測点の一部が、ウェハ上に形成されたパターン領域と、
パターンのない外周領域の境界部、または、パターンの
ない外周領域及びウエハ外に位置している場合は、ステ
ップＳ１３０１の動作を行なう。

【００６４】露光位置で、複数のフォーカスセンサー計
測点の全てが、ウェハ上に形成されたパターン領域上に
位置している場合は、図１４のステップＳ１３２０の動
作を行なう。

【００６５】ステップＳ１３０１：例えば、図１１のシ
ョットＮｏ．１に示す位置すなわち前述した各シヨツト
であらかじめ決められた予備計測位置に、フォーカスセ
ンサーの計測点が位置する様に、ステージを移動する。

【００６６】ステップＳ１３０２：フォーカスセンサー
の５計測点各々で、ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を計
測する。

【００６７】ステップＳ１３０３：ステップＳ１２１で
メモリーに格納された、フォーカス計測補正量のうち、
例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す位置に対応す
る、５点計測点各々の補正量を読み出す。

【００６８】この補正量により、ステップＳ１３０２で
計測した、フォーカスセンサーの５計測点各々の計測値
を補正する。

【００６９】ステップＳ１３０４：ステップＳ１３０３
で補正された、フォーカスセンサーの５計測点各々の計
測値より、例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す位
置に対応する、ウェハ表面の傾き量を算出する。

【００７０】ステップＳ１３０５：ステップＳ１３０４
で算出された、ウェハ表面の傾き量に従い、第２駆動手
段を動かし、例えば、図１１のショットＮｏ．１に示す
位置のウェハ表面の傾きを駆動、および、調整する。

【００７１】ステップＳ１３０６：ステップＳ１３０５
で調整した傾き状態を保つ様に、第２駆動手段の傾き調
整機構を制御する（レベリングロック）。

【００７２】ステップＳ１３０７：例えば、図１１のシ
ョットＮｏ．１の予備計測位置から、ショットＮｏ．１
のショットを露光位置に位置する様に、ステージを移動
する。

【００７３】ステップＳ１３０８：露光位置で、ウェハ
上に形成されたパターン領域上に位置している、フォー
カスセンサー計測点、例えば、ショットＮｏ．１では、
５０３、５０４の２計測点を用いて、ウェハ面の光軸Ａ
ｘ方向の位置を計測する。

【００７４】ステップＳ１３０９：ステップＳ１２１で
メモリーに格納された、フォーカス計測補正量のうち、
図１２の点印で示す位置に対応する、５点計測点各々の
補正量を読み出す。

【００７５】さらに、この補正量のうち、例えば、ショ
ットＮｏ．１では、フォーカスセンサー５０３、５０４
の２計測点に対応する補正量により、ステップＳ１３０
９で計測したフォーカスセンサー５０３、５０４の計測
値を補正する。

【００７６】ステップＳ１３１０：ステップＳ１３０９
で補正された、例えば、フォーカスセンサー５０３、５
０４の２計測点の計測値より、ショットＮｏ．１のショ
ットのウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を算出する。

【００７７】ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置の算出方法
は、ショット中心のフォーカスセンサー５０３の値とし
ても良いし、ステップＳ１３０４で算出したウェハ表面
の傾き量とショット内２点の計測値であるフォーカスセ
ンサー５０３、５０４の値より、露光するショット全面
に最適な光軸Ａｘ方向の位置を推定し、算出しても良
い。

【００７８】ステップＳ１３１１：ステップＳ１３１０
で算出された、ウェハ表面の光軸Ａｘ方向の位置に従
い、第二駆動手段を動かし、例えば、ショットＮｏ．１
の光軸Ａｘ方向の位置を駆動、および、調整する。

【００７９】このとき、ステップＳ１３０６で制御され
る第２駆動手段の傾き状態は、保たれるものとする。

【００８０】ステップＳ１３１２：ステップＳ１３１１
で調整した光軸Ａｘ方向の位置を保つ様に、第二駆動手
段の光軸Ａｘ方向の位置調整機構を制御する（レベリン
グ＆フォーカスロック）。

