JP2009099694A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
原版の露光ショットサイズあるいは原版に描画されたチップの配置に起因する計測誤差を低減し、高い精度で基板の面位置を計測できる露光装置を提供する。
【解決手段】
基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版の前記パターンのサイズに応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動を制御する手段と、を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、原版上に描画されたパターンを基板上に露光する露光装置に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体素子、液晶表示素子等のデバイスを製造する際に、原版であるマスク（レチクル）に描画されたパターンを投影光学系によってウェハ等の基板に投影してパターンを転写する投影露光装置が、従来から使用されている。
投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルのパターンをウェハに投影露光することが要求されている。
投影露光装置で転写できる最少の線幅（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（Ｎ.Ａ.）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。
このため、近年の光源は超高圧水銀ランプｇ線（波長約４３６ｎｍ）、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）が実用されている。
さらに、Ｆ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでおり、将来的には波長が数ｎｍ〜百ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）の採用も見込まれている。
このように露光光の短波長化が進むにつれて、ウェハの表面位置計測であるフォーカス計測の精度にも高精度化が求められている。
通常、露光スリットの手前にフォーカス計測用のセンサーを配置した上で、露光の直前にウェハ表面位置計測を実施しながら、露光位置においてウェハ表面位置と投影光学系の焦点位置が合致する様にウェハステージが制御される。
このフォーカス計測を精度良く実施するためには、ウェハ面内に多くの計測位置を配置し、微細な計測ピッチにてショット内の多点を計測することが望まれるが、それでは計測時間の増大によりスループットが低下する。

そこで、近年、フォーカス精度とスループットの向上という２つの要求を満たすため、ウェハを保持するステージを２つ搭載したツインステージ型露光装置が登場してきている。
このツインステージ型露光装置とは、実際にウェハ上に露光を行う露光ステーションと、ウェハ表面の凹凸情報を計測するフォーカス計測系とウェハの露光領域の位置を計測するアライメント計測系が配置されてある計測ステーションと、を有しているものである。
このため、露光ステーションにおける第１のウェハの光処理中に、計測ステーションにおいて第２のウェハの計測処理を行うことができ、ウェハ処理のスループットが高まり、装置はより効率的なものとなる。
このツインステージ型露光装置のフォーカス計測系においても、従来型の露光装置と同様に、ウェハ表面に対して斜めに計測光を照射する斜め入射型の面位置計測装置が用いられるのが一般的である。
この面位置計測装置は、ウェハ表面を被計測面として、当該被計測面にスリット状の計測光束を照射させる。
そして、その反射光束を受光部に配設されている光電変換素子から成る計測部上に再結像させることによって、計測部上の反射光の入射位置を検知する。
この構成において被計測面であるウェハ表面が上下方向に変位すると、その上下方向の変位に対応して計測部に入射するスリット反射光がその入射方向に対して直交する方向、すなわち、スリットの幅方向に横ずれする。
このことを利用して、ウェハ表面の上下方向の位置、すなわち、ウェハ表面の凹凸情報を計測する。
しかしながら、半導体ウェハ表面は通常、段差を有し、この段差の例としては、チップ領域とスクライブ領域の段差がある。
このスクライブ領域は、チップ領域を２分あるいはそれ以上に分割する位置に設置される場合が多く、面位置計測装置の計測光束はチップ領域とスクライブ領域の両者にかかり、位置計測結果に誤差が生ずることがある。
この計測誤差への対応策として、特開平４−３４０７０５号公報（特許文献１）で計測光束の面積を可変とする方法が提案され、チップ領域に対して計測光領域を同じ大きさとし、計測精度が向上されている。
また、面位置計測装置の多点配置されている計測位置は、露光エリアに対して固定されているため、露光ショットサイズが小さい場合には、露光エリアから外れてしまう計測位置が存在する。
例えば、図３に示すように露光ショットのＸ方向の幅である露光ショットサイズ３０と計測位置３１のピッチが一致した場合、両脇の計測位置３１ａ，３１ａが、スクライブ領域３２に重なり、斜線部で示した領域が未計測領域３３，３３になる。
この未計測領域３３，３３により、ショット内の計測精度は低下してしまう。
この計測精度低下への対応策として、特開平１１−１３５４１１号公報（特許文献２）で光学部材を調整するアクチュエーターを用いる計測位置の可変機構が提案され、露光ショットサイズに応じて計測位置を調整する。
特開平４−３４０７０５号公報 特開平１１−１３５４１１号公報

