JP2008140814A - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光異常を確実に検出できるとともに、生産能力低下やコストアップを生じることなく、その異常の発生原因を判別することができる露光装置及び露光方法を提供する。
【解決手段】フォーカスセンサーの計測結果に基づいて算出された、各露光ショットにおけるフォーカス値及びレベリング値（チルト角）に基づいて、各値の差分絶対値が演算される。フォーカス値の差分絶対値及びレベリング値の差分絶対値は、あらかじめ設定された閾値と比較される。差分絶対値が閾値を超える場合、露光異常ありと判定される。露光異常ありと判定された場合、少なくとも露光異常が発生した露光領域の数と、露光異常が発生した露光領域の被露光体上における分布とに基づいて、露光異常種別が識別される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置等の製造工程において用いられる露光装置及び露光方法に関する。

半導体装置等の製造工程において用いられる露光装置及び露光方法では、半導体装置の微細化に伴い、露光時の微小なフォーカス異常やフォトレジストの塗布不均一などに起因するパターン欠陥が発生している。このようなパターン欠陥は、半導体装置の性能劣化や製造歩留の低下の原因となるため、発生を抑制する必要がある。

従来、パターン欠陥の発生を抑制する手法として、露光装置の露光領域内の複数位置においてフォーカス値の計測を行い、当該フォーカス値に基づいて、裏面異物等に起因する局部的なフォーカスボケを検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、露光を行う度に、露光装置のウエハステージの傾斜量（チルト値）を計測し、当該チルト値に基づいてフォーカスボケをより高精度に検出する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

以下図面を参照しながら、従来の露光装置及び露光方法の一例について説明する。図９は従来の露光装置の要部を示す断面図である。図９において、縮小投影レンズ８１を通過した露光光８７は、ウエハ８６上で結像する。ウエハ８６が載置されるウエハステージ８５は、Ｚ方向(光軸方向)に駆動可能に構成されている。また、ウエハステージ８５は、Ｘ方向及びＹ方向（水平方向）に移動可能に構成されたウエハステージ８４上に設置されている。ウエハステージ８４、８５の駆動制御は、コントローラ８９により行われる。

また、受光部８２では、発光部８３から出射されてウエハ８６上で反射された光が入射することにより、入射光に応じた信号が生成される。フォーカス検出モジュール８８は、受光部８２で生成された信号を用いて、縮小投影レンズ８１の光学系の像面とウエハ８６の上面との距離を計測する。データ蓄積部９０は、露光ショット毎に取得された各種データを蓄積するとともに、蓄積したデータに基づいて、フォーカスボケの有無を判定する。また、記録部９１は、ウエハの異常情報を記録する。

図１０は、前記露光装置において実施される異物検知アルゴリズムを示すフロー図である。図１０に示すように、まず、露光対象のウエハ８６がウエハステージ８５上に搬送される（ステップ８０１）。次いで、ウエハステージ８５上に載置された前記ウエハ８６とレチクルとのグローバルなアライメントが行われる（ステップ８０２）。アライメントが完了すると、ウエハ８６上の最初の露光ショットが、縮小投影レンズ８１の投影位置に移動される（ステップ８０３）。このとき、フォーカス検出モジュール８８により、ウエハ８６上の露光対象ショットのフォーカス計測が行われる（ステップ８０４）。コントローラ８９は、フォーカス計測により取得されたフォーカス値に基づいて、ウエハ８６の表面が縮小投影レンズ８１の結像面と一致する状態にウエハステージ８５を駆動する。このとき、ウエハステージ８５の駆動量フォーカス（Ｚ位置）とチルト値とが、データ蓄積部９０に保存される（ステップ８０５）。この後、ショット露光が行われる（ステップ８０６、８０７）。そして、前記ウエハ８６上の全ての露光ショット（第１ショット〜第ｎショット）に対する露光が完了するまで、ステップ８０３〜８０７が繰り返し実行される（ステップ８０８Ｙｅｓ）。露光が完了したウエハ８６は、露光装置から搬出される（ステップイ８０８Ｎｏ、ステップ８０９、ステップ８１１）。

また、ウエハ８６の露光が完了したときに、データ蓄積部９０に格納された、第１ショットから第ｎショットまでの前記Ｚ位置及びチルト値が、所定の閾値と比較される（ステップ８１０）。このとき、チルト値が特定の閾値以上であれば、ウエハ裏面とウエハステージの間に異物が存在していると判断される。

以上のような処理を、露光対象のウエハごとに実施することにより、裏面異物検出を行うことができる。
特開２００３−２５７８４７号公報 特開２００６−９３３１６号公報

前記従来の構成では、各露光ショットにおいて取得したデータと特定の閾値との比較により異常検出を行うため、局所的なウエハ裏面異物に起因するフォーカスボケの発生を精度よく検出することができる。しかしながら、当該構成では、前記Ｚ位置や前記チルト値に極端な変動が発生しない、比較的広い範囲にわたって連続的に発生する異常の検出が困難である。このような異常としては、例えば、フォトレジスト塗布異常や、ウエハ裏面に広範囲にわたって膜状の異物が付着した異常等がある。

また、前記構成では、検出された異常が、ウエハ裏面への局所的な異物付着であるか、比較的広い範囲にわたって連続的に発生した異常領域の端部であるか等の、フォーカスボケの発生原因を判別することができないという問題もある。このような問題を解決する方法として、異常が検出されたウエハ全面を目視等により検査することが考えられるが、生産能力の低下やコストアップの要因になってしまう。

本発明は、上述の問題点に鑑み、露光異常を確実に検出できるとともに、生産能力低下やコストアップを生じることなく、その異常の発生原因を判別することができる露光装置及び露光方法を提供するものである。

