JP2011035333A - 走査型露光装置、走査型露光方法、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハのエッジ部まで精度よく露光する。
【解決手段】フォーカス測定光ＥＬを照射するショット領域Ｓが、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓである場合には、所定数のスリット状領域ＳＬおきに露光面の高さを測定し、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓである場合には、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓに比べて、多くのスリット状領域ＳＬの露光面の高さを測定する走査型露光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型露光装置、走査型露光方法、半導体装置の製造方法およびプログラムに関する。

リソグラフィ技術を用いてウエハ上に微細パターンを高精度に形成するためには、投影光学系の焦点をウエハの露光面に的確に合わせる必要がある。そこで、ウエハの所定領域への露光と並行して、次に露光すべき領域の露光面の高さを測定し、その領域を露光する際、前記測定の結果に基づきウエハステージを駆動して投影光学系の焦点高さ位置にウエハ表面を持っていき、露光する技術がある。このような技術は、例えば特許文献１に記載されている。

特開平８−３７１５０ 特表２０００−５１１７０４

一つのショット領域内をスリット状の領域単位で走査しながら露光する走査型露光方法がある。このような露光方法によれば、一つのショット領域内を一度に露光する一括露光方法に比べて、一つのショット領域内におけるウエハステージの位置補正の自由度が大きい。よって、精度の良い露光を行うことができる。

しかし、一般的に、走査型露光装置における露光走査スピードは、露光スループットを最大にするため、必要精度を保って露光できる最大スピードに設定される。そして、ウエハの露光面の高さの測定は露光と並行して同時に行われるので、露光面の高さの測定も露光と同じ走査スピードで行われる。当然、上述のように、露光面の高さを測定し、測定結果を利用してウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正後、露光を行うためには、露光前に露光面の高さの測定が終了していないといけない。しかし、通常一つのスリット状領域の露光面の高さを測定するのに要する時間は、必要精度を保って一つのスリット状領域を露光する時間より長い。よって、露光の走査スピードを上述のような必要精度を保って露光できる最大スピードに設定した場合、ショット領域内のすべてのスリット状領域の露光面の高さを測定することはできない。

そこで、一般的には、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定し、測定しなかったスリット状領域を露光する際は、その前に測定した露光面の高さを用いて補正されたウエハステージ位置にて露光を行う。すなわち、図１３に示すようなショット領域Ｓ１０において、スリット状領域ＳＬ１０、ＳＬ２０、・・・、ＳＬ９０の順に露光する場合、すべてのスリット状領域ＳＬ１０乃至ＳＬ９０の露光面の高さを測定するのでなく、例えばＳＬ１０、ＳＬ４０、ＳＬ７０と所定間隔おきに、この順に露光面の高さを測定する。そして、ＳＬ１０、ＳＬ２０、ＳＬ３０を露光する際にはＳＬ１０の露光面の高さにてウエハステージ位置を設定し、露光する。また、ＳＬ４０、ＳＬ５０、ＳＬ６０を露光する際にはＳＬ４０の露光面の高さにてウエハステージ位置を設定し、ＳＬ７０、ＳＬ８０、ＳＬ９０を露光する際にはＳＬ７０の露光面の高さにてウエハステージ位置を設定し、露光する。各スリット内で全体的に焦点を合わせるため、実際の露光時に、スリットごとにウエハ表面を傾けることによってスリット内全体で焦点ずれを最小にするように設定される。

このような、所定間隔おきに露光面の高さを測定し、所定間隔おきの測定結果を用いてウエハステージの高さ位置を補正して露光する場合、ウエハ平坦度が良好なウエハ中心部では、図１４に示すように、全てのスリット状領域ＳＬ１０乃至ＳＬ９０において投影光学系の焦点位置を、ウエハ６０の露光面に的確に合わせることができる。しかし、ウエハのエッジ部は、ウエハ自身が反っていたり、ウエハ厚さの変化が大きかったり、また、成膜した下地層の膜厚ばらつきや、化学的機械研磨の研磨量ばらつきなどにより、焦点面高さの変化がウエハ中心部よりも大きくなっている。よって、図１５に示すように、ウエハ６０のエッジ部では、投影光学系の焦点位置を、露光面に的確に合わせることができない部分が発生する。すなわち、ウエハのエッジ部においては精度よく露光することができない。近年は、収率向上のため、ウエハのエッジ部まで精度よく露光することが求められており、上述した課題を解決する手段が望まれる。

本発明によれば、複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置（しばらく後に露光する位置）において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、前記ショット領域ごとに、スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置されたウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、を並列処理する走査型露光装置であって、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定し、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光装置が提供される。