上述した特開平１１−１３５４１１号公報（特許文献２）の従来例においては、ウェハ上に転写するパターンの露光ショットサイズやチップの配置に応じて、面位置計測装置の計測位置の面積や位置を可変することにより、面位置計測精度の低下を防止する。
しかし、露光装置に対するウェハ表面の絶対位置の計測精度が要求される面位置計測装置に可変機構を設けるため、経時的な計測値変動が発生し、焦点位置合わせ精度が低下し、計測精度の安定性を低下させる。
例えば、面位置計測装置の計測原点が変動した場合、変動分がウェハ表面形状とみなされてしまい、ウェハステージによってウェハ表面を投影光学系の像面に位置合わせしても、面位置計測装置の変動分が焦点位置のずれになってしまう。
そこで、本発明は、原版の露光ショットサイズあるいは原版に描画されたチップの配置に起因する計測誤差を低減し、高い精度で基板の面位置を計測できる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、基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版の前記パターンのサイズに応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動を制御する手段と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明の露光装置は、基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して、前記基板上にショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版の前記パターンのサイズに応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動速度に応じて前記面位置計測手段の計測タイミングを制御する手段と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明の露光装置は、基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して、前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、
前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版のパターンにおけるチップの配置に応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、
前記指定した複数の計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動を制御する手段と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明の露光装置は、基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して、前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版のパターンにおけるチップの配置に応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動速度に応じて前記面位置計測手段の計測タイミングを制御する手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、原版の露光ショットサイズあるいは原版に描画されたチップの配置に起因する計測誤差を低減し、高い精度で基板の面位置を計測できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

以下、図１、図２を参照して、本発明の実施例１のツインステージ型露光装置について説明する。
本実施例１のツインステージ型露光装置とは、２つの計測ステーション１と露光ステーション２とを有する露光装置である。
計測ステーション１では、基板であるウェハ５のショット配列及び表面の凹凸等の計測処理が主に行われ、露光ステーション２ではウェハ５の露光処理が主に行われる。
露光ステーション２は、レチクル３を支持するレチクルステージ４と、ウェハ５を支持し、２つの計測ステーション１、露光ステーション２の間で移動可能な２つのウェハステージ６およびウェハステージ７を備えている。
また、レチクルステージ４に支持されている原版であるレチクル３を露光光で照明する照明光学系８と、露光光で照明されたレチクル３のレチクルパターン像をウェハステージ６、７に支持されているウェハ５に投影露光する投影光学系９を備えている。
さらに、露光装置全体の動作を統括制御する図示されない制御装置をも備えている。

図１の本実施例１では、２つのウェハステージ６およびウェハステージ７を備えているが、３つ以上のウェハステージを有する露光装置であってもよい。
ここでは、本実施例１の露光装置として、レチクル３とウェハ５とを走査方向に互いに同期移動しつつ、レチクル３に形成されたレチクルパターンをウェハ５に露光する走査型露光装置（スキャニングステッパ）を使用する実施例を説明する。
本実施例１において、投影光学系９の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル３とウェハ５との同期移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。
また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回り方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。
レチクル３上の所定の照明領域は照明光学系８により均一な照度分布の露光光で照明される。
照明光学系８から射出される露光光としては、これまで主流だった水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザが用いられ、さらに、短波長のＡｒＦエキシマレーザやＦ２レーザが用いられてもよい。
また、より微細な半導体素子等を製造するために、露光光として波長が数ｎｍ〜百ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）を用いてもよい。
レチクルステージ４は、レチクル３を載置して移動する手段で、投影光学系９の光軸に垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小に回転可能である。
レチクルステージ４は、最低１軸駆動であれば良いが、６軸駆動であればなお良い。
レチクルステージ４は、リニアモータ等の図示されないレチクルステージ駆動装置により姿勢を制御して駆動され、レチクルステージ駆動装置は図示されない制御装置により制御される。
レチクルステージ４上にはミラー１０ａが設けられ、ミラー１０ａに対向する位置にはレーザ干渉計１１ａが設けられる。
レチクルステージ４上のレチクル３の２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計１１aによりリアルタイムで計測され、計測結果は図示されない制御装置に出力される。