上記問題点を解決するために本発明は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、ステージに載置された被露光体の表面位置を計測するとともに、所望の位置に設定した基準面に前記被露光体の表面を一致させた状態で、前記被露光体表面を露光するステップアンドリピート方式又はスキャン方式の露光装置を前提としている。そして、本発明に係る露光装置は、露光領域（露光ショット）内で、少なくとも２箇所以上の計測点において被露光体の表面位置を計測するフォーカスセンサーを備えている。フォーカスセンサーの計測結果に基づいて、前記被露光体上に配列された複数の露光領域における、前記基準面と被露光体表面との間の距離、及び前記基準面に対する被露光体表面の傾斜量が算出される。当該算出は、フォーカスセンサーが行ってもよい。また、ステージの鉛直方向の位置及びステージ表面の基準面に対する傾斜量を微調整を行う駆動手段が、当該算出を行ってもよい。算出された距離及び傾斜量は、当該算出が行われた露光領域の前記被露光体上における位置情報と関連付けて記憶手段に記憶される。そして、判定手段が、前記関連付けられた情報と、あらかじめ設定された異常判定基準とに基づいて、露光異常の有無を判定する。判定手段が露光異常ありと判定した場合、識別手段が、少なくとも露光異常が発生した露光領域の数と、露光異常が発生した露光領域の被露光体上における分布とに基づいて、露光異常種別を識別する。

以上の構成に加えて、前記判定手段により判定された露光異常の有無の結果を、前記露光領域の位置情報と、前記被露光体を識別するための被露光体識別情報とを含む被露光体情報とともに表示する表示手段（報知手段）を備えてもよい。例えば、前記表示手段は、被露光体表面を示すマップ上に、判定手段により露光異常と判定された領域と、正常と判定された領域とを区分して表示する構成とすることができる。

また、前記識別手段は、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がない場合、当該露光異常を裏面異物に起因する露光異常と識別する構成にすることができる。同様に、前記識別手段は、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がある場合、当該露光異常を被露光体表面へ塗布した薬液の塗布異常に起因する露光異常と識別する構成にすることができる。

加えて、前記距離及び傾斜量のそれぞれについて、直前に表面位置が計測された露光領域の各値との差分を演算する演算手段をさらに備えてもよい。この場合、前記判定手段は、前記距離の差分及び前記傾斜量の差分と、各差分に対してあらかじめ設定された閾値とを比較することにより、露光異常の有無を判定する。

一方、他の観点では、本発明は、ステージに載置された被露光体の表面位置を計測するとともに、所望の位置に設定した基準面に前記被露光体の表面を一致させた状態で、前記被露光体表面をステップアンドリピート方式又はスキャン方式で露光する露光方法を提供することができる。すなわち、本発明に係る露光方法は、まず、露光領域（露光ショット）内で、少なくとも２箇所以上の計測点において前記被露光体の表面位置が計測される。次いで、前記計測結果に基づいて、前記被露光体上に配列された複数の露光領域における、前記基準面と被露光体表面との間の距離、及び前記基準面に対する被露光体表面の傾斜量が算出される。前記算出された距離、傾斜量は、当該算出が行われた露光領域の前記被露光体上における位置情報と関連付けられる。当該関連付けられた情報と、あらかじめ設定された異常判定基準とに基づいて、露光異常の有無が判定される。露光異常ありと判定された場合、少なくとも露光異常が発生した露光領域の数と、露光異常が発生した露光領域の被露光体上における分布とに基づいて、露光異常種別が識別される。

以上の構成に加えて、前記判定された露光異常の有無の結果が、前記露光領域の位置情報と、被露光体識別情報とを含む被露光体情報とともに表示される構成を採用することもできる。例えば、前記露光異常の有無の結果は、被露光体表面を示すマップ上に、露光異常と判定された領域と、正常と判定された領域とを区分して表示することができる。

また、前記露光異常種別を識別する工程において、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がない場合、当該露光異常は裏面異物に起因する露光異常と識別される構成としてもよい。同様に、前記露光異常種別を識別する工程において、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がある場合、当該露光異常は被露光体表面へ塗布した薬液の塗布異常に起因する露光異常と識別される構成としてもよい。

加えて、前記距離及び傾斜量のそれぞれについて、直前に表面位置が計測された露光領域の各値との差分が演算される構成を採用することもできる。この場合、前記露光異常の有無の判定は、前記距離の差分及び前記傾斜量の差分と、各差分に対してあらかじめ設定された閾値とを比較することにより行われる。

さらに、前記露光異常の有無の判定する工程において露光異常ありと判定された場合、露光異常ありと判定された被露光体に対し、被露光体表面に塗布された薬液を除去した後薬液が除去された被露光体の被露光面に再度薬液を塗布する構成を採用することができる。前記薬液がフォトレジストである場合、例えば、フォトレジストの溶媒として使用されるシンナーを用いることにより、露光異常と判定された被露光体のフォトレジストを除去することができる。

本発明によれば、ウエハ裏面への微小な異物の付着等に起因する局所的な異常だけでなく、フォトレジスト塗布異常等に起因する比較的広範囲にわたって発生する異常を検出することができる。また、これらの異常を区別して検出することができるため、生産能力の低下やコストアップを生じることなく、異常の発生原因を特定することができる。

（第１の実施形態）
以下本発明の第１の実施形態における露光装置及び露光方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の露光装置は、ステップアンドリピート方式の縮小投影露光装置（ステッパ）である。

図１は本実施形態の露光装置の要部を示す概略構成図である。図１に示すように、当該露光装置は、露光対象のウエハ２が載置されるウエハステージ１を備える。当該ウエハステージ１は、図９に示した従来の露光装置と同様に、縮小投影レンズの下方に設置されている。また、ウエハステージ１は、外周の３箇所にウエハステージ１の外方に突出する突部１ａ、１ｂ、１ｃを備えている。突部１ａ〜１ｃは、上下動可能に構成された駆動ピン（図示せず）上にそれぞれ載置されている。このため、各駆動ピンの上下動を制御することにより、ウエハステージ１の鉛直（垂直）方向の位置と、縮小投影レンズの結像面に対するウエハステージ１表面の傾き（レベリング）とを微調整することが可能である。なお、各駆動ピンの上下動は駆動手段１１により制御される。