また、本発明によれば、感光性薄膜を露光する工程と、感光性薄膜を現像する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記感光性薄膜を露光する工程は、複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置（しばらく後に露光する位置）において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、前記ショット領域ごとに、スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置されたウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、を並列処理する走査型露光工程であって、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定し、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光工程である半導体装置の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置（しばらく後に露光する位置）において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、前記ショット領域ごとに、スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置されたウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、を並列処理する走査型露光方法であって、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定し、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光方法が提供される。

また、本発明によれば、複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置（しばらく後に露光する位置）において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、前記ショット領域ごとに、スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置されたウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、を並列処理するためのプログラムであって、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定し、前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、ウエハ上のショット領域の位置に応じて、露光面の高さを測定するスリット状領域の数を変更することができる。具体的には、ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域、すなわち露光面の高さのばらつきが少ないショット領域である場合には、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定することができる。そして、ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域、すなわち露光面の高さのばらつきが大きいショット領域である場合には、露光面の高さのばらつきが少ないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定することができる。

このような構成によれば、露光面の高さのばらつきが少ないショット領域においては、露光スループットを優先し、必要精度を保って露光できる最大スピードの走査スピードで、露光および露光面の高さの測定を行うことができる。このような走査スピードの場合、必然的に、所定数のスリット状領域おきに露光面の高さを測定することとなる。

そして、露光面の高さのばらつきが大きいショット領域においては、露光精度を優先し、必要精度を保って露光できる最大スピードよりも遅い走査スピードで、露光および露光面の高さの測定を行うことができる。このような走査スピードの場合、露光面の高さのばらつきが少ないショット領域に比べて多くのスリット状領域の露光面の高さを測定し、精度高く、投影光学系の焦点が露光面に合うようウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正して、露光することができる。その結果、収率向上を実現し、かつ、十分な露光スループットを得ることができる。

本発明によれば、ウエハのエッジ部まで精度よく露光することができる。

本実施形態の走査型露光装置の構成例を示す概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、各ショット領域の走査方向の一例を示す概略図である。 ショット領域の概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、走査スピードの変遷を示す図である。 本実施形態の走査型露光方法における、ウエハのエッジ部付近でないショット領域においての露光面の高さの測定の一例を示す概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、ウエハのエッジ部付近のショット領域においての露光面の高さの測定の一例を示す概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、ウエハのエッジ部付近でないショット領域においての露光面と焦点位置の関係を示す概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、ウエハのエッジ部付近のショット領域においての露光面と焦点位置の関係を示す概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、各ショット領域の走査方向の一例を示す概略図である。 本実施形態の走査型露光方法における、走査スピードの変遷を示す図である。 本実施形態の走査型露光装置の構成例を示す概略図である。 一般的な走査型露光方法における、各ショット領域の走査スピードの変遷を示す概略図である。 一般的な走査型露光方法における、各ショット領域においての露光面の高さの測定の一例を示す概略図である。 一般的な走査型露光方法における、ウエハのエッジ部付近でないショット領域においての露光面と焦点位置の関係を示す概略図である。 一般的な走査型露光方法における、ウエハのエッジ部付近のショット領域においての露光面と焦点位置の関係を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図中、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の矢印を示すことで、各図共通の方向を示す。

なお、本実施形態の走査型露光装置を構成する移動制御部、演算部、測定結果保持部、測定結果取得部、補正部、露光ショット識別部は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされたプログラム（予め装置を出荷する段階からメモリ内に格納されているプログラムのほか、ＣＤなどの記憶媒体やインターネット上のサーバなどからダウンロードされたプログラムも含む）、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。
＜実施形態１＞

本実施形態の走査型露光装置１００の一例を図１に示す。図に示すように、本実施形態の走査型露光装置１００は、光源１、照明光学系２、レチクルステージ４、投影光学系５、ウエハステージ７、投光部９ａ、受光部９ｂ、移動制御部１０、演算部１１、測定結果保持部１２、測定結果取得部１３、補正部１４などを有する。なお、アライメントセンサ８を有してもよい。レチクルステージ４の所定位置にはレチクル３が配置され、ウエハステージ７の所定位置にはウエハ６が配置される。

走査型露光装置１００は、例えば図２に示すような複数のショット領域Ｓ１乃至Ｓ３０を有するウエハ６に対して、以下のような処理を行う。なお、走査型露光装置１００は、ウエハ６のショット領域Ｓの数、配列などの情報を、予めユーザからの入力またはウエハ６に記録された情報を読み取るなどの手段により取得し、この情報を利用して以下のような処理を行う。