【００８１】ステップＳ１４０：パターン転写のため
の、露光を行なう。

【００８２】露光終了後は、次のショットの露光のため
にステップＳ１３００〜Ｓ１４０を最終ショットの露光
が終了するまで繰り返すものとする。

【００８３】以下に、露光位置で、複数のフォーカスセ
ンサー計測点の全てが、ウェハ上に形成されたパターン
領域上に位置している場合について図１４を用いて説明
する。

【００８４】ステップＳ１３２０：例えば、図１１のシ
ョットＮｏ．１４に示す位置に、フォーカスセンサーの
計測点が位置する様に、ステージを移動する。

【００８５】この位置は、露光の場合の位置に等しいも
のである。

【００８６】ステップＳ１３２１：フォーカスセンサー
の５計測点各々で、ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置を計
測する。

【００８７】ステップＳ１３２２：ステップＳ１２１で
メモリーに格納された、フォーカス計測補正量のうち、
例えば、図１１のショットＮｏ．１４に示す露光位置に
対応する、５点計測点各々の補正量を読み出す。

【００８８】この補正量により、ステップＳ１３２１で
計測した、フォーカスセンサーの５計測点各々の計測値
を補正する。

【００８９】ステップＳ１３２３：ステップＳ１３２２
で補正された、フォーカスセンサーの５計測点各々の計
測値より、例えば、図１１のショットＮｏ．１４に示す
露光位置に対応する、ウェハ表面の傾き量を算出する。

【００９０】同時に、５計測点各々の計測値より、ショ
ットＮｏ．１４のショットのウェハ面の光軸Ａｘ方向の
位置を算出する。

【００９１】ウェハ面の光軸Ａｘ方向の位置の算出方法
は、ショット中心のフォーカスセンサー５０３の値とし
ても良いし、同時に算出するウェハ表面の傾き量とショ
ット内５点の計測値より、露光するショット全面に最適
な光軸Ａｘ方向の位置を推定し、算出しても良い。

【００９２】ステップＳ１３２４：ステップＳ１３２３
で算出された、ウェハ表面の傾き量と光軸Ａｘ方向の位
置に従い、例えば、ショットＮｏ．１４の光軸Ａｘ方向
の位置を駆動、および、調整する。

【００９３】ステップＳ１３２５：ステップＳ１３２４
で調整した傾きと光軸Ａｘ方向の位置を保つ様に、第二
駆動手段の光軸Ａｘ方向の位置調整機構を制御する（レ
ベリング＆フォーカスロック）。

【００９４】この後、ステップＳ１４０の露光を行な
う。

【００９５】なお、図９には、ステップＳ１１、Ｓ１２
をウェハ毎に行なうフローを示したが、フォーカスセン
サーの計測点を補正する値は、ウェハプロセスに依存し
て一定であると考えられるため、ウェハをロットで一括
に連続露光を行なう場合などは、ロットの一枚目のウェ
ハに対して、ステップＳ１１、Ｓ１２を行ない、２枚目
以降のウェハは、ステップＳ１１、Ｓ１２を省略し、一
枚目のウェハで求めた補正値を用いてもよい。

【００９６】また、本実施例では、露光位置と予備計測
位置とで、フォーカスセンサーの検出域のウエハのパタ
ーン構造が異なっていたため、予備計測位置での各フォ
ーカスセンサーのフォーカス計測補正量を測定し算出し
ていた。しかし、図１５のように１シヨツト領域内に同
一構造を有するパターンａ，ｂ，ｃ，ｄが形成されてい
て、他のシヨツトも同様に構成されている場合、露光位
置と予備計測位置との移動量をウエハに形成されたパタ
ーン間隔の整数倍にすれば、露光位置と予備計測位置と
で、フォーカスセンサーの検出域のウエハのパターン構
造が同一になるため、本実施例のように、サンプルシヨ
ツトで、８方向に動かして合計４５個のフォーカス計測
補正量を計測して算出する必要がなく、わずか５個のフ
ォーカス計測補正量を計測して算出するだけで良い。

