JP2009182334A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ショット領域と計測点との位置関係が複数のショット領域間で異なることによる不利益、例えば局所デフォーカスを低減する。
【解決手段】露光装置は、感光剤が塗布された基板の複数のショット領域を投影光学系を介して順に露光する。露光装置は、基板が走査駆動された状態で、連続する複数のショット領域内に定義された計測点の面位置を計測する計測器と、計測器による計測結果に基づいて、基板の被露光領域が投影光学系の像面に一致するように基板の面位置を制御する制御部とを備える。複数のショット領域４０１、４０２において、計測点を共通の配置とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造法に係り、感光剤が塗布された基板の複数のショット領域を投影光学系を介して順に露光する露光装置及びそれを利用したデバイス製造方法に関する。

半導体デバイス、液晶表示デバイス、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造する際に、原版のパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写する露光装置が使用される。露光装置には、デバイスの微細化、高密度化に伴ってより高い解像力が要求されている。

パターンの投影解像力は、投影光学系の開口数(ＮＡ)と露光波長とに依存し、投影光学系のＮＡを大きくすることや、露光波長を短くすることによって高められる。露光波長については、例えば、g線、i線、エキシマレーザー光という順に短波長化が進んでいる。エキシマレーザー光は、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、更には１５７ｎｍというように短波長化が進んでいる。

露光装置の方式としては、周知のとおり、ステップ・アンド・リピート方式とステップ・アンド・スキャン方式とがある。ステップ・アンド・スキャン方式は、走査型露光装置と呼ばれる。特に、ステップ・アンド・スキャン方式では、走査露光しながら基板の表面を最適露光像面位置に合わせ込むことができるために、基板の平面度の悪さに起因する露光精度の低下を低減することができる。

走査型露光装置では、露光対象領域（ショット領域）がスリット状の露光光（以下、スリット光）の照射領域に差し掛かる前に当該露光対象領域の面位置が計測され像面位置に補正されうる。なお、面位置は、投影光学系の光軸方向の位置を意味する。

面位置は、例えば、光斜入射系の面位置検出装置、或いは、エアーマイクロセンサーや静電容量センサ等のギャップセンサーを用いて計測することができる。更に、高さ位置のみならず、表面の傾きを計測すべく複数の計測点が配置或いは定義されうる。

図９、図１０は、計測点の配置例を示す図である。図９に示す例では、スリット光９００の走査駆動方向（Ｙ方向）における前方、後方に面位置検出装置の計測点が３点ずつ配置されている。図１０に示す例では、スリット光９００の走査駆動方向（Ｙ方向）における前方、後方に面位置検出装置の計測点が５点ずつ配置されている。計測点をスリット方向の前方、後方にそれぞれ配置するのは、露光のための走査が＋Ｙ方向と−Ｙ方向の両方向になされ、いずれの方向においても露光の直前において基板の面位置を計測するためである。特許文献１には、走査露光におけるフォーカス、チルト計測の方法が開示されている。

特許文献２には、露光装置とは別に設けられたフォーカス検出系によってウエハの平面情報を事前に求めておき、該平面情報を使用して、フォーカス、チルトを制御・駆動する方法が開示されている。

微細化トレンドにしたがって焦点深度がきわめて小さくなり、露光すべき基板の表面を最良結像面に合わせ込む精度、いわゆるフォーカス精度に対する要求がますます厳しくなってきている。

特に表面形状精度が悪い基板においては、露光対象領域のフォーカス検出精度が問題となることが判明している。数値例を挙げると、露光装置の焦点深度に対する基板の平面度の制御要求は、一般的に焦点深度の１／１０〜１／５であり、焦点深度が０．４μｍの場合では、０．０４μｍ〜０．０８μｍである。図７に例示するように、等間隔で配置された計測点ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３の情報に基づいて基板の面位置を補正する場合、計測点間における基板の面位置情報が存在しない。したがって、ＦＰ１、ＦＰ２、ＦＰ３の面位置情報から得られる平面と基板の実際の面位置とのズレ量Δだけデフォーカスが発生する。このようなデフォーカス要因は、フォーカスサンプリング誤差と呼ばれる。