まず、図３（ａ）に、図２のショット領域Ｓ１の概略図を示す。図に示すように、ショット領域Ｓ１は複数のスリット状領域ＳＬ、例えば９個のスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９に分割することができ、このスリット状領域ＳＬ単位で、露光面の高さの測定及び露光が行われる。すなわち、このようなショット領域Ｓ１に対して露光面の高さの測定及び露光を行う場合、例えばスリット状領域ＳＬ１からＳＬ９の方向に走査しながら、スリット状領域ＳＬ単位で露光面の高さを測定する。

露光はすべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９に対して行われる。しかし、露光面の高さの測定は、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９に対して行ってもよいし、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９に対して行うのでなく、所定数のスリット状領域ＳＬおきに行ってもよい。これは、走査スピードに依存する。この走査スピードは、以下で説明する移動制御部１０に制御される。

図１に示す走査型露光装置１００は、複数のスリット状領域ＳＬからなるショット領域Ｓ（図２参照）ごとに、移動制御部１０の制御に従いウエハステージ７をＹ軸方向にスリット状領域ＳＬ単位で移動させつつ露光を行いながら、同時に、露光している場所とは異なる位置において、露光面の高さを測定する。

露光面の高さの測定は、投光部９ａからフォーカス測定光ＦＬをウエハ６に照射して行われる。具体的には、以下のようにして実現することができる。

まず、図１に示す投光部９ａからフォーカス測定光ＦＬをウエハ６に照射し、ウエハ６上で反射したフォーカス測定光ＦＬを受光部９ｂで検出する。ウエハ６表面のＺ軸方向の位置が変動すると、それに応じて受光部９ｂで検出する反射光（フォーカス測定光ＦＬ）の位置が変動する。演算部１１はこの変動を検知し、検知した変動量に基づいてウエハ６の高さを算出する。なお、ウエハ６表面のＺ軸方向の位置は、ウエハステージ７のＺ軸方向の移動によっても変動する。そして、ウエハステージ７のＺ軸方向の位置は、投影光学系５の焦点をウエハ６の表面に合わせるため、補正部１４により補正される。よって、演算部１１はウエハステージ７のＺ軸方向の位置を示す情報を以下で説明する補正部１４から取得し、この情報をも利用して、ウエハ６の高さを算出する。算出された結果は、各スリット状領域ＳＬと関連付けて、測定結果保持部１２に格納されてもよい。

なお、投光部９ａは複数のフォーカスセンサチャネルで形成することができる。このような投光部９ａによれば、図３（ｂ）に示すように、一つのショット領域Ｓ１内の複数点、例えばＣ１乃至Ｃ１５に対して同時に測定光ＦＬを照射することができる。同時に照射する複数点の数は任意の設計事項である。しかし、同時に照射する複数点の配列は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ショット領域Ｓ１の複数のスリット状領域ＳＬの配列にあわせて設定するのが望ましい。図３（ａ）（ｂ）の場合、Ｃ１１乃至Ｃ１５の点がスリット状領域ＳＬ１を照射している際、Ｃ６乃至Ｃ１０の点はスリット状領域ＳＬ４を照射し、Ｃ１乃至Ｃ５の点はスリット状領域ＳＬ７を照射するようになっている。そして、走査するためウエハ６が−Ｙ方向に一つのスリット状領域分移動すると、Ｃ１１乃至Ｃ１５の点がスリット状領域ＳＬ２を照射し、Ｃ６乃至Ｃ１０の点はスリット状領域ＳＬ５を照射し、Ｃ１乃至Ｃ５の点はスリット状領域ＳＬ８を照射するようになっている。

次に、露光は、以下のようにして実現することができる。走査型露光装置１００は、ショット領域Ｓごとに、レチクル３を配置したレチクルステージ４を露光ウエハステージ７と同期してＹ軸方向に移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系５の焦点が露光ウエハステージ７に配置されたウエハ６の露光面にあうよう、必要に応じて露光ウエハステージ７のＺ軸方向の位置とウエハ表面の傾きを補正する。

そして、フッ化クリプトン(ＫｒＦ)エキシマレーザー、フッ化アルゴン(ＡｒＦ)エキシマレーザー等の光源１から、露光光ＥＬ（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｌｉｇｈｔ）を放射する。その波長はＫｒＦエキシマレーザーの場合、２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザーの場合、１９３ｎｍである。

放射された露光光ＥＬは、照明光学系２を経てレチクルステージ４上に設置されたレチクル３を照明し、その後、投影光学系５を経て露光ウエハステージ７上に配置されたウエハ６を照射する。ウエハ６上にはレジスト（感光性薄膜）が塗布されており、レチクル３上に形成されたマスクパターンに対応した領域が露光光ＥＬによって照射される。そして、露光光ＥＬが照射された領域が化学反応を起こすことで、その後の現像工程を経た後、ウエハ６に所望のパターンが形成される。所望のパターンとは、半導体集積回路を製造するにあたり、設計データに基づいて各層（例えば、ゲート電極層とか特定の配線層）においてレジストに形成するべきパターンである。ウエハ６上のレジスト膜に形成すべきパターンに対応するパターンはレチクル３上に形成されているが、近年、レチクル３上のパターンは露光シミュレーションに基づいて補正が加わっていてウエハ６上に形成すべきパターンとは異なっているのが普通である。