図示されない制御装置は、レーザ干渉計１１aの計測結果に基づいて図示されないレチクルステージ駆動装置を駆動し、レチクルステージ４に支持されているレチクル３の位置決めを行う。
投影光学系９は、レチクル３のレチクルパターンを所定の投影倍率βでウェハ５に投影露光する光学系で、複数の光学素子で構成され、これらの光学素子は金属部材としての鏡筒で支持されている。
本実施例１において、投影光学系９は、投影倍率βが、例えば１／４あるいは１／５の縮小投影系である。
ウェハステージ６、７はウェハ５を載置して移動する手段で、ウェハチャックを通して保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを備えている。
ウェハステージ６、７は、図示されないリニアモータ等のウェハステージ駆動装置により姿勢を制御して駆動され、ウェハステージ駆動装置は図示されない制御装置により制御される。
また、ウェハステージ６、７上にはウェハステージ６、７と共に移動するミラー１０ｂ、１０ｃが設けられている。
また、ミラー１０ｂ、１０ｃに対向する位置にはレーザ干渉計１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。
ウェハステージ６、７のＸＹ方向の位置、及びθＺは、レーザ干渉計１１ｂ、１１ｃによりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置に出力される。
また、ウェハステージ６、７のＺ方向の位置、及びθＸ、θＹについてはレーザ干渉計１２ｂ、１２ｃによりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置に出力される。
これらレーザ干渉計１１ｂ、１１ｃ、１２ｂ、１２ｃの計測結果に基づいてウェハステージ駆動装置を通してＸＹＺステージを駆動し、ウェハ５のＸＹＺ方向における位置を調整し、ウェハステージ６、７に支持されているウェハ５の位置決めを行う。

レチクルステージ４の近傍には、レチクルステージ４上に配置されているレチクル基準マーク１３と投影光学系９とを通してウェハステージ６、７上のステージ基準プレート１４を計測するレチクルアライメント計測系１５ａが設けられている。
このレチクルアライメント計測系１５ａは、ウェハ５を露光する光源と同一の光源を用い、投影光学系９を通してレチクル基準マーク１３と、図２に示されるレチクルアライメント計測系用基準マーク１９を照射している。
そして、レチクルアライメント計測系１５ａは、その反射光を計測するための例えばＣＣＤカメラなどの光電変換素子を搭載して、この光電変換素子の信号を元に、レチクル３とウェハ５の位置合わせを行う。
この時、レチクル基準マーク１３とレチクルアライメント計測系用基準マーク１９の位置およびフォーカスを合わせることで、レチクル３と投影光学系９の光軸とステージの位置合わせをすることができる。
また、レチクルアライメント計測系１５ａにより計測する基準マーク１９は反射型のマークでも良いし、透過型レチクルアライメント計測系１５ｂを用いて透過型の基準マーク１９を計測することもできる。
透過型レチクルアライメント計測系１５ｂは、ウェハ５を露光する光源と同一の光源と、照明光学系８を用い、投影光学系９を通してレチクル基準マーク１３とレチクルアライメント計測系用基準マーク１９を照射する。
そして、透過型レチクルアライメント計測系１５ｂは、その透過光を計測するための光量センサーなどを搭載している。
この時、ウェハステージ７をＸ方向（もしくはＹ方向）およびＺ方向に駆動させながら透過光の光量を測定し光量が最大になる点を見つける。
これにより、レチクル基準マーク１３とレチクルアライメント計測系用基準マーク１９の位置およびフォーカスを合わせることができる。
このようにレチクルアライメント計測系１５ａ、透過型レチクルアライメント計測系１５ｂのどちらを用いても、レチクルと投影光学系の光軸とステージの位置合わせをすることができる。

ウェハステージ６、７の１つのコーナーにあるステージ基準プレート１４とは、ウェハ５表面とほぼ同じ高さに設置されている。
このステージ基準プレート１４には、ウェハライメント計測系１７が計測する基準マーク１８と、レチクルアライメント計測系１５ａ、透過型レチクルアライメント計測系１５ｂが計測する基準マーク１９とを備えている。
また、ステージ基準プレート１４はウェハステージ６、７の複数のコーナーに配置されていても良いし、１つのステージ基準プレート１４が複数の基準マーク１８、基準マーク１９を含んでいても良い。
また、基準マーク１８と基準マーク１９との位置関係（ＸＹ方向）は既知であるとする。
なお、このウェハライメント計測系用基準マーク１８とレチクルアライメント計測系用基準マーク１９は共通のマークであっても良い。
面位置計測手段であるフォーカス計測系１６は、基板であるウェハ５の表面位置を計測する手段である。
フォーカス計測系１６は、複数の計測位置３１を計測し、指定手段により計測位置３１を選択する。
この複数の計測位置３１は、ウェハステージ７の移動方向と直交する方向に等間隔に配置される。
フォーカス計測系１６は計測光をウェハ５表面に投射する投射系とそのウェハ５からの反射光を受光する受光系とを備えており、フォーカス計測系１６の計測結果は図示されない制御装置に出力される。
図示されない制御装置は、フォーカス計測系１６の計測結果に基づいてＺステージを駆動し、Ｚステージに保持されているウェハ５のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）及び傾斜角を調整することが可能である。