フォーカスサンプリング誤差を小さくするためには、フォーカスサンプリング間隔を小さくすべきである。ここで、フォーカスサンプリング間隔は、例えば、計測センサの検出領域や、計測スキャンスピード、及び露光装置の構造体の残留振動モードに対応したサンプリング周期と、制御系の制御周波数等に基づいて決定されうる。例えば、スキャン方向に１ｍｍ間隔で計測点を配置し、スキャン方向と直交する方向に光斜入射系の計測点を１ｍｍ間隔で配置する場合を考える。この場合、基板の全範囲の平面情報は、スキャン方向に１ｍｍ間隔、スキャン方向と直交する方向に１ｍｍ間隔の格子にマッピングされた情報として得られる。

しかしながら、生産現場においては、チップの多様化、微細化のトレンドに従ったシュリンク版、カットダウン版等の投入により、様々なチップサイズの製品の生産が行われる。したがって、上記のような装置の性能或いは構成に依存した計測点の配置では、ショットを跨ぐ毎にショットと計測点との位置関係が変化することになる。その結果、ショットの周辺部位、特に露光開始位置及び露光終了位置と計測点との距離が大きくなると、局所デフォーカスが発生する。なお、ショット領域は、１又は複数のチップ領域を含んで構成される領域である。

特開平０９−０４５６０９号公報 特開２００４−０７１８５１号公報

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、ショット領域と計測点との位置関係が複数のショット領域間で異なることによる不利益、例えば局所デフォーカスを低減することを目的とする。

本発明の露光装置は、感光剤が塗布された基板の複数のショット領域を投影光学系を介して順に露光するように構成され、基板が走査駆動された状態で、連続する複数のショット領域内に定義された計測点の面位置を計測する計測器と、前記計測器による計測結果に基づいて、基板の被露光領域が前記投影光学系の像面に一致するように基板の面位置を制御する制御部とを備え、ショット領域の端から当該ショット領域内の計測点までの距離Ｍが複数のショット領域において共通し、ショット領域内の隣接する計測点の間隔が共通の第１距離Ｐになり、ショット領域内の最後の計測点と次のショット内の最初の計測点との間隔が第２距離Ｄとなるように、複数のショット領域のそれぞれについて複数の計測点が定義され、記計測器は、ショット領域毎に加速および減速がされることなく基板が等速度で走査駆動された状態で、走査駆動方向に沿って連続して配列された少なくとも２つのショット領域内の計測点の高さを計測し、ショット領域のスキャン長をＬ、ショット領域間の距離をＹｐｉｔｃｈとしたとき、
Ｋ＝ＩＮＴ（（Ｌ−Ｍ）／Ｐ）、
Ｄ＝Ｙｐｉｔｃｈ−Ｋ×Ｐ
を満たす。

本発明の好適な実施形態の露光装置は、感光剤が塗布された基板の複数のショット領域を投影光学系を介して順に露光する露光装置として構成されうる。前記露光装置は、基板が走査駆動された状態で、連続する複数のショット領域内に定義された計測点の面位置を計測する計測器と、前記計測器による計測結果に基づいて、基板の被露光領域が前記投影光学系の像面に一致するように基板の面位置を制御する制御部とを備える。ここで、複数のショット領域のそれぞれについて少なくとも１つの計測点が定義され、複数のショット領域において計測点の配置が共通している。ショット領域の端から当該ショット領域内の計測点までの距離が複数のショット領域において共通していることが好ましい。、ショット領域内の隣接する計測点の間隔が共通の第１距離になり、ショット領域内の最後の計測点と次のショット内の最初の計測点との間隔が第２距離となるように、複数の計測点が定義されることが好ましい。前記計測器は、基板が等速度で走査駆動された状態で、走査駆動方向に沿って連続して配列された少なくとも２つのショット領域内の計測点の高さを計測することが好ましい。前記計測器は、基板が等速度で走査駆動された状態で、走査駆動方向に沿って連続して配列された第１および第２ショット領域内の計測点の高さを計測することが好ましい。前記計測器は、前記第１ショット領域内の隣接する計測点及び前記第２ショット領域内の隣接する計測点を共通の第１時間間隔で計測し、前記第１ショット内の最後の計測点を計測する時刻と前記第２ショット内の最初の計測点を計測する時刻との間に第２時間間隔を確保することが好ましい。前記露光装置は、基板を保持し、かつ基板を露光するための露光ステーションと前記計測器による計測を実施するための計測ステーションとの間を移動する基板ステージを備えることが好ましい。前記基板ステージを複数備え、前記露光ステーションでの基板の露光処理と、前記計測ステーションでの基板の計測処理とが並列に実施されることが好ましい。