また、ウエハステージ１は、図示を省略した駆動系により水平面内（Ｘ方向およびＹ方向）における移動、鉛直方向（Ｚ方向）における移動が可能に構成されている。なお、以下では、図１に示すように、鉛直方向をＺ方向とし、水平面を構成する直交２軸の方向をＸ方向（図１において紙面に垂直な方向）、及びＹ方向（図１において左右方向）と記載する。

ウエハステージ１に載置されるウエハ２は、その露光面にあらかじめフォトレジストが塗布されている。また、ウエハステージ１の表面は略水平になっており、ウエハステージ１上に正常に載置されたウエハ２の表面も略水平になる。

また、本露光装置は、送光系３と受光系４とを含むフォーカスセンサー５を備えている。送光系３は、フォトレジストが感度をほとんど有しない波長のフォーカス計測光をウエハ２の表面に照射する。受光系４は、送光系３より照射され、ウエハ２表面で反射されたフォーカス計測光を受光する。受光により受光系４が生成する信号により、フォーカスセンサーは、フォーカス計測光照射位置のフォーカス値（Ｚ方向の位置）を計測する。ウエハ２上の所望位置のフォーカス値は、ウエハステージ１を水平面内で移動させることにより取得することができる。計測されたフォーカス値は、フォーカス値を計測したウエハ２上の位置情報とともに、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等からなる記憶手段６に記憶される。計測されたフォーカス値と位置情報とは、駆動手段１１にも入力される。駆動手段１１は、入力されたフォーカス値に基づいて各駆動ピンを上下動させる。

また、記憶手段６には、後述のように、フォーカス計測位置に対して露光がなされた際のウエハステージ１のレベリング値も記憶される。演算手段７、判定手段８、識別手段９、及び報知手段１０については後述する。

図２は、本実施形態の露光装置における露光処理を示すフロー図である。図２に示すように、まず、図示しない搬送手段により、ウエハステージ１上にウエハ２が搬送される（ステップ１０１）。次に、ウエハ２のアライメントが行われる（ステップ１０２）。このアライメントは、あらかじめ形成されているウエハ上のパターンと、本露光工程でウエハ２上に露光されるレチクル上のパターンとの位置合わせを行うものである。なお、ステップ１０２はウエハ２に対するファーストマスク露光のようにウエハ２上のパターンと露光パターンとを重ね合わせることが不要な場合は、当該アライメントを省略することができる。その後、露光処理（ステップ１０３）が開始される。

露光処理では、まず、ウエハ２上の最初の露光ショット（露光領域）を縮小投影レンズの直下へ移動させる、ウエハステージ１の移動（ショット移動）が行われる（ステップ１０４）。ショット移動が完了すると、フォーカスセンサー５によるフォーカス計測が行われる（ステップ１０５）。このとき、フォーカスセンサー５は、露光ショット内の少なくとも異なる２箇所のフォーカス計測を行う。

当該フォーカス計測の結果は、駆動手段１１に入力される。駆動手段１１は、入力されたフォーカス計測結果に基づいて、ウエハ２上の露光ショット表面が、縮小投影レンズの結像面（基準面）と一致する状態に前記各駆動ピンを上下動させる（ステップ１０６）。

例えば、フォーカスセンサー５、あるいは、駆動手段１１が、計測された各フォーカス値に基づいて、露光ショット表面と結像面との距離、及び露光ショット表面の結像面に対する傾きを算出する。当該算出結果に基づいて、露光ショット表面と結像面とを一致させるために必要な各駆動ピンの駆動量が算出される。そして、駆動手段１１が、当該駆動量だけ駆動ピンを上下動させることで、ウエハステージ１の微調整を行うことができる。また、ウエハステージ１の微調整は、フォーカスセンサー５により計測されるフォーカス値が結像面のフォーカス値と一致するまで、フォーカス計測と各駆動ピンの上下動とを繰り返すことで行われてもよい。なお、ウエハステージ１の微調整はウエハステージ１が停止した状態で行われてもよく、フォーカスセンサー５のフォーカス計測光照射位置が露光ショット内に位置する条件下でウエハステージ１が移動している状態で行われてもよい。また、フォーカスセンサー５が備える送光系３と受光系４は１対に限定されない。フォーカス値計測箇所数に応じて複数対の送光系３と受光系４をフォーカスセンサー５が備えてもよい。

ウエハステージ１の微調整が完了すると、露光ショットのショット番号、調整後のウエハステージ１のＺ座標（Ｚ位置）及び調整後のレベリング値が記憶手段５に格納される。ここで、ショット番号とは、ウエハ２上に配列された複数の露光ショットの中から当該露光ショットを特定するための番号である。ここでは、露光装置における露光順序をショット番号として使用している。なお、ここでは、露光装置は、ウエハ２上で互いに隣接するショットへ順にショット移動することにより露光を行うものとする。また、本実施形態では、レベリング値として、ウエハステージ１のＸ方向の傾き（Ｘ方向レベリング値）と、ウエハステージ１のＹ方向の傾き（Ｙ方向レベリング値）とを記憶手段６に格納している。Ｘ方向レベリング値及びＹ方向レベリング値は、上述の各駆動ピンの位置から算出することができる。各駆動ピンの位置は、駆動手段１１が各駆動ピンの制御に用いる絶対座標系における各駆動ピンの座標より容易に求めることができる。なお、ウエハステージ１のＺ位置は、ウエハステージ１の特定点（例えば、ウエハステージ１表面の中心点）のＺ座標である。当該Ｚ位置も、各駆動ピンの座標より容易に求めることができる。

その後、ショット露光が行われ、図示を省略したレチクル上のパターンがウエハ２へ転写される（ステップ１０７）。ショット露光が完了すると、続いて露光すべき次ショットがウエハ２上にある場合には、次ショットの露光が開始される（ステップ１０８Ｙｅｓ→ステップ１０４）。この場合、ステップ１０４のショット移動は、１ショット分のステッピングになる。一方、続いて露光すべきショットがウエハ２上にない場合、すなわち、ウエハ２上の全ショットの露光が完了した場合には、ウエハ２が搬出される（ステップ１０８Ｎｏ→ステップ１０９）。