図２を参照して、本実施例１のツインステージ型露光装置におけるアライメントおよびフォーカスの計測手順を説明する。
まず、アライメントの基準計測として、計測ステーション１へウェハ５が搬入された後に、ウェハライメント計測系用基準マーク１８をウェハライメント計測系１７で計測する。
次に、グローバルアライメントを行う。
アライメント計測系がショット領域６ｂの周辺にあるウェハライメントマーク２０を複数個測定し、ウェハライメント計測系用基準マーク１８からのウェハライメントマーク２０までの距離を元にショットの座標を統計的に予測する。
この時、ウェハライメントマーク２０の測定点数が多ければ多いほど、ショット座標の予測精度が上がることになる。
また、１点あたりの測定精度が高ければ高いほど同じくショット座標の予測精度が上がることになるので、露光の際の重ね合わせ精度は向上することになる。
次に、フォーカスの基準計測として、計測ステーション１においてフォーカス計測系１６を用いてステージ基準プレート１４を計測する。
この際、フォーカス計測系１６は計測用マークをステージ基準プレート１４上に投影してフォーカス計測を行う為、ステージ基準プレート１４上の任意の場所を計測することが可能である。
この後、ウェハ５の表面内の各ショットに対するウェハ５の表面位置計測、所謂フォーカスマッピングを行いウェハ５の表面の凹凸をフォーカス計測系１６にて実施する。
なお、この間、Ｚ方向用レーザ干渉計１２ｃはミラー１０ｃを常に測定し続け、その距離が常に一定になるようにウェハステージ６の位置を制御する。

計測ステーション１でのアライメント、フォーカスマッピング計測が終了すると計測ステーションにあるウェハステージ６は露光ステーション側２に移動し、露光ステーション側にあるウェハステージ７は計測ステーション側１に移動する。
露光ステーション側に移動したウェハステージ６は、計測ステーションでウェハライメント計測系１７を用いてウェハライメント計測系用基準マーク１８を、レチクルアライメント計測系１５ａまたは透過型レチクルアライメント計測系１５ｂを用いて計測する。
そして、この時の計測位置を基準としてグローバルアライメントで統計的に求めたショットの座標から各ショットの露光位置（ＸＹ方向）を算出する。
次に、レチクルアライメント計測系用基準マーク１９を、レチクルアライメント計測系１５ａを用いて計測し、投影光学系９の焦点面をステージ基準プレート１４に合わせる。
そして先程、計測ステーション１側で記憶したステージ基準プレート１４とウェハ５の表面の凹凸の差分に基づいて、投影光学系９の焦点面とウェハ５の表面の合焦位置（Ｚ方向）を算出する。
これらのアライメント、フォーカス計測により求めた各ショットにおける最適なＸＹＺ位置となる様に、露光時のステージ位置をレーザ干渉計１２ｂ、レーザ干渉計１１ｂを用いて制御しながら、露光シーケンスを開始する。
また、露光ステーション２で投影光学系９の焦点面とステージ基準プレート１４を合わす為に、レチクルアライメント計測系用基準マーク１９を計測するのは透過型レチクルアライメント計測系１５ｂを用いても良い。
なお、この間もＺ方向用レーザ干渉計１２ｂはミラー１０ｂを測定し続け、その距離が常に一定になるようにウェハステージ７の位置を制御する。