【００９７】例えば、図１５のウエハ周辺のＮｏ．１シ
ヨツトの露光位置でのフォーカスセンサーの検出域は、
図１６（ａ）のようになり、検出域がレイアウト外にな
るフォーカスセンサーが存在する。この時、予備計測位
置を露光位置からパターン間隔だけ移動すると図１６
（ｂ）に示すようになり、各フォーカスセンサーの検出
域のウエハのパターン構造はウエハ周辺でないＮＯ．５
シヨツトの露光位置での、フォーカスセンサーの検出域
のウエハのパターン構造と同じになるため、サンプルシ
ヨツトとしてＮＯ．２，４，５，６，８を選択し、各シ
ヨツトにおいて露光位置での計測だけをすれば良くな
る。

【００９８】また、本実施例では、予備計測位置でウエ
ハの傾きを計測し、その位置でその計測値に基づいてウ
エハの傾きを調整しているが、対象としているシヨツト
が予備計測位置から露光位置に移動し露光する前までに
その計測値に基づいてウエハの傾きを調整すれば良い。

【００９９】また、本実施例では、レチクル上の回路パ
ターンを投影レンズを介してウエハ上に投影露光する例
を示したが、投影レンズを用いないプロキシミティ型の
露光方法にも適用でき、その場合は、本実施例の「光軸
Ａｘ方向の位置」を「ウエハとマスクとの間隔方向の位
置」と読み替えれば良い。

【０１００】また、本実施例では、アライメントマーク
検出位置でのフォーカスセンサーの測定結果を選択し
て、その位置での光軸方向の位置を補正したが、本実施
例の露光に際のように、アライメントマーク検出位置と
異なる予備計測位置でフォーカスセンサーによって面位
置を測定し、その測定値に基づいてウエハの光軸方向の
位置及び傾きを補正しそしてその姿勢を保持しながら、
または、補正しながら予備計測位置からアライメントマ
ーク検出位置に移動してもよい。特にアライメントマー
ク検出位置で、全てのフォーカスセンサーによる検出が
不可能な場合有効である。

【０１０１】（第２の実施例）第１の実施例では、各計
測ショット毎に有効測定点を選択するようにしたが、ア
ライメント計測用サンプルショットで５箇所の測定点の
中で使用する測定点を予め図３に示すコンソールＣＳで
計算しテーブルとしてメモリー上に記憶してもよい。表
１はＹ方向のウエハーマークを計測する時の各アライメ
ントショットにおける有効測定点のテーブルを表したも
ので表２はＸ方向のウエハーマークを計測する時のテー
ブルを表したものである。ただし、ＹＥＳは使用するフ
ォーカスセンサーを表しＮＯは使用しないフォーカスセ
ンサーを表す。

【０１０２】もちろん、ウエハ周辺での露光の際のフォ
ーカス調整にも適用できる。

【０１０３】

【表１】

【０１０４】

【表２】

【０１０５】（第３の実施例）第１の実施例では、各ア
ライメント計測ショット毎に有効測定点を選択するよう
にしたが、本実施例では、全測定点の面位置データより
ウエハの近似平面を算出し、フォーカスセンサーの測定
点の位置とマーク検出光学系の検出域の位置との位置関
係よりマーク検出光学系の検出域のウエハの面位置を算
出してその値を基にステージ駆動装置１２の第２の駆動
手段によってウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置を補正す
る。もちろん測定点がウエハ上にないフォーカスセンサ
ーの面位置データは除外される。また近似平面を算出す
る際、各面位置データに検出域と測定点との距離に応じ
た重み付けを行って処理しても構わない。

【０１０６】（第４の実施例）前述の第１の実施例から
第３の実施例においては、ウェハ表面に形成されたパタ
ーン凹凸による、フォーカス計測値の差を、露光の場合
のみ考慮したが、アライメントの場合も、この点を考慮
すれば、精度を向上させることが可能となる。

【０１０７】以下に、アライメントの場合の、フォーカ
スセンサーの計測値の補正方法について説明する。

【０１０８】図１７は、アライメントのための、フォー
カスオフセット補正量計測を行なう場合の、移動量を示
している。矢印で示す２方向は、フォーカスセンサー５
箇所の検出域の中心位置を、ステージを移動させること
を示している。