また、本実施形態の露光装置では、ウエハ２上の全露光ショットに対する露光が完了すると、露光異常の有無を確認する異常検出処理が行われる。図３は、本実施形態における異常検出処理を示すフロー図である。

異常検出処理が開始されると、図３に示すように、演算手段７（図１参照）は、まず、記憶手段６に格納されている、各露光ショットのショット番号、ウエハステージ１のＺ位置、Ｘ方向レベリング値及びＹ方向レベリング値を読み出す（ステップ１１１）。次に、演算手段７は、各露光ショットのＺ位置Ｚ_i（ｉ＝１〜ｎ、ｎはショット番号の最大値）、Ｘ方向レベリング値Ｘ_i及びＹ方向レベリング値Ｙ_iと、当該露光ショットの直前に露光が行われた露光ショットのＺ位置Ｚ_i-1、Ｘ方向レベリング値Ｘ_i-1、Ｙ方向レベリング値Ｙ_i-1との差分絶対値ΔＺ_i＝｜Ｚ_i−Ｚ_i-1｜、ΔＸ_i＝｜Ｘ_i−Ｘ_i-1｜、ΔＹ_i＝｜Ｙ_i−Ｙ_i-1｜を演算する（ステップ１１２）。なお、本実施形態では、１ショット目（ｉ＝１）の各差分絶対値ΔＺ_１、ΔＸ_１、ΔＹ_１の値はゼロとしている。

続いて、判定手段８（図１参照）が、各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iについてあらかじめ設定されている閾値Ｚ_L、Ｘ_L、Ｙ_Lと、演算手段７が算出した各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iとを順次比較することにより、露光異常の有無を判定する（ステップ１１３）。ここでは、判定手段８は、各差分絶対値が全て閾値以下である場合（ΔＺ_i≦Ｚ_L、ΔＸ_i≦Ｘ_L、ΔＹ_i≦Ｙ_L）である場合、異常なしと判定し、処理を終了する（ステップ１１４Ｎｏ）。また、閾値を越える差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iが１つでもある場合は、判定手段８は異常ありと判定する（ステップ１１４Ｙｅｓ）。このように、Ｚ位置の差分絶対値、Ｘ方向レベリング値の差分絶対値、及びＹ方向レベリング値の差分絶対値を用いることにより、隣接する露光ショット間での、Ｚ位置、Ｘ方向レベリング値、及びＹ方向レベリング値の微小な変動に基づいて、露光異常の有無を判定することができる。

判定手段８が異常ありと判定した場合、識別手段９（図１参照）は、あらかじめ設定されている異常発生点数の数値、及び異常の分布状況に基づいて、検出された異常が多点異常発生モードであるか数点異常発生モードであるかの異常モード判定を実施する（ステップ１１５）。

異常モード判定では、識別手段９は、まず、各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iのそれぞれについて、各閾値Ｚ_L、Ｘ_L、Ｙ_Lを超えたショット（異常ショット）の個数を、あらかじめ設定されている異常発生点数の数値（例えば「５」）と比較する。いずれかの異常ショットの数が当該数値以上である場合、識別手段９は、異常ショットのショット番号ｉから、異常ショットがウエハ２上で隣接する露光ショットであるか否かを判定する。このとき、異常ショットがウエハ２上で隣接する露光ショットであれば、識別手段９は、多点異常発生モードであると判定する。これは、異常ショットが隣接している場合、両異常ショットの発生要因が同一である蓋然性が高いからである。

一方、各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iのそれぞれにおける異常ショット数が、あらかじめ設定されている異常発生点数の数値よりも少ない場合、及び各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iのそれぞれにおける異常ショット数が、あらかじめ設定されている異常発生点数の数値以上であっても、異常ショットが隣接していない場合には、識別手段９は、数点異常発生モードであると判定する。

なお、識別手段９が、多点異常発生モードと判断する条件は、異常ショットが所定数以上連続している、あるいはウエハ２上において、所定領域内での異常ショットの割合が所定割合を超えている等であってもよい。

多点異常発生モードと判定した場合、識別手段９は、報知手段１０に広域表面異常アラームを発報させる（ステップ１１５Ｙｅｓ→ステップ１１６）。また、数点異常発生モードと判定した場合、識別手段９は、報知手段１０に局所的表面異常アラームを発報させる（ステップ１１５Ｎｏ→ステップ１１７）。なお、報知手段１０は、音、光、警告表示等、作業者に異常を通知可能な任意の方式により各異常アラームを発報する。

このとき、作業者は、発報された異常アラームの種類により、露光異常の種別を直ちに把握することができる。すなわち、広域表面異常アラームが発報された場合、作業者は、フォトレジスト塗布異常等に起因する異常が発生したことを把握することができる。また、局所的異常アラームが発報された場合、作業者は、微小な異物などの付着に起因する異常が発生したことを把握することができる。この結果、作業者は、その後のウエハ処置や設備異常個所の特定を速やかに行うことができる。

なお、上述のあらかじめ判定手段８に設定される閾値、及びあらかじめ識別手段９に設定される異常発生点数の数値は、露光装置を用いた実際の露光を繰り返す実験により、異常判定ができる値が求められる。また、演算手段７、判定手段８及び識別手段９は、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。

以上のように本実施形態によれば、ウエハ裏面への微小な異物の付着等に起因する局所的な異常だけでなく、フォトレジスト塗布異常等に起因する比較的広範囲にわたって発生する異常を検出することができる。また、これらの異常を区別して検出することができるため、生産能力の低下やコストアップを生じることなく、異常の発生原因を特定することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、露光処理完了後に異常判定を実施したが、異常判定を行うタイミングは露光処理完了後に限定されるものではない。そこで、第２の実施形態では、露光処理開始前に異常判定を実施する事例について説明する。以下、第２の実施形態の露光装置及び露光方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の露光装置の構成は、第１の実施形態に示した露光装置と同一であるのでここでの説明は省略する。