各スリット状領域ＳＬにおける露光処理は、上述した露光面の高さの測定を後追いする形で行われる。すなわち、スリット状領域ＳＬ１からＳＬ９の方向に走査しながら露光を行う場合、ＳＬ１乃至ＳＬ３に対してこの順に露光を行っている際には、例えばＳＬ４の露光面の高さを測定するための演算処理を行う。そしてその後、ＳＬ４を露光する際には、前記測定結果が算出されており、その結果を利用して、ウエハ６の露光面の高さを補正し、露光を行う。また、ＳＬ４乃至ＳＬ６に対してこの順に露光を行っている際には、例えばＳＬ７の露光面の高さを測定するための演算処理を行う。または、ＳＬ１に対して露光を行っている際に、ＳＬ２の露光面の高さを測定する。そして、ＳＬ１の露光およびＳＬ２の露光面の高さの測定が終了すると、測定結果を利用して、ウエハ６の露光面の高さを補正し、ＳＬ２に対して露光を行う。そして、ＳＬ２の露光を行っている際には、ＳＬ３の露光面の高さの測定を行う。

ここで、走査型露光装置１００は、移動制御部１０を有する。移動制御部１０は、フォーカス測定光ＦＬを照射するショット領域Ｓ（図２参照）が、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、第一の走査スピードで、そのショット領域における上述したウエハ６の露光面の高さを測定し、露光するようウエハステージ７の移動を制御する。そして、フォーカス測定光ＦＬを照射するショット領域Ｓが、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓである場合には、前記第一の走査スピードよりも遅い第二の走査スピードで、そのショット領域Ｓにおける上述したウエハ６の露光面の高さを測定し、露光するようウエハステージ７の移動を制御する。

この移動制御部１０の走査スピードの制御により、フォーカス測定光ＦＬを照射するショット領域Ｓ（図２参照）が、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓである場合には、所定数のスリット状領域ＳＬおきに露光面の高さを測定し、フォーカス測定光ＦＬを照射するショット領域Ｓ（図２参照）が、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓである場合には、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓに比べて、多くのスリット状領域ＳＬの露光面の高さを測定する構成が実現される。

ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓとは、ウエハ６の露光面が比較的平坦であり、露光面の高さのばらつきが少ないショット領域Ｓが該当する。このショット領域Ｓは任意に設定可能であるが、例えば、図２に示すように、ウエハ６のエッジから３ｍｍ以内の領域Ａにかからないショット領域Ｓ（Ｓ５、Ｓ６など）であってもよい。走査型露光装置１００は、移動制御部１０により、このようなショット領域Ｓの場合には、第一の走査スピードでウエハ６の露光面の高さを測定し、露光するようウエハステージ７の移動を制御する。

第一の走査スピードは、例えば露光スループットを最大にするため必要精度を保って露光できる最大スピードに設定することができる。このような走査スピードの場合、一つのスリット状領域ＳＬの露光面の高さを測定するのに要する時間は、必要精度を保って一つのスリット状領域ＳＬを露光する時間より長いため、露光面の高さの先読み（露光処理よりも先に露光面の高さを測定）を実現するためには、ショット領域Ｓ内のすべてのスリット状領域ＳＬの露光面の高さを測定することはできない。よって、例えば図５に示すように、スリット状領域ＳＬ１、ＳＬ２、・・・、ＳＬ９の順に露光する場合、ＳＬ１、ＳＬ４、ＳＬ７と所定数のスリット状領域ＳＬおきに露光面の高さを測定することとなる。なお、図５は、走査しながら順番に、ＳＬ１、ＳＬ４、ＳＬ７と所定数のスリット状領域ＳＬおきにフォーカス測定光ＦＬを照射し露光面の高さを測定したことを示す概略図であり、一度にこれらのフォーカス測定光ＦＬを照射した様子を示すものではない。そして、ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３をこの順に露光する際にはＳＬ１の露光面の高さにてウエハステージ７のＺ軸方向の位置を補正し、露光する。また、ＳＬ４、ＳＬ５、ＳＬ６をこの順に露光する際にはＳＬ４の露光面の高さにてウエハステージ７のＺ軸方向の位置を補正し、ＳＬ７、ＳＬ８、ＳＬ９をこの順に露光する際にはＳＬ７の露光面の高さにてウエハステージ７のＺ軸方向の位置を補正し、露光する。この処理は、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓ、すなわち露光面が比較的平坦なショット領域Ｓに対する処理である。よって、図７に示すように、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９において投影光学系の焦点位置を、露光面に的確に合わせることができる。また、十分なスループットが得られる。