本発明のデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、前記露光された基板を現像する現像工程と、前記現像された基板を処理する処理工程とを含む。

本発明によれば、例えば、ショット領域と計測点との位置関係が複数のショット領域間で異なることによる不利益、例えば局所デフォーカスを低減することができる。

本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 第１面位置検出ユニットの面位置検出用の光束を例示する図である。 基板の被露光領域の計測順序を例示する図である。 本発明の好適な実施形態の面位置検出方法における計測点の配置例を示す図である。 本発明の好適な実施形態の面位置検出方法における計測点の配置例を示す図である。 基板の被露光領域の表面状態の評価するためのサンプルショットの選択例を示す平面図である。 基板面を粗い間隔でフォーカス計測する様子を模式的に示す図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の動作を示すフローチャートである。 計測点の配置例を示す図である。 計測点の配置例を示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。本発明は、走査型露光装置への応用に好適であり、以下では、本発明を走査型露光装置に適用した例を説明する。

パターンを有する原版（レチクル）２は、原版ステージ（レチクルステージ）３によって保持されてスキャン駆動される。原版２は、照明光学系８から出射され、スリット部材によって成形して得られたスリット光によって照明される。これにより、原版２のパターンの像は、スリット光によって投影光学系１の像面に形成される。像面には、感光剤（フォトレジスト）が塗布された基板（ウエハ）４が位置決めされる。以下では、感光剤が塗布された基板は、単に基板と記載される。

基板４には、複数のショット領域が配列されている。各ショット領域は、１又は複数のチップ領域を含んで構成される。露光装置は、基板の複数のショット領域を投影光学系１を介して順に露光するように構成される。基板４は、基板チャック５によって保持される。

基板チャック５は、露光ステージ機構６に搭載されている。露光ステージ機構６は、基板４を６軸駆動することが可能な装置として構成されうる。露光ステージ機構６は、Ｘ、Ｙ軸方向の駆動が可能なＸＹステージ、Ｚ軸方向の駆動、Ｘ軸、Ｙ軸回りの駆動が可能なレベリングステージ、Ｚ軸回りの駆動が可能な回転ステージ等を含んで構成される。なお、Ｚ軸は、投影光学系１の光軸ＡＸに一致する。露光ステージ機構６は、定盤７上に配置されている。

基板４の面位置（或いは、高さ位置、Ｚ軸方向位置）及び傾きを検出する第１面位置検出ユニット５０は、要素１０〜１９を含む。光源１０は、白色ランプ、又は、相異なる複数のピーク波長を持つ高輝度発光ダイオードを含んで構成されうる。光源１０から出射した光束は、コリメータレンズ１１によって断面の強度分布が略均一の平行光束にされる。

コリメータレンズ１１から出射された光束は、スリット部材１２、光学系１３、ミラー１４を経て基板４の表面の複数（ここでは、２５個として説明する）の測定点に入射する。スリット部材１２は、プリズム形状を有し、一対のプリズムを互いの斜面が相対するように貼り合わせて構成され、貼り合わせ面にクロム等で構成される遮光膜が設けられている。この遮光膜には、測定点の個数分の開口(例えば、ピンホール)が形成されている。

光学系１３は、両テレセントリック系の光学系である。スリット部材１２に設けられた２５個のピンホールを有する遮光膜の面と、基板４の表面とは、光学系系１３に対してシャインプルーフの条件（Ｓｃｈｅｉｎｍｐｆｌｕｇ’ｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を満足する。