図４は、本実施形態の露光装置における露光処理を示すフロー図である。図４に示すように、ウエハステージ１上にウエハ２が搬送される（ステップ２０１）。次に、ウエハ２のアライメントが行われる（ステップ２０２）。このアライメントは、あらかじめ形成されているウエハ上のパターンと、本露光工程で露光するパターンの位置合わせを行うものである。なお、第１の実施形態と同様、ウエハ２上のパターンと露光パターンとを重ね合わせることが不要な場合は、当該アライメントを省略することができる。

本実施形態では、アライメントが完了すると、フォーカス計測が行われる（ステップ２０３）。当該フォーカス計測は、ウエハステージ１のＸ方向への移動及びＹ方向への移動と、停止とを繰り返すことにより、ウエハ２上の各露光ショットに対して実施される。このとき、露光装置は、ウエハ２上で互いに隣接する露光ショットへ順にショット移動することによりフォーカス計測を行う。このとき、フォーカスセンサー５は、各露光ショット内において、少なくとも異なる２箇所のフォーカス計測を行う。そして、各露光ショットのフォーカス計測の結果を、計測した露光ショットのショット番号とともに、記憶手段６に格納する。特に限定されないが、ここでは、フォーカスセンサー５が、計測した各フォーカス値に基づいて、各露光ショット表面と結像面との距離、及び各露光ショット表面の結像面に対するＸ方向の傾き及びＹ方向の傾きを算出する。そして、フォーカスセンサー５は、当該算出結果に基づいて、各露光ショット表面と結像面とを一致させるために必要な各駆動ピンの駆動量を算出する。このとき、フォーカスセンサー５は、各駆動ピンの駆動量に基づいて、調整が行われた後のウエハステージ１のＺ座標（Ｚ位置）、Ｘ方向の傾き（Ｘ方向レベリング値）、Ｙ方向の傾き（Ｙ方向のレベリング値）、並びに、各駆動ピンの駆動量をショット番号とともに記憶手段６に格納する。

全露光ショットに対するフォーカス計測が完了すると、演算手段７は、記憶手段６に格納されている、各露光ショットのショット番号、ウエハステージ１のＺ位置、Ｘ方向レベリング値及びＹ方向レベリング値を読み出す（ステップ２０４）。次に、演算手段７は、各露光ショットのＺ位置Ｚ_i（ｉ＝１〜ｎ、ｎはショット番号の最大値）、Ｘ方向レベリング値Ｘ_i及びＹ方向レベリング値Ｙ_iと、当該露光ショットの直前にフォーカス計測が行われた露光ショットのＺ位置Ｚ_i-1、Ｘ方向レベリング値Ｘ_i-1、Ｙ方向レベリング値Ｙ_i-1との差分絶対値ΔＺ_i＝｜Ｚ_i−Ｚ_i-1｜、ΔＸ_i＝｜Ｘ_i−Ｘ_i-1｜、ΔＹ_i＝｜Ｙ_i−Ｙ_i-1｜を演算する（ステップ２０５）。なお、本実施形態では、１ショット目（ｉ＝１）の各差分絶対値ΔＺ_１、ΔＸ_１、ΔＹ_１の値はゼロとしている。

続いて、判定手段８が、各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iについてあらかじめ設定されている閾値Ｚ_L、Ｘ_L、Ｙ_Lと、演算手段７が算出した各差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iとを順次比較することにより、露光異常の有無を判定する（ステップ２０６）。ここでは、判定手段８は、各差分絶対値が全て閾値以下である場合（ΔＺ_i≦Ｚ_L、ΔＸ_i≦Ｘ_L、ΔＹ_i≦Ｙ_L）である場合、異常なしと判定する（ステップ２０７Ｎｏ）。また、閾値を越える差分絶対値ΔＺ_i、ΔＸ_i、ΔＹ_iが１つでもある場合は、判定手段８は異常ありと判定する（ステップ２０７Ｙｅｓ）。

判定手段８が異常ありと判定した場合、識別手段９は、第１の実施形態で説明したように、あらかじめ設定されている異常発生点数の数値、及び異常の分布状況に基づいて、検出された異常が多点異常発生モードであるか数点異常発生モードであるかの異常モード判定を実施する（ステップ２１４）。

多点異常発生モードと判定した場合、識別手段９は、報知手段１０に広域表面異常アラームを発報させる（ステップ２１４Ｙｅｓ→ステップ２１５）。また、数点異常発生モードと判定した場合、識別手段９は、報知手段１０に局所的表面異常アラームを発報させる（ステップ２１４Ｎｏ→ステップ２１６）。なお、報知手段１０は、音、光、警告表示等、作業者に異常を通知可能な任意の方式により各異常アラームを発報する。

このとき、作業者は、発報された異常アラームの種類により、露光異常の種別を直ちに把握することができる。この結果、作業者は、その後のウエハ処置や設備異常個所の特定を速やかに行うことができる。

一方、判定手段８が異常なしと判定した場合、露光処理（ステップ２０８）が実行される。露光処理では、まず、ウエハ２上の最初の露光ショット（露光領域）を縮小投影レンズの直下へ移動させる、ウエハステージ１の移動（ショット移動）が行われる（ステップ２０９）。ショット移動が完了すると、駆動手段１１が、当該露光ショットに対応する各制御ピンの駆動量を記憶手段６から読み出し、当該駆動量にしたがって各駆動ピンを上下動させる（ステップ２１０）。

その後、ショット露光が行われ、レチクル上のパターンがウエハ２へ転写される（ステップ２１１）。ショット露光が完了すると、続いて露光すべき次ショットがウエハ２上にある場合には、次ショットの露光が開始される（ステップ２１２Ｙｅｓ→ステップ２０９）。この場合、ステップ２０９のショット移動は、１ショット分のステッピングになる。一方、続いて露光すべきショットがウエハ２上にない場合、すなわち、ウエハ２上の全ショットの露光が完了した場合には、ウエハ２が搬出される（ステップ２１２Ｎｏ→ステップ２１３）。