次に、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓとは、ウエハ６自身が反っていたり、ウエハ厚の変化が大きかったり、また、成膜した下地層の膜厚ばらつきや、化学的機械研磨の研磨量ばらつきなどにより、焦点面高さの変化がウエハ中心部よりも大きくなっている領域が該当する。このショット領域Ｓは任意に設定可能であるが、例えば図２に示すように、ウエハ６のエッジから３ｍｍ以内の領域Ａにかかるショット領域Ｓ（Ｓ１、Ｓ２など）であってもよい。走査型露光装置１００は、移動制御部１０により、このようなショット領域Ｓの場合には、第一の走査スピードよりも遅い第二の走査スピードで、ウエハ６の露光面の高さを測定し、露光するようウエハステージ７の移動を制御する。

第二の走査スピードは、第一の走査スピードよりも遅い範囲で任意に設定可能である。この走査スピードが遅いとは、スリット状領域間の移動速度、すなわち一つのスリット状領域分のウエハステージ７のＹ軸方向の移動速度が第一の走査スピードよりも遅いという概念であってもよい。または、スリット状領域間の移動速度は第一の走査スピードと略同じであるが、各スリット状領域ＳＬにおいて停止する時間が長いという概念であってもよい。または、これらを組み合わせた概念であってもよい。

第二の走査スピードとしては、例えば、露光面の高さの先読み（露光処理よりも先に露光面の高さを測定）を実現し、かつ、図６に示すように、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９の露光面の高さを測定できるようなスピードとするのが望ましい。なお、図６は、走査しながら、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９に対してフォーカス測定光ＦＬを照射し露光面の高さを測定したことを示す概略図であり、一度にこれらのフォーカス測定光ＦＬを照射した様子を示すものではない。このような走査スピードの場合、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９の露光面の高さを測定し、その測定結果を利用してスリット状領域ＳＬごとに露光面の高さを補正（ウエハステージ７のＺ軸方向の位置を補正）し、露光することができる。よって、ウエハ６のエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓ、すなわち下地段差がウエハ中心部よりも大きくなっている領域であっても、図８に示すように、全てのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９において投影光学系の焦点位置を、可能な範囲で露光面に的確に合わせることができる。

このように、第二の走査スピードを第一の走査スピードよりも遅い範囲で設定すれば、露光面の高さを測定するスリット状領域ＳＬの数を増やすことができ、ウエハステージ７のＺ軸方向の補正の自由度が増大し、露光精度の向上を実現することができる。

ここで、移動制御部１０の上述した制御を実現するためには、移動制御部１０は、露光面の高さを測定し露光するショット領域Ｓを識別する必要がある。また、そのショット領域Ｓが、ウエハエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓなのか否かを識別する必要がある。その手段としては、次のような手段であってもよい。

例えば、移動制御部１０は、ウエハステージ７およびレチクルステージ４の移動方向および移動量をも制御するよう構成する。そして、ウエハステージ７の移動方向および移動量を示す情報を利用してウエハステージ７の位置を識別することで、ウエハステージ７の所定位置に配置されたウエハ６の位置を識別し、フォーカス測定光ＦＬが照射される位置のショット領域Ｓすなわち露光面の高さを測定し露光するショット領域Ｓを識別する。

かかる場合、移動制御部１０は、予め定められたルールに従い、ウエハステージ７およびレチクルステージ４の移動方向および移動量を制御する。例えば、図２に示すようなウエハ６に対して、ショット領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓ２９、Ｓ３０の順に、各ショット領域Ｓ内に記載された矢印の向きに走査するルールを予め保持しておき、このルールに従い、ウエハステージ７およびレチクルステージ４の移動方向および移動量を制御する。なお、上述したルールはあくまで一例であり、他の内容とすることも可能である。

そして、例えば、予めウエハ６内のショット領域Ｓの配列情報およびウエハエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓを示す情報を保持しておき、この情報を利用することで、識別したショット領域Ｓが、ウエハエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓなのか否かを識別する。

次に、図２に示すウエハ６をウエハステージ７の所定位置に配置した場合を例に、本実施形態の走査型露光装置１００の処理の流れの一例を具体的に説明する。ここでは、ショット領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓ２９、Ｓ３０の順に、図２の各ショット領域Ｓ内に記載された矢印の向きに走査して、露光および露光面の高さの測定を行う例を説明する。このようにすれば、露光スループットが最大となり望ましい。

なお、ショット領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ２８、Ｓ２９、Ｓ３０が、ウエハエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓであり、その他のショット領域Ｓはウエハエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓである。