基板４の表面への２５本の光束の入射角Φ(基板４の表面に垂直な線に対する角度）は、７０°以上である。

基板４の面上には、図３に例示するように、同一パターン構造を有する複数のショット領域が配列或いは定義されている。光学系１３を通過した２５本の光束は、図２に例示するようにパターン領域の互いに独立した各測定点に入射し結像する。図２における２５個の測定点は、Ｘ方向に、基板上におけるスリット光の幅（スキャン方向に直交する方向の長さ）をカバーするように配置されている。例えば、基板上におけるスリット光の幅の２倍の領域をカバーするように測定点を配置することにより計測に要する時間を１／２程度に短縮することができる。

２５個の計測点が基板４の面内で互いに独立して観察されるように、計測用の光束の光軸は、Ｘ方向からＸＹ平面内でθ°(例えば、２２．５°)回転させた方向に配置されうる。

次に、基板４からの反射光束は、ミラー１５、受光光学系１６、補正光学系群１８と通して光センサ１９の検出面に結像する。受光光学系１６は、両テレセントリック系の光学系として構成され、その内部には、ストッパー絞り１７が配置されている。ストッパー絞り１７は、２５個の測定点に対して共通に設けられていて、基板４上に存在する回路パターンによって発生する高次の回折光(ノイズ光)をカットする。

受光光学系１６を通過した２５本の光束は、それらの光軸が互いに平行となっていて、補正光学系群１８の２５個の個別の補正レンズにより光電センサ１９の検出面に再結像して２５個のスポットを形成する。

要素１６〜１８は、基板４の面上の各計測点と光電センサ１９の検出面とが互いに共役となるように倒れ補正がなされている。したがって、各測定点の局所的な傾きによって検出面でのピンホール像の位置が変化することはなく、各測定点の光軸方向ＡＸでの高さ変化に応答して検出面上でピンホール像の位置が変化する。

ここで、光電センサ１９は、例えば、２５個の一次元ＣＣＤラインセンサにより構成されうるが、二次元の位置検出素子を複数配置して構成した場合にも同様の効果を得ることができる。

図１に示すように、原版２は、原版ステージ機構３のステージによって保持された後に、投影光学系１の光軸ＡＸと垂直な面内で矢印３ａ(Ｙ軸方向)方向に一定速度で走査駆動される。この際に、原版２は、矢印３ａと直交する方向(ｘ軸方向)における目標座標位置を維持するように補正駆動される。

原版ステージ機構３のステージのＸ方向及びＹ方向の位置情報は、原版ステージ機構３に固定されたＸＹバーミラー２０に干渉系２１からの複数のレーザービームが照射されることにより計測される。

照明光学系８は、例えば、エキシマレーザー等のパルス光を発生する光源、ビーム整形光学系、オプティカル・インテグレーター、コリメータ及びミラー等で構成されうる。照明光学系８は、遠紫外領域のパルス光を効率的に透過或いは反射する材料で形成されうる。

ビーム整形光学系は、入射ビームの断面形状(寸法含む)を整形する。オプティカル・インテグレーターは、光束の配光特性を均一にして原版２を均一照度で照明する。

照明光学系８内の不図示のマスキングブレードによりスリット状の照明領域が規定され、パターン情報を含むスリット光が形成される。照明光学系８、投影光学系１、定盤７等の露光に直接関わる要素より露光ステーションが構成されている。

基板チャック５は、その一部に基準面９を有する。定盤７又は別に設けた定盤上には、該定盤上の露光ステージ機構６と同様に６軸方向に自由に移動可能な別の計測ステージ機構２２が配置されている。

処理対象の基板４は、まず、計測ステージ機構２２上に搭載されている基板チャック機構５上に置かれ、真空吸着又は静電吸着等の手段によって基板チャック５によって保持される。そして、基板４の各ショット領域の面位置は、第１面位置検出ユニット５０によって、基板チャック５上の基準面９を基準として計測される。計測結果は、メモリ１３０に格納される。第１面位置検出ユニット５０、計測ステージ機構２２等の要素によって計測ステーションが構成されている。

ここで、基板チャック５上の基準面９は、計測精度を高めるために、基板４の面と略同一高さとなるように、例えば、基板チャック５の表面上に金属薄膜や金属板等を取り付けて構成されうる。