以上のように本実施形態によれば、ウエハ裏面への微小な異物の付着等に起因する局所的な異常だけでなく、フォトレジスト塗布異常等に起因する比較的広範囲にわたって発生する異常を検出することができる。また、これらの異常を区別して検出することができるため、生産能力の低下やコストアップを生じることなく、異常の発生原因を特定することができる。

なお、本実施形態では露光処理中（ステップ２０８）のフォーカス計測を省略しているが、フォーカス計測を行う構成とすることもできる。

（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、露光装置が、作業者に対して、広域表面異常アラーム及び局所的表面異常アラームを発報する構成について説明した。当該構成では、異常アラームを確認した作業者が、その後のウエハ処置や、設備異常個所の特定及び復旧を行う必要がある。そこで、本実施形態では、異常アラームが発報された後の処理を、自動的に行う構成について説明する。以下、本発明の第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図５は上述の露光装置を露光ユニットとして備える露光装置の要部を示す概略構成図である。図５に示すように、本実施形態の露光装置２０は、露光対象の複数枚のウエハが収容された容器が配置されるウエハローダー２１を備える。ウエハローダー２１から搬出されたウエハ２は、塗布ユニット２２に搬入される。ウエハ２は、塗布ユニット２２において、被露光面にフォトレジストが塗布される。フォトレジストが塗布されたウエハ２は、露光ユニット２３に搬入される。ここで、露光ユニット２３は、上述の第１または第２の実施形態で説明した露光装置であり、上述した手順でウエハ２に対する露光が行われる。

露光ユニット２３において正常に露光が完了したウエハ２は、露光ユニット２３から搬出され、現像ユニット２４に搬入される。現像ユニット２４では、露光後のウエハ２の現像処理が行われる。当該現像処理により、ウエハ２上には、フォトレジストパターンが形成される。現像処理が完了したウエハ２は、現像ユニット２４からウエハアンローダー２５へ搬送され、ウエハアンローダー２５に設置された容器に収容される。

ウエハローダー２１と塗布ユニット２２との間には、ウエハ２に塗布されたフォトレジストを剥離するレジストリムーブユニット２７が設けられている。また、露光ユニット２３と隣接する位置には、露光ユニット２３において異常が検出されたウエハ２を一時待機させるバッファユニット２６が配置されている。

なお、図５では、図示を省略しているが、各ユニット間のウエハ２の搬送は、公知のウエハ搬送ロボットにより行われる。また、露光対象のウエハが搬入され、露光及び現像が完了したウエハが搬出される露光装置が通常備える、ホットプレートユニット、クーリングプレートユニット、密着処理ユニット等は、本実施形態の説明に直接関係しないため図示及び処理の説明を省略している。

図６は、本実施形態の露光装置２０において、露光ユニット２３が異常アラームを発報した場合の処理を示すフロー図である。なお、露光ユニット２３が異常アラームを発報しない正常時には、上述の搬送経路（図５に実線矢印で示す）での処理が継続される。

さて、露光ユニット２３が露光異常を上述した手法により検出した場合、露光ユニット２３は異常アラームを発報する（ステップ３０１）。このとき、露光ユニット２３は、異常が発生したウエハ２をバッファユニット２６へ搬送する（ステップ３０２）。また、露光装置２０の判別手段２８（図５参照）は、発報された異常アラームがレジスト塗布に起因する異常であるか否かの判別を行う（ステップ３０３）。本実施形態では、発報された異常アラームが、広域表面異常アラームである場合、レジスト塗布起因異常と判別している。また、局所的表面異常アラームである場合、レジスト塗布起因異常ではないと判別している。なお、判別手段２８は、異常が発生したウエハ２を識別するための情報を記憶する。ここで、ウエハ２を識別するための情報として、例えば、半導体装置の製造工程において工程管理のために通常使用されているウエハ番号等を使用することができる。

レジスト塗布起因の異常は、フォトレジストがウエハ２上に均一に塗布されていない状態である。また、フォトレジストがウエハ２上に均一に塗布されない原因は、塗布ユニット２２におけるフォトレジスト吐出量に異常が発生していることが多い。このため、本実施形態では、判別手段２８がレジスト塗布起因異常と判別した場合、判別手段２８は、搬送ロボットの搬送状態を制御する搬送制御手段２９（図５参照）に、ウエハローダー２１から塗布ユニット２２へのウエハ２の搬送停止を指示するとともに、塗布ユニット２２にフォトレジスト吐出量の自動調整処理の実施を指示する（ステップ３０３Ｙｅｓ、ステップ３０４Ｙｅｓ、ステップ３０５Ｎｏ、ステップ３０６）。ここで、吐出量自動調整処理とは、ウエハ２上に所望の膜厚を有するフォトレジストが塗布される状態に、塗布ユニット２２のフォトレジスト吐出量を自動的に調整する処理である。このような自動調整処理は、公知の技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する。なお、ステップ３０４及びステップ３０５については後述する。

塗布ユニット２２の吐出量自動調整処理が完了した後、あるいは塗布ユニット２２の吐出量自動調整処理と並行して、判別手段２８は、搬送制御手段２９にバッファユニット２６で待機している異常が発生したウエハ２の搬送を指示する。当該指示により、異常が発生したウエハ２は、レジストリムーブユニット２７に搬送される。レジストリムーブユニット２７では、異常が発生したウエハ２上のフォトレジストが剥離される（ステップ３０７）。フォトレジストの剥離は、例えば、ウエハ２上に塗布されるフォトレジストの溶媒として使用されるシンナーをウエハ２上に滴下することで行うことができる。また、ウエハ２の表面状態によってはアッシング処理（灰化）や硫過水（ＳＰＭ洗浄）、剥離液によりフォトレジストを剥離することも可能である。