まず、図１に示す走査型露光装置１００は、移動制御部１０の制御に従い、ウエハステージ７をＸ軸方向および／またはＹ軸方向に移動させることで、ウエハステージ７の所定位置に配置されたウエハ６をＸ軸方向および／またはＹ軸方向に移動させる。例えば、ショット領域Ｓ１に対して露光面の高さの測定および露光を行う位置にウエハ６を移動させる。

そして、移動制御部１０は、露光面の高さの測定および露光を行う対象がショット領域Ｓ１であることを識別し、ショット領域Ｓ１がウエハエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域Ｓであることを識別する。すると、移動制御部１０は、第一の走査スピードＳＳ１よりも遅い第二の走査スピードＳＳ２でショット領域Ｓ１の露光面の高さの測定および露光を行うよう、ウエハステージ７の移動を制御する。

その後、走査型露光装置１００は、第二の走査スピードＳＳ２でウエハステージ７を移動させながら、移動後の位置において、露光面の高さの測定および露光を行う。例えば、ＳＬ１に対して露光を行っている際に、ＳＬ２の露光面の高さを測定する。そして、ＳＬ１の露光およびＳＬ２の露光面の高さの測定が終了すると、ウエハステージ７をＹ軸方向に一つのスリット状領域分移動する。移動後、測定結果保持部１２に格納されているＳＬ２の露光面の高さの測定結果を測定結果取得部１３が取得し、補正部１４はその結果を利用して、投影光学系５の焦点位置がウエハ６の露光面に合うようウエハステージ７のＺ軸方向の位置および傾きを補正し、露光を行う。また、この処理と並行して、ＳＬ３の露光面の高さの測定を行う。そして、ＳＬ２の露光およびＳＬ３の露光面の高さの測定が終了すると、ウエハステージ７をＹ軸方向に一つのスリット状領域分移動する。その後、すべてのスリット状領域ＳＬ１乃至ＳＬ９に対して露光処理を行うまで、前記処理を繰り返す。なお、下地パターンと重ね合わせ露光する場合は、下地パターンの形成位置をアライメントセンサ８でアライメント光ＡＬを測定し、適宜位置補正を行いながら露光してもよい。

ショット領域Ｓ１に対する露光処理が終了すると、走査型露光装置１００は、移動制御部１０の制御に従い、ウエハステージ７をＸ軸方向および／またはＹ軸方向に移動させることで、ショット領域Ｓ２（図２参照）に対して露光面の高さの測定および露光を行う位置にウエハ６を移動させる。そして、上述した処理と同様の処理を行う。なお、図２に示すように、ショット領域Ｓ２に対する走査方向は、スループットを上げるため、ショット領域Ｓ１と逆方向に行う。よって、ショット領域Ｓ２においては、第二の走査スピード−ＳＳ２（移動方向も含む概念）で、露光面の高さの測定および露光を行う。

ショット領域Ｓ２（図２参照）に対する上記処理の後、ショット領域Ｓ３に対して同様の処理を行うと、走査型露光装置１００は、移動制御部１０の制御に従い、ウエハステージ７をＸ軸方向および／またはＹ軸方向に移動させることで、ショット領域Ｓ４に対して露光面の高さの測定および露光を行う位置にウエハ６を移動させる。

そして、移動制御部１０は、露光面の高さの測定および露光を行う対象がショット領域Ｓ４であることを識別し、ショット領域Ｓ４がウエハエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域Ｓであることを識別する。すると、移動制御部１０は、第一の走査スピード−ＳＳ１（移動方向も含む概念）でショット領域Ｓ４の露光面の高さの測定および露光を行うよう、ウエハステージ７の移動を制御する。

その後、第一の走査スピード−ＳＳ１でウエハステージ７を移動させながら、移動後の位置において、露光面の高さの測定および露光を行う。例えば、走査しながらＳＬ９乃至ＳＬ７に対してこの順に露光を行っている際には、ＳＬ６の露光面の高さを測定するための演算処理を行う。そして、ＳＬ６を露光する際には、前記測定結果が算出されており、その結果を利用して、ウエハステージ７のＺ軸方向の位置を補正することで、投影光学系５の焦点をウエハ６の露光面に合わせ、露光を行う。また、ＳＬ６の露光面の高さを利用してなされたウエハステージ７のＺ軸方向の位置にて、走査しながらＳＬ５およびＳＬ４の露光を行う。走査しながらＳＬ６乃至ＳＬ４に対してこの順に露光を行っている際には、ＳＬ３の露光面の高さを測定するための演算処理を行う。その後、すべてのスリット状領域ＳＬ９乃至ＳＬ１に対して露光処理を行うまで、上記処理を繰り返す。