計測ステージ機構２２上における計測処理が終了すると、基板４は、基板チャック５に保持された状態で計測ステージ機構２２から露光ステージ機構６上に送られる。なお、露光装置は、２つの基板チャック５を備え、それらを露光ステージ機構６及び計測ステージ機構２２の間で交換するように構成されうる。或いは、露光装置は、少なくとも１つ（例えば２つ）の基板ステージ機構５を備え、それを露光ステーション及び計測ステーションの間で移動させるように構成されうる。

露光ステージ機構６上では、基板チャック５に保持された基板４の表面が投影光学系１の像面に一致するように合焦処理がなされる。大雑把には、合焦処理では、第２面位置検出ユニット１００により基準面９を利用して基板４の高さが計測されながら露光ステージ機構６によって基板４の面位置が調整される。

具体的には、例えば、原版２のパターン領域内又はその境界領域に設けられた合焦用のマーク２３と基準面９とを利用して合焦処理がなされうる。マーク２３は、例えばピンホールを含み、露光光と同一波長を有する照明光学系８からの光がピンホールを通過し、投影光学系１によって基板チャック５上の基準面９の近傍に結像する。そして、基準面９で反射した光は、再び投影光学系３でマーク２３近傍に再結像する。このとき、露光ステージ機構６に組み込まれたＺステージを移動させながら合焦状態が検出される。原版２と基準面９が完全に合焦状態となったとき、ピンホール２３を通過する光の光量が最大となる。ピンホール２３を通過する光は、ハーフミラー２４と集光レンズ２５を通して検出器２６に入射する。よって、ピンホール２３を通過する光の光量は、検出器２６によって検出される。検出結果は、メイン制御部１１０に提供される。メイン制御部１１０は、検出器２６によって検出される光量が最大になる位置でＺステージを停止させるようにドライバ１２０ａを介して露光ステージ６を制御する。これによって、合焦処理が終了する。

合焦処理が終了すると、次のような露光処理がなされる。すなわち、メイン制御部１１０は、ドライバ１２０ａを介して露光ステージ６を制御し、基板チャック４をＸＹ面内で移動させて、基板４の複数のショット領域を順に露光位置に移動させて露光がなされる。この際に、既に計測ステージ機構２２上で計測されメモリ１３０に格納された基板４の面位置情報（基準面９を基準とする位置情報）に基づいてショット領域の面が投影光学系１の像面に一致させられる。これは、メイン制御部１１０が露光ステージ６のＺステージをドライバ１２０ａを介して駆動することによってなされる。

次に、図３、図４を参照しながら計測システムにおける計測処理について説明する。

計測システムでは、基板４の全域にわたって面位置を計測する。例えば、図３に例示する順番で、計測ステージ機構２２によって基板４を走査駆動しながら、それと同期して基板４の面位置が計測される。

具体的には、ショット領域３００の手前で基板を加速して規定速度に達した後は、等速でショット領域３００内の計測点を順に計測する。ショット領域３００内での計測が完了したら速やかに減速しつつＸ方向に基板を移動させて隣の列に移る。そして、ショット３０１の手前で基板を加速して規定速度に達した後は、等速でショット３０１、ショット３０２、ショット３０３のように、Ｙ方向に並んでいる複数ショットの面位置を順に計測する。その後、速やかに減速しつつＸ方向に移動して隣の列に移り、加速開始ポイントに達したら基板を反対方向に加速して等速でＹ方向の複数ショットを順に計測する。以上のような手順を最終ショット領域まで繰り返す。このようにすれば、ショット毎にステージを加速／減速する必要がなくなるので、高いスループットを得ることができる。

次いで、図４を参照しながら等速スキャン中の計測点配置について説明する。

動作駆動方向の計測点の間隔Ｐは、例えば、第１面位置検出ユニット５０の検出領域（平均化領域）や、計測スキャンスピードなどに応じて決定されうる。ここで、面位置は、基板の検出領域内の面位置を平均した値として検出されうる。よって、検出領域は、平均化領域として理解することができる。