フォトレジストが剥離されたウエハ２は塗布ユニット２２に搬送され、ウエハ２の被露光面に再度フォトレジストが塗布される（ステップ３０８）。フォトレジストの再塗布が完了したウエハ２は、再び露光ユニット２３に搬送され、露光される（ステップ３０９）。なお、図５には、このようなレジスト塗布起因異常発生時のウエハ２の搬送経路を、破線矢印で示している。

上述の異常が発生したウエハ２に続いて、露光ユニット２３において露光が行われたウエハ２にレジスト塗布起因異常が発生しなければ、上述の正常時のウエハ搬送経路による露光処理が継続される（ステップ３１０Ｎｏ、ステップ３１１）。なお、上述の異常が発生したウエハ２に続いて、露光ユニット２３において露光が行われるウエハ２は、フォトレジストが再塗布されたウエハ２であることが好ましいが、他のウエハ２であってもよい。ここで、他のウエハ２とは、塗布ユニット２２が、吐出量自動調整処理を開始する前に、既にフォトレジストの塗布が完了し、露光ユニット２３への搬入を待機しているウエハ２である。

一方、露光ユニット２３において、後続のウエハ２においても、レジスト塗布起因異常が連続的に発生した場合、判別手段２８は、発生回数があらかじめ設定されている規定回数を超えると、露光処理を停止させる（ステップ３１０Ｙｅｓ、ステップ３０２、ステップ３０３Ｙｅｓ、ステップ３０４Ｎｏ、ステップ３１２）。なお、後続のウエハ２が、塗布ユニット２２が吐出量自動調整処理を開始する前に既にフォトレジストの塗布が完了したウエハである場合、前記規定回数は、この種のウエハ２の枚数より大きな値に設定されることはいうまでもない。

なお、本実施形態では、判別手段２８が、レジスト塗布起因異常ではないと判別した場合（局所的表面異常アラーム）、搬送制御手段２９に、ウエハローダー２１から塗布ユニット２２へのウエハ２の搬送停止を指示する。また、搬送制御手段２９に、異常が発生したウエハ２のレジストリムーブユニット２７への搬送を指示する（ステップ３０３Ｎｏ、ステップ３０７）。そして、ウエハ２上のフォトレジストを剥離した後、フォトレジストを再塗布し、再露光を行う（ステップ３０８、ステップ３０９）。また、判別手段２８の判別結果に関わらず、再露光されたウエハ２に再び異常が発生した場合には、判別手段２８は当該ウエハ２を不良品としてリジェクト処理する（ステップ３０５Ｙｅｓ、ステップ３１３）。

以上のように本実施形態によれば、レジスト塗布要因で異常が発生した場合は、自動的に復帰処理を行うことができる。このため、露光異常に起因する処理のロス時間を最小限に留めることができる。また、自動復帰不能の場合は、処理を停止することで、被害の拡大を防ぐことができる。

なお、判定手段２８は、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、第１及び第２の実施形態で説明した、報知手段１０が表示装置である場合に、当該表示装置に表示される広域表面異常アラームと、局所的表面異常アラームとの表示例を説明する。

図７は、Ｘ方向レベリング値の差分絶対値ΔＸ_iを、ショット番号ｉ順に表示した例を示す図である。図７において、横軸がショット番号（計測位置）に対応し、縦軸がＸ方向レベリング値の差分絶対値に対応する。また、図７（ａ）が、広域表面異常アラームの表示例であり、図７（ｂ）が局所的表面異常アラームの表示例である。

図７では、あらかじめ設定された閾値と、計測位置とを表示することで、異常判定位置及び閾値からのズレ量を視認可能にしている。図７（ａ）及び図７（ｂ）に点線で示す丸印３１を付したデータが異常発生箇所である。

また図８は、Ｘ方向レベリング値の差分絶対値を、ウエハマップ形式で表示した例を示す図である。図８において、横軸がウエハ上のＸ方向に対応し、縦軸がウエハ上のＹ方向に対応する。また、図８では、Ｘ方向レベリング値の差分絶対値が等高線で表示されている。ここでは、各露光ショットのＸ方向レベリング値の差分絶対値を、対応するウエハマップ上の露光ショット内における１点（ここでは露光ショット中央）の値として等高線を算出している。図８（ａ）が、広域表面異常アラームの表示例であり、図８（ｂ）が局所的表面異常アラームの表示例である。

図８の例では、差分絶対値の大きさに対応して、所定値に対応する等高線で囲まれた領域を色分けをして表示させている。これにより、異常箇所とその領域の大きさを視認することが可能になる。なお、図８では所定値に対応する等高線で囲まれた領域をグレースケールで示しているが、カラー表示としてもよい。領域３２の内側の領域が、異常発生箇所である。

図７及び図８に示すように、広域表面異常アラームの場合、異常発生箇所が多数確認される。特に、図８（ａ）では、異常発生領域３２が広域に及ぶことが確認できる。一方、局所的異常アラームの場合には異常発生箇所は単発で確認される。図８（ｂ）においても、異常発生領域３２が狭いことが確認できる。

なお、図７及び図８では、Ｘ方向レベリング値の差分絶対値について、広域表面異常アラーム及び局所的表面異常アラームの表示例を示したが、Ｚ位置の差分絶対値やＹ方向レベリング値の差分絶対値に対しても同様の表示を行うことができる。

以上説明したように、ウエハ上に露光異常が発見された場合、本実施形態において説明した表示を用いて異常報知を行うことで、作業者は、異常発生状況を容易に把握することができる。

なお、本発明は、以上で説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上述の各実施形態では、半導体装置の製造工程に適用した事例について説明したが、本発明は、液晶パネル等の製造工程にも適用可能である。また、上述の各実施形態では、ステップアンドリピート方式の露光装置に適用した事例を説明したが、本発明は、スキャン方式の露光装置に対しても適用可能である。