以降、すべてのショット領域Ｓ１乃至Ｓ３０に対して上述した処理を行うまで、繰り返す。

ここで、図４に、上述した処理の流れの走査スピードの変遷を示す。また、一般的な走査型露光における走査スピードの変遷を図１２に示す。

なお、上述した処理の流れはあくまで一例であり、例えば図９に示すように、ショット領域Ｓ２２、Ｓ９、Ｓ８、Ｓ１０・・・、Ｓ２７、Ｓ１６、Ｓ１５の順に、各ショット領域Ｓ内に記載された矢印の向きに走査して、露光および露光面の高さの測定を行うことも可能である。かかる場合の走査スピードの変遷を図１０に示す。

このように、本実施形態の走査型露光装置１００によれば、ショット領域Ｓに応じて、走査スピードを変えてウエハ６の露光面の高さの測定および露光を行うことができる。よって、ウエハ６の露光面の高さのばらつきが少ないショット領域Ｓにおいては、露光スループットを優先し、走査スピードを、必要精度を保って露光できる最大スピードに設定することができる。そして、ウエハ６の露光面の高さのばらつきが大きいショット領域Ｓにおいては、露光精度を優先し、走査スピードを、すべてのスリット状領域ＳＬの露光面の高さを測定し、スリット状領域ＳＬごとにウエハステージ７のＺ軸方向の位置補正を行うことができるスピードに設定することができる。

その結果、収率向上を実現し、また、十分な露光スループットを得ることができる。
＜実施形態２＞

本実施形態の走査型露光装置１００は、図１１に示すように二つの装置２００、３００からなる。

装置２００は、ウエハ６ａの露光面の高さを測定する装置であり、ウエハステージ７ａ、投光部９ａ、受光部９ｂ、移動制御部１０、演算部１１、測定結果保持部１２などを有する。なお、アライメントセンサ８を有してもよい。ウエハステージ７ａの所定位置にはウエハ６ａが配置される。

装置３００はウエハ６ｂに露光するための装置であり、光源１、照明光学系２、レチクルステージ４、投影光学系５、ウエハステージ７ｂ、移動制御部１０、測定結果取得部１３、補正部１４などを有する。レチクルステージ４の所定位置にはレチクル３が配置され、ウエハステージ７ｂの所定位置にはウエハ６ｂが配置される。測定結果取得部１３は、有線／無線での通信により、測定結果保持部１２から測定結果などのデータを取得する。

なお、本実施形態の走査型露光装置１００の前記各構成の機能については、実施形態１と同様であるので、ここでの説明は省略する。

本実施形態の走査型露光装置１００は、図１１に示すように等価なウエハステージ７ａ、７ｂを２つ用意し、片側のウエハステージ７ａで露光光ＥＬを用いてウエハ６ｂを露光している間に、別のウエハ６ａの露光面の高さの測定を行う。なお、前記測定とあわせて、アライメント計測を行うことも可能である。このような露光装置としては、特表２０００−５１１７０４（特許文献２）に提案されている。

ここで、本実施形態の走査型露光装置１００の処理の流れの一例を説明する。

装置３００において、光源１から放射された露光光ＥＬは、照明光学系２を経てレチクルステージ４上に設置されたレチクル３を照明し、その後、投影光学系５を経てウエハステージ７ｂ上に配置されたウエハ６ｂを照射する。ウエハ６ｂ上にはレジスト（感光性薄膜）が塗布されており、レチクル３上に形成されたマスクパターンに対応した領域が露光光ＥＬによって照射される。そして、露光光ＥＬが照射された領域が化学反応を起こすことで、その後の現像工程を経た後、ウエハ６ｂに所望のパターンが形成される。

一方、装置２００においては、いまだ露光されていないウエハ６ａが、７ｂと等価なウエハステージ７ａ上に配置されている。装置２００にはフォーカスセンサが具備されており、投光部９ａから照射されたフォーカス測定光ＦＬがウエハ６ａ上を照射し、ウエハ６ａ上で反射した光を受光部９ｂで検出する。ウエハ６ａの表面の高さが変動するとそれに応じて受光部９ｂで検出する反射光（フォーカス測定光ＦＬ）の位置が変動するため、ウエハ６ａの高さを測定することができる。また、下地パターンと重ね合わせ露光する場合は下地パターンの形成位置をアライメントセンサ８でアライメント光ＡＬを測定し、アライメント補正値を算出してもよい。このアライメント補正値は、各スリット状領域ＳＬに関連付けて測定結果保持部１２に格納される。