ショット領域内において、計測点は、サンプルピッチＰにしたがって略等間隔で配置或いは定義される。最初のショット領域４０１内における最初の計測点は、第１面位置検出ユニット５０による検出領域内の面位置の平均効果を考慮した上で必要十分なマージンＭ分をショット端から確保して配置される。後続のショット領域についても、最初の計測点は、ショット端からマージンＭ分を確保した位置に配置される。

次に、ショット領域４０１内における最後の計測点と、次のショット領域４０２内における最初の計測点との間隔Ｄが決定される。ここで、１つのショット領域のスキャン方向の長さ（スキャン長）をＬ、ショット領域間の距離をＹｐｉｔｃｈとする。

ショット領域内の計測点の間隔の個数をＫ［個］とすると、
Ｋ＝ＩＮＴ（（Ｌ−Ｍ）／Ｐ）
である。なお、ＩＮＴ（ ）は、小数点以下を切り捨てる演算記号とする。

間隔Ｄは、
Ｄ＝Ｙｐｉｔｃｈ−Ｋ×Ｐ
である。

スキャンスピードをＳとすると、ショット領域内において、１つの計測点を計測するタイミングと次の計測点を計測するタイミングとの時間間隔（以下、ショット内計測時間間隔）Ｔ１はＰ／Ｓである。また、ショット領域内の最後の計測点を計測するタイミングと次のショット領域内の計測点を計測するタイミングとの時間間隔（以下、ショット間計測時間間隔）Ｔ２はＤ／Ｓである。よって、ショット間計測時間間隔Ｔ２とショット内計測時間間隔Ｔ１との差（以下、タイミング変化量）ΔＴは、
ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１＝（Ｄ−Ｐ）／Ｓ
となる。つまり、ショット領域内の最後の計測点を計測してから次のショット領域の最初の計測点を計測するまでに、ショット内計測時間隔Ｔ１にΔＴを加えた時間を待つことになる。

例えば、隣接ショット間距離Ｙｐｉｔｃｈを３３［ｍｍ］、スキャン長Ｌを３３［ｍｍ］、マージンＭを０．３［ｍｍ］、サンプルピッチＰを０．４［ｍｍ］とする。この場合において、ショット内の計測点の個数は、Ｋ＋１＝ＩＮＴ(（３３−０．３)／０．４）＋１＝８２［個］となり、また、露光終了位置においても０．３［ｍｍ］のマージンが確保される。

しかしながら、基板内の全ての計測点の走査駆動方向の間隔を全て共通の間隔にする方法では、次のショット領域における計測点の位置がその１つ前のショット領域における最後の計測点の位置に依存する。したがって、当該次のショット領域の最初の計測点については、ショット領域端からの十分なマージンが得られずに、計測精度が低下する要因となりうる。

これに対して、本発明の好適な実施形態では、ショット領域間において、計測の時間間間隔として、ショット内における計測の時間間隔Ｔ１にΔＴを加算した時間Ｔ２を設ける。これは、全てのショットにおいてショット端から最初の計測点までにマージンＭを確保することを意味する。これにより、全てのショット領域において計測点の配置が共通化され、全てのショット領域について同一の条件で面位置を計測することができる。

ここで、各ショットについて、加速、等速及び減速を伴うスキャン駆動を行うことにより、ショット毎に露光開始位置及び終了位置近傍の計測点を定めることが容易となる。しかしながら、この場合には、ショット毎に加速／減速が必要になるためにスループットが低下しうる。したがって、１つの列に属するショット領域については、等速で基板を走査駆動しながら面位置が計測されることが好ましい。

図５に例示するように、ショット領域には、完全ショット領域と、不完全ショット領域（欠けショット領域）とが存在しうる。不完全ショット領域は、一部が基板内の有効領域からはみ出したショット領域を意味する。このようなショットレイアウトにおいては、例えば、走査駆動方向に沿って配列されたショット領域のうち最初に計測対象となる完全ショット領域５０２の任意位置（例えば、端）を基準位置としうる。そして、不完全ショット領域５０１や以降の完全ショット領域５０３の計測点の計測タイミングは、基準位置に対する位置関係に基づいて決定すればよい。