【０１０９】矢印横方向に移動させるとマークＭｘが、
また、矢印縦方向に移動させるとマークＭｙが、それぞ
れのマーク検出光学系で観察できるものとする。矢印で
示す位置は、例えば、図１８、および、図１９のショッ
トＮｏ．１５に示すように、フォーカスセンサー５箇所
の検出域が、レイアウト内に位置するものである。

【０１１０】この場合は、フォーカスオフセット補正量
計測の為の、サンプルショットにショットＮｏ．８，１
５，２６，２１が選択されている例を示している。

【０１１１】このサンプルショットは、図３に示すコン
ソールＣＳにより、フォーカスセンサー５箇所の検出域
が、２箇所の移動位置において、全てレイアウト内とな
る様に、サンプルショットの数を設定すれば、自動的に
設定されるものである。

【０１１２】図１８は、図１７の矢印横方向に移動した
場合の、フォーカスセンサー５箇所の検出域の位置を、
例えば、ショットＮｏ．１５に示すものである。

【０１１３】図１９は、図１７の矢印縦方向に移動した
場合の、フォーカスセンサー５箇所の検出域の位置を、
例えば、ショットＮｏ．１５に示すものである。

【０１１４】図２０は、アライメントのためのフォーカ
スオフセット補正量計測を示すの詳細なフローチャート
である。

【０１１５】本フローチャートに示す計測は、図９に示
したフローチャート中、ステップＳ０１の前に行なわれ
るものである。

【０１１６】ステップＳ００１：通常、ステップＳ１〜
Ｓ０９のアライメント計測動作を行なう前に、不図示の
ステージ近傍に設けられた粗検出用の顕微鏡を用いて、
ウェハー上の不図示のウェハ上に形成されたマークを観
察し、パターンの形成されたウェハを装置に対して、位
置合わせを行なうのが、一般的である。

【０１１７】粗検出用の顕微鏡は、縮小投影レンズを介
さず、単独でマークを観察するもので、図３に示すマー
ク観察光学系の視野内に、マークを確実に位置させる目
的で用いられるものである。

【０１１８】ステップＳ００１１〜Ｓ００１７は、図１
３で説明したステップＳ１１０〜Ｓ１１５に相当し、ス
テップＳ００２０、Ｓ００２１は、図１３で説明したス
テップＳ１２０〜Ｓ１２１に相当する。ここでは、詳細
な説明を省略する。

【０１１９】ステップＳ００２１でメモリーに格納され
た補正値は、ステップＳ０３，および、ステップＳ０７
で、フォーカスセンサーで面位置を測定される場合に、
用いられる。

【０１２０】補正値の反映のさせ方は、ステップＳ１３
０３，Ｓ１３０９，Ｓ１３２２と同様なので、詳細な説
明は省略する。

【０１２１】（第５の実施例）次に上記説明した露光方
法を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明
する。図２１は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半
導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤなど）の製造
のフローを示す。ステツプ１（回路設計）では半導体デ
バイスの回路設計を行う。ステツプ２（マスク製作）で
は設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
一方、ステツプ３（ウエハー製造）ではシリコンなどの
材料を用いてウエハーを製造する。ステツプ４（ウエハ
ープロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクと
ウエハーを用いて、リソグラフイー技術によってウエハ
ー上に実際の回路を形成する。次のステツプ５（組み立
て）は後工程と呼ばれ、ステツプ４によって作製された
ウエハー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）などの工程を含む。ステツプ
６（検査）ではステツプ５で作製された半導体デバイス
の動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こ
うした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷
（ステツプ７）される。

【０１２２】図２２は上記ウエハープロセスの詳細なフ
ローを示す。ステツプ１１（酸化）ではウエハーの表面
を酸化させる。ステツプ１２（ＣＶＤ）ではウエハー表
面に絶縁膜を形成する。ステツプ１３（電極形成）では
ウエハー上に電極を蒸着によって形成する。ステツプ１
４（イオン打ち込み）ではウエハーにイオンを打ち込
む。ステツプ１５（レジスト処理）ではウエハーに感光
剤を塗布する。ステツプ１６（露光）では上記説明した
露光方法によってマスクの回路パターンをウエハーに焼
付け露光する。ステツプ１７（現像）では露光したウエ
ハーを現像する。ステツプ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。ステツプ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。これらのステツプを繰り返し行う
ことによってウエハー上に多重に回路パターンが形成さ
れる。