本発明は、露光異常の検出だけでなく、露光異常の種別を識別できるという効果を有し、露光装置及び露光方法として有用である。

本発明の第１の実施形態における露光装置を示す概略構成図 本発明の第１の実施形態における露光処理を示すフロー図 本発明の第１の実施形態における異常検出処理を示すフロー図 本発明の第２の実施形態における露光処理（異常検出処理）を示すフロー図 本発明の第３の実施形態における露光装置を示す概略構成図 本発明の第３の実施形態における露光処理を示すフロー図 本発明の第４の実施形態における異常表示を示す図 本発明の第４の実施形態における異常表示を示す図 従来の露光装置を示す概略構成図 従来の露光処理を示すフロー図

符号の説明

１ ウエハステージ
２ ウエハ
３ 送光系
４ 受光系
５ フォーカスセンサー
７ 演算手段
８ 判定手段
９ 識別手段
２１ ウエハローダー
２２ 塗布ユニット
２３ 露光ユニット
２４ 現像ユニット
２５ ウエハアンローダー
２６ バッファユニット
２７ レジストリムーブユニット
２８ 判別手段
８１ 縮小投影レンズ
８２ 受光部
８３ 発光部
８４ ウエハステージ
８５ ウエハステージ
８６ ウエハ
８８ フォーカス検出モジュール
８９ コントローラ
９０ データ蓄積部

Claims (14)

1. ステージに載置された被露光体の表面位置を計測するとともに、所望の位置に設定した基準面に前記被露光体の表面を一致させた状態で、前記被露光体表面を露光するステップアンドリピート方式又はスキャン方式の露光装置において、
   露光領域内で、少なくとも２箇所以上の計測点において前記被露光体の表面位置を計測する手段と、
   前記計測手段の計測結果に基づいて、前記被露光体上に配列された複数の露光領域における、前記基準面と被露光体表面との間の距離、及び前記基準面に対する被露光体表面の傾斜量を算出する手段と、
   前記算出された距離及び傾斜量を、当該算出が行われた露光領域の前記被露光体上における位置情報と関連付けて記憶する手段と、
   前記関連付けられた情報と、あらかじめ設定された異常判定基準とに基づいて、露光異常の有無を判定する手段と、
   判定手段が露光異常ありと判定した場合、少なくとも露光異常が発生した露光領域の数と、露光異常が発生した露光領域の被露光体上における分布とに基づいて、露光異常種別を識別する手段と、
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記判定手段により判定された露光異常の有無の結果を、前記露光領域の位置情報と、被露光体識別情報とを含む被露光体情報とともに表示する手段をさらに備えた請求項１記載の露光装置。
3. 前記識別手段は、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がない場合、当該露光異常を裏面異物に起因する露光異常と識別する、請求項１または請求項２記載の露光装置。
4. 前記識別手段は、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がある場合、当該露光異常を被露光体表面へ塗布した薬液の塗布異常に起因する露光異常と識別する、請求項１または請求項２記載の露光装置。
5. 前記距離及び傾斜量のそれぞれについて、直前に表面位置が計測された露光領域の各値との差分を演算する手段をさらに備え、
   前記判定手段が、前記距離の差分及び前記傾斜量の差分と、各差分に対してあらかじめ設定された閾値とを比較することにより、露光異常の有無を判定する請求項１または請求項２記載の露光装置。
6. 前記表示手段は、被露光体表面を示すマップ上に、判定手段により露光異常と判定された領域と、正常と判定された領域とを区分して表示する、請求項２記載の露光装置。
7. ステージに載置された被露光体の表面位置を計測するとともに、所望の位置に設定した基準面に前記被露光体の表面を一致させた状態で、前記被露光体表面をステップアンドリピート方式又はスキャン方式で露光する露光方法において、
   露光領域内で、少なくとも２箇所以上の計測点において前記被露光体の表面位置を計測する工程と、
   前記計測結果に基づいて、前記被露光体上に配列された複数の露光領域における、前記基準面と被露光体表面との間の距離、及び前記基準面に対する被露光体表面の傾斜量を算出する工程と、
   前記算出された距離、及び傾斜量を、当該算出が行われた露光領域の前記被露光体上における位置情報と関連付ける工程と、
   前記関連付けられた情報と、あらかじめ設定された異常判定基準とに基づいて、露光異常の有無を判定する工程と、
   露光異常ありと判定された場合、少なくとも露光異常が発生した露光領域の数と、露光異常が発生した露光領域の被露光体上における分布とに基づいて、露光異常種別を識別する工程と、
   を有することを特徴とする露光方法。
8. 前記判定された露光異常の有無の結果を、前記露光領域の位置情報と、被露光体識別情報とを含む被露光体情報とともに表示する工程をさらに備えた請求項７記載の露光方法。
9. 前記露光異常種別を識別する工程において、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がない場合、当該露光異常は裏面異物に起因する露光異常と識別される、請求項７または請求項８記載の露光方法。
10. 前記露光異常の有無の判定する工程において、露光異常が検出された露光領域と隣接する露光領域に露光異常がある場合、当該露光異常は被露光体表面へ塗布した薬液の塗布異常に起因する露光異常と識別される、請求項７または請求項８記載の露光方法。
11. 前記距離及び傾斜量のそれぞれについて、直前に表面位置が計測された露光領域の各値との差分を演算する工程をさらに有し、
    前記露光異常の有無の判定が、前記距離の差分及び前記傾斜量の差分と、各差分に対してあらかじめ設定された閾値とを比較することにより行われる請求項７または請求項８記載の露光方法。
12. 前記露光異常の有無の結果が、被露光体表面を示すマップ上に、露光異常と判定された領域と、正常と判定された領域とを区分して表示される、請求項８記載の露光方法。
13. 前記露光異常の有無の判定する工程において露光異常ありと判定された場合、
    露光異常ありと判定された被露光体に対し、被露光体表面に塗布された薬液を除去する工程と、
    薬液が除去された被露光体の被露光面に再度薬液を塗布する工程と、
    が、さらに実施される、請求項７から請求項１２のいずれか１項に記載の露光方法。
14. 前記薬液がフォトレジストである場合、フォトレジストの溶媒として使用されるシンナーにより、露光異常と判定された被露光体のフォトレジストが除去される、請求項１３記載の露光方法。

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