各計測点の表面状態の相違によるフォーカス計測値の相違を補正するために、補正用のオフセット値を予め測定によって決定しておくことが好ましい。各ショット領域の露光処理の際は、このオフセット値に基づいて各計測点についての計測値を補正すればよい。

基板４の被露光領域のＺ方向の位置（Ｚ）及び傾き(α,β)のずれを検出するためには、照明領域形状と被露光領域のパターン構造(実際の段差)との関係を考慮しなければならない。ここで、基板４のレジスト表面で反射した光と基板４の基板面で反射した光との干渉の影響等による検出誤差の要因が考えられる。その影響は、広い意味でのパターン構造である基板面の材質に依存し、Ａｌなどの高反射の配線材料では無視できない量となる。

また、静電容量センサを面位置検出センサとして使用した場合は、高速素子や発光ダイオードの基板として使用するＧａＡｓ基板では、Ｓｉ基板とは異なり大きな計測オフセットを持つことが知られている。

図１に例示する露光装置では、計測点の表面状態の相違によるフォーカス計測値の誤差、すなわち、パターン構造に依存する誤差を補正するためのオフセット値（補正値）が求められる。具体的には、複数のサンプルショット領域６０１〜６０８（図６）について基板を走査駆動しながら測定された面位置計測値を用いてオフセット値が算出されうる。メモリ１３０に格納された各計測点における計測データは、各計測点のパターン構造に対応したオフセット値（補正値）を使って補正される。

図６におけるサンプルショット配置は一例であり、サンプルショット領域の数や配置はこれに限定されるものではない。

以下、図８を参照しながら本発明の好適な実施形態の面位置検出方法及び露光方法を説明する。なお、以下の処理は、メイン制御部１１０によって制御される。

ここでは、図１に例示する露光装置において、光源１０として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い、光センサ１９として一次元ＣＣＤセンサを用いるものとする。

ｓｔｅｐ８０１でメイン制御部１１０がスタート指令を受けることによって一連の処理が開始される。ｓｔｅｐ８０２で、計測ステージ２２上のチャック５に基板が置かれ、チャック５によって保持される。

ｓｔｅｐ８０３で、メイン制御部１１０は、基準とするスキャン計測領域の大きさ（Ｌを含む。）と、ショット配置情報（Ｙｐｉｔｃｈを含む。）、及びスキャンスピードＳと、ＣＣＤ蓄積時間に基づいて、ショット内計測時間間隔Ｔ１と、タイミング変化量ΔＴを求めてメモリ１３０に記憶する。

ｓｔｅｐ８０４で、メイン制御部１１０による制御の下で、図３に例示する順序で列毎に等速スキャンを行いながら基板全面の計測が実施される。計測結果としての面位置情報（基準面９を基準とする位置情報）は、メモリ１３０に記憶される。

ｓｔｅｐ８０５で、メイン制御部１１０は、パターン構造(露光対象領域内の実際の段差、基板の材質)に依存する計測誤差要因を補正するためのオフセット値(補正値)を計算する。メイン制御部１１９は、例えば、図６に例示するように、斜線の複数のサンプルショット（６０１〜６０８）領域についての面位置計測値(面位置データ)を用いて演算を行う。メイン制御部１１９は、この演算によって、パターン構造に依存する誤差を補正するためのオフセット値（補正値)を算出する。ｓｔｅｐ８０６で、メイン制御部１１０は、算出したオフセット値（補正値）をメモリ１３０に格納する。

ｓｔｅｐ８０７で、基板は、基板チャック５に保持されたまま露光ステージ６上に移送される。

ｓｔｅｐ８０８で、レチクル合焦用のマーク２３と基板チャック上の基準面９とを使って合焦のために露光ステージ６のＺステージが駆動される。

ｓｔｅｐ８０９で、メイン制御部１１０は、基板チャック５上の基準面を基準とする面位置情報を上記補正値を用いて補正しながら、基板４の表面を最適露光像面位置に一致させるための補正駆動量を算出する。そして、メイン制御部１１０は、その補正駆動量にしたがって基板４の面位置を補正しつつショット領域のスキャン露光を実施する。