【０１２３】本実施例の製造方法を用いれば、従来製造
が難しかった高集積度の半導体デバイスが製造すること
ができる。

【０１２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シヨツトがアライメント位置または露光位置に位置する
時に一部のフォーカスセンサーが検出不能または検出誤
差が大きくなる場合でも精度の良いアライメントもしく
は良好な転写が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のウエハ表面位置検出方法を用いる縮小投
影露光装置の部分概略図。

【図２】従来のウエハマークを計測する時のウエハーの
面位置の検出域とマーク検出光学系の検出域との位置関
係を示す図。

【図３】本発明の一実施例に係わるステップアンドリピ
ートタイプの露光装置を示す図。

【図４】本発明の位置合わせ装置を用いる縮小投影露光
装置の部分概略図。

【図５】面位置検出光学系による面位置検出での被露光
領域と各測定点の位置関係を示す説明図。

【図６】露光時のＸＹステージ位置と面位置を計測する
ためのウエハー上の５箇所の測定点とウエハーマーク計
測用のマーク検出光学系の検出域との位置関係を示す
図。

【図７】Ｙ方向のずれ量を計測する時、ＸＹステージの
位置と面位置計測用のウエハー上の５箇所の測定点とウ
エハーマーク計測用のマーク検出光学系の検出域との位
置関係を示す図。

【図８】Ｘ方向のずれ量を計測する時、ＸＹステージの
位置と面位置計測用のウエハー上の５箇所の測定点とウ
エハーマーク計測用のマーク検出光学系の検出域との位
置関係を示す図。