次に、本実施例１のツインステージ型露光装置の計測ステーション１について詳述する。
計測ステーション１にてフォーカスマッピング計測を行うフォーカス計測系１６は、図４に示されるようにウェハステージ６がスキャン露光時に移動する露光スキャン方向６ａと直交する方向に複数の計測位置３１が設けられる。図４では５箇所の計測位置３１が一列に配置されている。
この複数の計測位置３１は、様々な露光ショットサイズあるいはチップの配置に対応するために、等間隔で、可能な限り間隔を狭く配置したほうがよい。
この１つの計測位置３１はスリット状のマークから構成されており、このマークは、ウェハ６上に塗布されたフォトレジストに感光しないように、ＬＥＤ（レーザ発光ダイオード）光などの非露光光を用いて、投影光学系９からウェハ６上に結像されている。
ウェハ上で結像したマークは、反射して受光系に入射して、光電変換素子（例えば、ＣＣＤ）上に再結像される。
計測原理としては、ウェハが上下すると、光電変換素子上に結像したマークも移動するので、この光電変換素子上での移動量からウェハの位置を画像処理により算出している。
ウェハステージ６のスキャン露光時に移動する方向と直交する方向に複数個並んでいる計測位置３１は、ウェハステージ６の移動速度と共に一定のタイミングで計測することで、ウェハ５全面を計測し、ウェハ５の表面形状を算出している。
ここで、計測ピッチｓと、ステージ速度ｖ、計測タイミングｔとの関係は、ｓ＝ｖ×ｔであり、計測タイミングｔを変えることにより、ウェハ５上での計測位置３１の位置を変えることが可能である。

このため、図５（ａ）に示されるように、露光ショットサイズ３０に応じて、任意に計測開始位置３６を選択することも可能であり、計測時間が処理能力時間内であれば、計測タイミングを調整して、任意に設定した計測ピッチで計測することも可能である。
例えば、図５（ｂ）に示されるように、ショット内の計測開始位置３６と計測終了位置３７をショット境界から等間隔にして、その間の計測位置３１は、計測位置数を決めて等間隔で計測することも可能である。
また、スループットは低下するが、ステージ速度を下げて、微細ピッチで計測し、高精度にウェハ５の表面形状を算出することも可能である。
また、図５（ｃ）に示されるように、一つのショット内に複数のチップ３４，３５を配置する場合、計測位置３１がチップ３４，３５間の境界であるスクライブ領域３２と重なることもある。
フォーカス計測系１６の計測位置３１がスクライブ領域３２と重なった場合には、チップ内領域とスクライブ領域３２の高さが異なるために計測誤差が発生する。
この場合も、計測タイミングを変えることで、スクライブ領域３２上は計測しないことも可能である。

また、シングルステージ構成の場合は、露光直前にウェハ５の表面のフォーカス計測を実施して、露光処理を行う露光装置においては、ウェハ５上の露光エリア内にフォーカス計測系１６の計測位置３１が配置され、計測位置３１は露光エリアに対して固定される。
この場合、常に、露光エリア４０内の決められた位置をフォーカス計測系１６にて計測することとなる。
このため、図６（ａ）に示されるように、露光ショットサイズ３０によっては、フォーカス計測系１６の計測位置３１が、露光ショットの境界線であるスクライブ領域３２と重なることもある。
この場合、両脇のスクライブ領域３２と重なった計測位置３１ａ,３１ａは、計測誤差の原因になるので、通常５箇所の計測位置３１が実質３箇所になってしまい、斜線領域が、未計測領域３３になってしまう。
未計測領域３３は、特に、θＹ方向のレベリング精度に影響し、計測位置のスパンｐの割合で計測精度が低下する。
または、図６（ｂ）に示されるように、一つのショット内に複数のチップ３８，３９を配置する場合も、計測位置３１ｂが、チップ間３８，３９のスクライブ領域３２と重なることもある。
以上の場合においても、本実施例１のツインステージ型露光装置においては、ウェハ５の表面形状を事前に計測することが可能である。
このため、ウェハステージ７の位置を調整して、ショットに対するフォーカス計測系１６の計測位置３１の位置を調整することが可能である。
よって、図６（ａ）では、ウェハステージ７を矢印方向４１に移動することによって、図６（ｃ）のように、スクライブ領域３２と重なっていた実質３箇所だった計測位置３１を４箇所にすることができる。
また、図６（ｂ）でも同様に、ウェハステージ７を矢印方向４１に移動することによって、スクライブ領域３２と重なっていた計測位置３１を図６（ｄ）に示されるようにチップ３８，３９の領域内に配置することができる。
以上のように、ウェハステージ７の位置を調整することにより、スクライブ領域３２と重なる計測位置３１を極力少なくし、ショット内に配置できる計測位置３１を可能な限り多くすることが可能である。