ｓｔｅｐ８１０では、基板上の全ショットの露光が終了したか否かを判定し、終了していなければｓｔｅｐ８０９へ戻り、全ショットの露光が終了したらｓｔｅｐ８１１に進む。ｓｔｅｐ８１１では、基板を露光ステージ６から搬出して、ｓｔｅｐ８１２では、一連の露光シーケンスを終了する。

なお、上記の実施形態は、計測ステージと露光ステージとが別個に存在する露光装置を例示するものであるが、これは本発明の１つの応用例に過ぎない。本発明の露光装置は、例えば、１つ又は複数のステージが計測ステージとしても露光ステージとしても使用されるように構成されてもよい。或いは、本発明の露光装置は、１又は複数の計測ステージと、複数の露光ステージとを備えて構成されてもよい。

図８に示す実施形態において、ｓｔｅｐ８０１〜ｓｔｅｐ８１１までをその順で実行してもよいし、ｓｔｅｐ８０７以降のスキャン露光と並行して、次の基板を計測ステージに搬入し、ｓｔｅｐ８０１からｓｔｅｐ８０６の処理を行ってもよい。この場合、無駄なく連続的に基板を処理することができるので、高効率な露光処理が可能である。

次に上記の露光装置を利用したデバイスの製造プロセスを説明する。図１１は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。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（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板ともいう）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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、これを出荷（ステップ７）する。

図１２は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１７（現像）ではウエハに転写された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１８（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。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、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

１ 投影光学系
２ 原版
３ 原版ステージ機構
４ 基板
５ 基板チャック
６ 露光ステージ機構
７ 定盤
８ 照明光学系
９ 基準面
１０ 光源
１１ コリメータレンズ
１２ スリット部材
１３、１６ 光学系
１４、１５ ミラー
１７ ストッパー絞り
１８ 補正光学系群
１９ 光電センサ
２０ ＸＹバーミラー
２１ 干渉計
２２ 計測ステージ機構
２３ 合焦用マーク
２４ ハーフミラー
２５ 集光レンズ
２６ 検出器
２７ａ、２７ｂ ステージバーミラー
２８ａ、２８ｂ 干渉計
５０ 第１面位置検出ユニット
１００ 第２面位置検出ユニット
１１０ メイン制御部
１２０ａ、１２０ｂ ドライバ
１３０ メモリ

Claims (4)

1. 感光剤が塗布された基板の複数のショット領域を投影光学系を介して順に露光する露光装置であって、
   基板が走査駆動された状態で、連続する複数のショット領域内に定義された計測点の面位置を計測する計測器と、
   前記計測器による計測結果に基づいて、基板の被露光領域が前記投影光学系の像面に一致するように基板の面位置を制御する制御部とを備え、
   ショット領域の端から当該ショット領域内の計測点までの距離Ｍが複数のショット領域において共通し、ショット領域内の隣接する計測点の間隔が共通の第１距離Ｐになり、ショット領域内の最後の計測点と次のショット内の最初の計測点との間隔が第２距離Ｄとなるように、複数のショット領域のそれぞれについて複数の計測点が定義され、
   前記計測器は、ショット領域毎に加速および減速がされることなく基板が等速度で走査駆動された状態で、走査駆動方向に沿って連続して配列された少なくとも２つのショット領域内の計測点の面位置を計測し、
   ショット領域のスキャン長をＬ、ショット領域間の距離をＹｐｉｔｃｈとしたとき、
   Ｋ＝ＩＮＴ（（Ｌ−Ｍ）／Ｐ）、
   Ｄ＝Ｙｐｉｔｃｈ−Ｋ×Ｐ
   を満たす、ことを特徴とする露光装置。
2. 基板を保持し、かつ基板を露光するための露光ステーションと前記計測器による計測を実施するための計測ステーションとの間を移動する基板ステージを備えることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記基板ステージを複数備え、前記露光ステーションでの基板の露光処理と、前記計測ステーションでの基板の計測処理とが並列に実施されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. デバイス製造方法であって、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、前記露光された基板を現像する現像工程と、
   前記現像された基板を処理する処理工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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