【図９】本発明に第１実施例に係わる露光方法を示すフ
ローチャート。

【図１０】露光位置と予備計測位置との移動量を示す
図。

【図１１】シヨツトレイアウトとフォーカスセンサーの
検出域とを示す図。

【図１２】計測のサンプルシヨツトを示す図。

【図１３】図９に示すＳ１１〜Ｓ１４の詳細なフローチ
ャート。

【図１４】Ｓ１３２０〜Ｓ１４０のフローチャート。

【図１５】１シヨツト内に同一構造を有する複数のパタ
ーンが形成されているシヨツトレイアウトを示す図。

【図１６】図１５に示すシヨツトレイアウトの場合の露
光位置と予備計測位置のフォーカスセンサーの検出域の
位置を示す図。

【図１７】フォーカスオフセット補正量計測位置と露光
位置との移動量を示す図。

【図１８】シヨツトレイアウトとフォーカスセンサーの
検出域とを示す図。

【図１９】シヨツトレイアウトとフォーカスセンサーの
検出域とを示す図。

【図２０】フォーカスオフセット補正量計測を示すフロ
ーチャート。

【図２１】デバイスの製造方法を示すフローチャート。

【図２２】ウエハプロセスを示すフローチャート。

【符号の説明】

ＸＹＳ ＸＹステージ ＷＦ ウエハー ＬＮ 縮小投影レンズ ＲＳ レチクルステージ ＲＴ レチクル ＣＭ 撮像装置 ＣＳ コンソール ＣＵ 制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 雄一 神奈川県川崎市中原区今井上町53番地キヤ ノン株式会社小杉事業所内 Ｆターム(参考） 5F046 BA03 CC01 CC03 CC05 DA05 DA14 DB04 DC10 EB05 EC03 FC04 FC06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一パターン構造が形成された複数個の
   被露光領域が配列された第１物体を移動させることによ
   り順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域に第２物
   体上のパターンを露光する露光系と、前記露光系に対し
   て予め決められた位置で互いに異なる位置に検出域を有
   し前記第１物体の複数の面位置を検出する面位置検出装
   置とを備えた露光装置の露光方法において、 前記被露光領域が露光位置に位置する時、前記複数の被
   露光領域の内の所定の被露光領域が前記面位置検出装置
   によって前記第１物体の複数の面位置を検出する際の前
   記パターン構造に依存して生じる誤差が他の前記被露光
   領域と異なる場合、前記所定の被露光領域が露光位置に
   送り込まれる前の予め決められた位置に位置する時の面
   位置を検出する際の前記パターン構造に依存して生じる
   誤差を検出する誤差検出工程と、 前記予め決められた位置に前記所定の被露光領域を送り
   込み前記面位置検出装置によって前記第１物体の複数の
   面位置を検出する面位置検出工程と、 前記誤差に基づいて前記面位置検出工程で得られた測定
   値を補正する工程と、 前記所定の被露光領域を前記予め決められた位置から露
   光位置に送り込み第２物体上のパターンを前記所定の被
   露光領域に露光する前に、前記補正された測定値に基づ
   いて前記第１物体の姿勢を調整する工程とを有すること
   を特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記露光位置に前記所定の被露光領域を
   送り込み前記面位置検出装置によって前記第１物体の複
   数の面位置を検出する第２面位置検出工程と、 前記第２面位置検出工程で得られた複数の面位置の測定
   の少なくとも１つに基づいて、前記第１物体と第２物体
   の間隔方向に対する第１物体の位置を調整する工程とを
   有することを特徴とする請求項１の露光方法。
3. 【請求項３】 同一パターン構造が形成された複数個の
   被露光領域が配列されレジストが塗布されたウエハを移
   動させることにより順次露光位置に送り込まれた前記被
   露光領域にマスク上のパターンを露光する露光系と、前
   記露光系に対して予め決められた位置で互いに異なる位
   置に検出域を有し前記ウエハの複数の面位置を検出する
   の面位置検出装置とを備えた露光装置を用いて素子を製
   造する方法において、 前記被露光領域が露光位置に位置する時、前記複数の被
   露光領域の内の所定の被露光領域が前記面位置検出装置
   によって前記ウエハの複数の面位置を検出する際の前記
   パターン構造に依存して生じる誤差が他の前記被露光領
   域と異なる場合、前記所定の被露光領域が露光位置に送
   り込まれる前の予め決められた位置に位置する時の面位
   置を検出する際の前記パターン構造に依存して生じる誤
   差を検出する誤差検出工程と、 前記予め決められた位置に前記所定の被露光領域を送り
   込み前記面位置検出装置によって前記ウエハの複数の面
   位置を検出する面位置検出工程と、 前記誤差に基づいて前記面位置検出工程で得られた測定
   値を補正する工程と、 前記所定の被露光領域を前記予め決められた位置から露
   光位置に送り込み第２物体上のパターンを前記所定の被
   露光領域に露光する前に、前記補正された測定値に基づ
   いて前記ウエハの姿勢を調整する工程とを有することを
   特徴とする素子の製造方法。
4. 【請求項４】 同一パターン構造が形成された複数個の
   被露光領域が配列された第１物体を移動させることによ
   り順次露光位置に送り込まれた前記被露光領域に第２物
   体上のパターンを露光する露光系と、前記露光系に対し
   て予め決められた位置で互いに異なる位置に検出域を有
   し前記第１物体の複数の面位置を検出する面位置検出装
   置とを備えた露光装置において、 前記被露光領域が露光位置に位置する時、前記複数の被
   露光領域の内の所定の被露光領域が前記面位置検出装置
   によって前記第１物体の複数の面位置を検出する際の前
   記パターン構造に依存して生じる誤差が他の前記被露光
   領域と異なる場合、前記所定の被露光領域が露光位置に
   送り込まれる前の予め決められた位置に位置する時の面
   位置を検出する際の前記パターン構造に依存して生じる
   誤差を検出し、 前記予め決められた位置に前記所定の被露光領域を送り
   込み前記面位置検出装置によって前記第１物体の複数の
   面位置を検出し、 前記誤差に基づいて前記面位置検出工程で得られた測定
   値を補正し、 前記所定の被露光領域を前記予め決められた位置から露
   光位置に送り込み第２物体上のパターンを前記所定の被
   露光領域に露光する前に、前記補正された測定値に基づ
   いて前記第１物体の姿勢を調整することを特徴とする露
   光装置。