装置２００におけるウエハ６ａの露光面の高さの測定、および、装置３００におけるウエハ６ｂの露光が終了すると、装置２００のウエハ６ａがウエハステージ７ａとともに装置２００から装置３００に移動し、ウエハ６ａに対して露光が行われる。この露光を行う際、測定結果取得部１３は、測定結果保持部１２から、露光面の高さの測定結果およびアライメント補正値を取得する。そして、補正部１４は、測定結果取得部１３が取得した露光面の高さの測定結果およびアライメント補正値を利用して、適宜、位置補正を行う。そして、補正部１４による補正後、露光光ＥＬで露光する。なお、装置３００に移動したウエハ６ａの露光と並行して、装置２００では、いまだ露光されていない他のウエハに対して、露光面の高さの測定が行われる。

図１１のような走査型露光装置１００の場合、ウエハ６ａの露光面の高さと、ウエハ６ｂの露光は、独立して行われる。よって、装置２００において複数のショット領域Ｓに対して露光面の高さの測定を行う順番および各ショット領域Ｓの走査方向と、装置３００において複数のショット領域Ｓに対して露光を行う順番および各ショット領域の走査方向は、別々にすることも可能である。

例えば、装置２００において露光面の高さを測定する際には、図９に示すように、ショット領域Ｓ２２、Ｓ９、Ｓ８、Ｓ１０・・・、Ｓ２７、Ｓ１６、Ｓ１５の順に、各ショット領域Ｓ内に記載された矢印の向きに走査して、露光面の高さの測定を行ってもよい。そして、装置３００において露光する際には、図２に示すように、ショット領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・、Ｓ２９、Ｓ３０の順に、各ショット領域Ｓ内に記載された矢印の向きに走査して、露光してもよい。このようにすることで、スループットを向上させることができる。

本実施形態の走査型露光装置１００によれば、露光面の高さの測定と、露光とを、別々の装置で並行して行えるので、より高速にウエハへの露光処理を行うことが可能となる。

１００ 走査型露光装置
２００ 装置
３００ 装置
１ 光源
２ 照明光学系
３ レチクル
４ レチクルステージ
５ 投影光学系
６ ウエハ
６ａ ウエハ
６ｂ ウエハ
７ ウエハステージ
７ａ ウエハステージ
７ｂ ウエハステージ
８ アライメントセンサ
９ａ 投光部
９ｂ 受光部
１０ 移動制御部
１１ 演算部
１２ 測定結果保持部
１３ 測定結果取得部
１４ 補正部
Ｓ ショット領域
ＳＬ スリット状領域
ＡＬ アライメント光
ＥＬ 露光光
ＦＬ フォーカス測定光

Claims (8)

1. 複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、前記スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、
   前記ショット領域ごとに、前記スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置された前記ウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、
   を並列処理する走査型露光装置であって、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数の前記スリット状領域おきに露光面の高さを測定し、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光装置。
2. 請求項１に記載の走査型露光装置において、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、すべてのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光装置。
3. 請求項１または２に記載の走査型露光装置において、
   前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域とは、ウエハのエッジから３ｍｍ以内の領域である走査型露光装置。
4. 感光性薄膜を露光する工程と、感光性薄膜を現像する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、
   前記感光性薄膜を露光する工程は、
   複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、前記スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、
   前記ショット領域ごとに、前記スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置されたウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、
   を並列処理する走査型露光工程であって、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数の前記スリット状領域おきに露光面の高さを測定し、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光工程である半導体装置の製造方法。
5. 請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、すべてのスリット状領域の露光面の高さを測定する半導体装置の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域とは、ウエハのエッジから３ｍｍ以内の領域である半導体装置の製造方法。
7. 複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、前記スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、
   前記ショット領域ごとに、スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置された前記ウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、
   を並列処理する走査型露光方法であって、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数の前記スリット状領域おきに露光面の高さを測定し、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する走査型露光方法。
8. 複数のスリット状領域からなるショット領域ごとに、前記スリット状領域単位でウエハを配置したウエハステージを移動させながら、移動後の位置において、フォーカス測定光を前記ウエハに照射し、前記ウエハの露光面の高さを測定する処理と、
   前記ショット領域ごとに、スリット状領域単位でレチクルを配置したレチクルステージを前記ウエハステージと同一または異なる露光ウエハステージと同期して移動させながら、移動後の位置において、マスクパターンを転写するための投影光学系の焦点が前記露光ウエハステージに配置された前記ウエハの露光面にあうよう、前記露光面の高さの測定結果を利用して前記露光ウエハステージの位置とウエハ表面の傾きを補正し、露光する処理と、
   を並列処理するためのプログラムであって、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域である場合には、所定数の前記スリット状領域おきに露光面の高さを測定し、
   前記フォーカス測定光を照射する前記ショット領域が、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかかるショット領域である場合には、前記ウエハのエッジ付近の予め定められた領域にかからないショット領域に比べて、多くのスリット状領域の露光面の高さを測定する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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