本実施例１の露光装置においては、上述したウェハ５の表面位置を事前に計測するフォーカスマッピング計測のメリットを生かし、ウェハ５上の露光ショットに対するフォーカス計測系１６の計測位置３１を指定する指定手段を有している。
この指定手段は、表面形状の計測のためにウェハ５の表面位置を計測する場合に、レチクル３のパターンのサイズに応じて、基板上であるウェハ５上の複数の計測位置をウェハステージ７またはフォーカス計測系１６に指定する手段である。
または、この指定手段は、表面形状の計測のためにウェハ５の表面位置を計測する場合に、レチクル３におけるチップの配置に応じて、ウェハ５上の複数の計測位置をウェハステージ７またはフォーカス計測系１６に指定する手段である。
この指定手段は、フォーカス計測系１６が設けている計測位置の配置レイアウトと計測時のウェハステージ６の速度を登録しておき、露光ショットサイズあるいはチップの配置情報から、フォーカス計測系１６の計測位置を指定する処理系である。
この処理系では、露光ショットサイズあるいはチップの配置情報から、チップ間の境界線であるスクライブ領域に、フォーカス計測系１６の計測位置が重ならないように計測位置の位置を指定することができる。
露光ショットに対する計測位置が決定した場合、実際に指定された計測位置で面位置計測手段であるフォーカス計測系１６による計測が行われるようにウェハステージ７の移動を制御する調整手段を設けている。
ここで、指定された前記計測位置は、ウェハステージ７の移動方向と直交する方向にウェハステージ７は位置調整される。
または、調整手段は、指定された計測位置で面位置計測手段であるフォーカス計測系１６による計測が行われるようにウェハステージ７の移動速度に応じてフォーカス計測系１６の計測タイミングを調整する手段である。
この調整手段は、非スキャン方向には、ウェハステージ７の位置を調整し、スキャン方向には、フォーカス計測系１６の計測タイミングを調整することにより、処理系にて指定された計測位置に計測位置を位置調整する制御系である。

次に、図７、８を用いて本実施例１の処理フローについて説明する。
まず、露光装置の入力装置５１であるモニター上からレチクル情報である露光ショットサイズあるいはチップの配置情報を入力する。（ステップｓ１０１）
一度入力されたデータは、露光装置の記憶装置（不図示）に記憶され、レチクルＩＤから、記憶されているデータを読み出すことも可能である。
記憶装置に登録されたレチクル情報は、記憶装置から計測位置処理系５２へ転送される。
フォーカス計測系１６の情報である計測位置サイズ、計測位置配置、計測時間などの情報は、事前に計測位置処理系５２に登録されている。
また、ウェハステージ７の情報である計測時のステージ速度も、計測位置処理系５２に登録されている。
次に、計測位置処理系にて、上述した様々な情報を加味して、ショット内に配置される計測位置が最も多くなり、スクライブ領域に計測位置が極力、重ならない条件を決定する。（ステップｓ１０２）
もし、スクライブ領域と重なってしまう計測位置が生じた場合には、その計測位置の計測可否を選択できる機能を設けている。
通常、スクライブ領域と重なった計測位置は、計測誤差が発生するため、計測値を無効にした方が、他の計測位置と共に近似平面を算出する際の誤差を低減できるからである。
次に、計測位置処理系５２にて決定した計測位置情報が計測位置制御系５３に転送されて、決定した計測位置になるように、計測タイミング、計測開始位置などの調整条件を算出する。（ステップｓ１０３）
そして、計測位置制御系５３にて算出された調整条件に、フォーカス計測系１６、ウェハステージ７を調整しながら、フォーカスマッピング計測を行う。
また、調整方法は、スキャン方向には、露光ショットに対する計測開始位置とフォーカス計測系１６の計測タイミングを調整し、非スキャン方向には、ステージにより露光ショットに対する計測位置の位置を調整する。
なお、以上の説明では、フォーカス計測系１６の計測位置は、計測位置処理系５２に、登録されている条件により自動で計測位置を決定しているが、手動にて任意に設定することも可能である。
この場合は、入力装置５１であるモニター上に計測位置を直接入力し、その情報が直接、計測位置制御系５３に転送され、フォーカスマッピング計測を行う。

以上説明したように、本実施例１のツインステージ型露光装置において、露光ショットサイズまたはチップの配置に応じて、フォーカス計測系１６の計測位置３１の位置を指定することにより、正確なウェハ５の表面形状の計測が可能になる。
本実施例１によれば、露光ショットサイズに応じて、ウェハに対する面位置計測手段の計測位置の位置を指定することができ、指定された位置にステージを調整して、ウェハ表面位置を計測することができる。
従って、面位置計測手段の計測位置に対して、ウェハステージの位置を調整することで、面位置計測装置の計測位置に可変機構を設けなくても、露光ショットサイズに応じて最適な計測位置での計測が可能になる。
さらに、露光ショットサイズに応じて、ウェハに対する面位置計測手段の計測位置の位置を指定することができ、指定された位置に面位置計測手段の計測タイミングを調整して、ウェハ表面位置を計測することができる。
従って、面位置計測手段の計測位置に対して面位置計測手段の計測タイミングを調整することで、面位置計測手段の計測位置に可変機構を設けなくても、露光ショットサイズに応じて最適な計測位置での計測が可能になる。
さらに、チップの配置に応じて、ウェハに対する面位置計測手段の計測位置の位置を指定することができ、指定された位置にステージを調整して、ウェハ表面位置を計測することができる。
従って、面位置計測手段の計測位置に対して、面位置計測手段の計測タイミングを調整することで、面位置計測手段の計測位置に可変機構を設けなくても、チップの配置に応じて最適な計測位置での計測が可能になる。
さらに、チップの配置に応じて、ウェハに対する面位置計測手段の計測位置の位置を指定することができ、指定された位置に面位置計測手段の計測タイミングを調整して、ウェハ表面位置を計測することができる。
従って、面位置計測手段の計測位置に対して面位置計測手段の計測タイミングを調整することで、面位置計測手段の計測位置に可変機構を設けなくても、チップの配置に応じて最適な計測位置での計測が可能になる。

次に、図９を参照して、本発明の実施例２のシングルステージ型液浸露光装置について説明する。
液浸型露光装置とは、投影光学系９とウェハ５との間の少なくとも一部を屈折率が１よりも大きい液体５０で浸してＮ.Ａ.の増大を図ることにより、解像力の向上を図る露光装置である。
この本実施例２の液浸露光装置においては、ウェハ５と投影光学系９のウェハ５側先端面を構成する光学素子との間の空間に、フォトレジスト層の屈折率に近い屈折率を有する液体５０が充填されている。
これにより、ウェハ５側から見た投影光学系９の有効開口数が増加し、解像力を向上させることができる。
この本実施例２の液浸露光装置は、使用する液体５０を選択することによって、良好な焼き付け性能を獲得できる。
通常のシングルステージ型露光装置ではグローバルアライメントを行った後に露光と同時に先読みのフォーカス系でフォーカス位置の追い込みを行う。
しかし、液浸露光装置では、露光する前にウェハ５と投影光学系９の間をフォトレジスト層の屈折率に近い屈折率を有する液体５０で浸すために、フォーカス計測系１６がフォトレジスト層の凹凸情報を計測することができなくなる。
つまり、シングルステージ型液浸露光装置では露光と同時にショットのフォーカス計測を行うことができないので、露光前に予めフォーカスマッピングを行っておく必要がある。
なお、ウェハ５と投影光学系９の間を浸す液体５０は、液体供給装置２１によって露光前に供給され、露光後に液体回収装置２２によって回収される。
そこで、本実施例２のシングルステージ型液浸露光装置の場合は、露光の前にフォーカスマッピングとグローバルアライメントを行う。
その後に液体供給装置２１がウェハ５と投影光学系９の間に液体５０を供給しショットの露光を行い、露光後に液体回収装置２２が液体５０を回収する。以上のようなシーケンスを取る必要がある。
この場合においても、本実施例１のツインステージ型露光装置と同様に、露光前にウェハの表面位置を事前に計測することができる。
よって、本実施例１で説明した場合と同様に、露光ショットサイズまたはチップの配置に応じて、フォーカス計測系１６の計測位置３１の位置を指定することにより、正解なウェハ５の表面形状の計測が可能になる。
本発明の実施例は、基板であるウェハ５の表面形状を予め計測し、ウェハ５の計測データを基にウェハ５を載置するウェハステージ７の姿勢を制御し、基板上であるウェハ５上に原版であるレチクル３のパターンを露光する全ての露光装置に適用される。
すなわち、ツインステージ型露光装置の計測ステーションでの適用に限らず、例えばシングルステージ型液浸露光装置など、露光前にウェハ表面形状の計測を予め行う必要がある全ての露光装置に適用することができる。

次に、図１０及び図１１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１０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１１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。

本発明の実施例にかかる計測装置を備えたツインステージ型露光装置の構成を概略的に示す図である。 ウェハとウェハライメントマークなどを示す図である。 フォーカス計測系の計測位置が、露光ショットサイズと一致して、未計測エリアが生じた場合を説明する図である。 ショット内のフォーカス計測系の計測位置とウェハ上のフォーカス計測系の計測領域と計測順序を示す図である。 図５（ａ）は、ステージ移動方向にフォーカス計測系の計測開始位置と計測位置を示す図である。 図５（ｂ）は、ステージ移動方向にフォーカス計測系の計測開始位置と計測終了位置と計測置を示す図である。 図５（ｃ）は、ステージ移動方向と直交するスクライブ領域を考慮して配置したフォーカス計測系の計測位置を示す図である。 図６（ａ）は、フォーカス計測系の計測位置が露光ショットサイズと一致した場合を説明する図である。 図６（ｂ）は、フォーカス計測系の計測位置がチップ分割するスクライブ領域と重なった場合を説明する図である。 図６（ｃ）は、露光ショットサイズと一致したフォーカス計測系の計測位置をステージ位置を調整して計測位置を変更した場合を説明する図である。 図６（ｄ）は、チップ分割するスクライブ領域と一致したフォーカス計測系の計測位置をステージ位置を調整して計測位置を変更した場合を説明する図である。 本発明の処理フローを示す図である。 本発明の制御構成を示す図である。 本発明の実施例にかかる計測装置を備えたシングルステージ型液浸露光装置の構成を概略的に示す図である。 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１０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： 計測ステーション ２： 露光ステーション
３： レチクル ４： レチクルステージ
５： ウェハ ６： ウェハステージ
７： ウェハステージ ８： 照明光学系
９： 投影光学系
１０ａ： レチクルステージ上ミラー
１０ｂ： 露光ステーション上ミラー
１０ｃ： 計測ステーション上ミラー
１１ａ： レチクルステージ上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１１ｂ： 露光ステーション上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１１ｃ： 計測ステーション上ミラー計測用XY方向用レーザ干渉計
１２ｂ： 露光ステーション上ミラー計測用Z方向用レーザ干渉計
１２ｃ： 計測ステーション上ミラー計測用Z方向用レーザ干渉計
１３： レチクル基準マーク １４： ステージ基準プレート
１５ａ： レチクルアライメント計測系
１５ｂ： 透過型レチクルアライメント計測系
１６： フォーカス計測系 １７： ウェハライメント計測系
１８： ウェハライメント計測系用基準マーク
１９： レチクルアライメント計測系用基準マーク
２０： ウェハライメントマーク ２１： 液体供給装置
２２： 液体回収装置 ５１： 入力装置
５２： 計測位置処理系
５３： 計測位置制御系

Claims (9)

1. 基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、
   前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
   前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版の前記パターンのサイズに応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動を制御する手段と、を有することを特徴とする露光装置。
2. 基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して、前記基板上にショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、
   前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
   前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版の前記パターンのサイズに応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、
   前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動速度に応じて前記面位置計測手段の計測タイミングを制御する手段と、を有することを特徴とする露光装置。
3. 基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して、前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、
   前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
   前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版のパターンにおけるチップの配置に応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、
   前記指定した複数の計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動を制御する手段と、を有することを特徴とする露光装置。
4. 基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して、前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、
   前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
   前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版のパターンにおけるチップの配置に応じて、前記基板上の前記複数の計測位置を指定する指定手段と、
   前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように前記ステージの移動速度に応じて前記面位置計測手段の計測タイミングを制御する手段と、を有することを特徴とする露光装置。
5. 前記指定した複数の計測位置は、前記ステージの移動方向と直交する方向に位置調整されることを特徴とする請求項１または３に記載の露光装置。
6. 前記面位置計測手段は、前記複数の計測位置を計測し、前記指定手段により前記計測位置を選択することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の露光装置。
7. 前記複数の計測位置は、前記ステージの移動方向と直交する方向に等間隔に配置されることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 基板の表面形状を計測し、該計測の結果に基づいて、前記基板を載置して移動するステージの姿勢を制御して前記基板上のショット領域に原版のパターンを露光する露光装置において、
   前記基板の表面位置を計測する面位置計測手段と、
   前記表面形状の計測のために前記基板上の複数の計測位置の表面位置を計測する場合に、前記原版の前記パターンのサイズおよび前記パターンにおけるチップの配置の少なくとも一つに応じて前記基板上の前記複数の計測位置を指定する手段と、を有することを特徴とする露光装置。
9. 前記指定した計測位置で前記面位置計測手段による計測が行なわれるように、前記ステージの移動速度と前記面位置計測手段の計測タイミングとを制御する手段を有することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
   請求項１から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、
   前記基板を現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
   

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