JP2011097070A

JP2011097070A - 投影露光装置、投影露光方法、及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2011097070A
Application number: JP2010277361A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takeishi; 洋明武石
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2020-10-04
Also published as: JP5002704B2

Abstract

【課題】ウェハ平坦度などの製造プロセス条件に対して最適なスキャン速度を設定することを可能とし、露光性能と生産性を高いレベルで両立させて歩留まりの良い露光を実現する。
【解決手段】実露光に先立って、ウェハ面形状のフォーカス・レベリング軌道を求め、前記軌道を用いた場合のレチクルステージとウェハステージ２との相対位置誤差を推定する。更にスキャン速度算出手段６により、同期誤差の移動平均・移動標準偏差の期待値を、代表的なスキャン速度複数通りに対してそれぞれ算出した後、プロセスに見合った同期誤差のしきい値を満たす最大スキャン速度を各ショット毎に求め、それに応じた露光量等を再設定し、コンソール８に実際に設定された１ショット毎のスキャン速度を表示する。
【選択図】図１

Description

発明は、主に半導体素子を形成するための投影露光装置、投影露光方法、及び半導体装置の製造方法に関する。

従来、投影露光装置としては、ウェハを搭載したステージを平面内で位置決めした後に露光を繰り返す、逐次移動型露光装置（いわゆるステッパ）が主流であった。ところが近年では、半導体回路の微細化に伴って、回路パターンを描画した基板（レチクル）とウェハをそれぞれ対応するステージに搭載し、双方を同期走査しながら露光する、いわゆる走査（スキャン）露光装置が登場しており、量産工程への導入が活発化してきている。このように、ステッパに代わってスキャン露光装置が台頭しつつある理由としては、スキャン露光装置はステッパに比べて露光フィールドを大きく取ることができ、コントラストを一様とし易い等のスキャン露光独特の特徴が明らかになってきていることも一因である。

スキャン露光装置の概略構成を図１０に示す。光源１０としてはＫｒＦエキシマレーザが良く用いられる。光源１０からの照射光は、照明光学系１１において成形され、幅が数ｍｍ程度のスリットを通ってレチクルステージ１２上に保持された基板（レチクル）１３上に照射される。さらに投影光学系１４を通った光は、ウェハステージ１５上に保持されたウェハ１６に到達する。このとき、ウェハステージ１５とレチクルステージ１２とを一定速度で逆方向に移動させることにより、スリット幅より大きな露光フィールドを得ることができる。ここで逆方向に移動させるのは、投影光学系１４が像を反転させるためである。

レチクルステージ１２及びウェハステージ１５は、レーザ測長器１７及び１８を用いて並進方向の位置が精密に計測される。また鉛直方向に関しては、フォーカス検出系１９によりウェハ表面と露光像面との相対距離を検出し、得られたフォーカス計測値に基づいて、ウェハ表面を露光像面に一致させるように、ウェハステージ１５を駆動する。スリットを通って照射される領域にてウェハ１５表面が露光像面と一致する必要があり、従ってウェハステージ１５はＺ方向（フォーカス）及びチルト方向（レベリング）に駆動されねばならない。これはスキャン露光装置の特徴のひとつであり、チップ内にてきめ細やかなフォーカス・レベリングが可能であるなどの利点につながっている。

スキャン露光装置においては、同期走査するレチクルステージ１２とウェハステージ１５との水平方向相対位置誤差、いわゆる同期誤差が露光性能に大きく関わることが知られている。付け加えるならば、同期誤差のスリット内移動平均は露光される像のずれ、即ちディストーションに対応し、同じく移動標準偏差は像のコントラストに対応する。従って、微細化が進む半導体製造プロセスにあっては、この同期誤差を如何に小さくするかが１つの大きな技術的課題である。

一方、上述のようにスキャン露光中のフォーカス・レベリング駆動はスキャン露光装置において必要不可欠であるが、これらの駆動によりかえって同期誤差を劣化させることが多い。特にレベリング駆動は、ウェハステージ１５にてスキャン駆動と共に行われるため、ω_x方向駆動がｙ方向に、あるいはω_y方向駆動がＸ方向にというように、他成分として同期誤差に影響を与えやすい。種々の制御技術を駆使することによって、他成分の影響を低減するよう制御補償器を設計するのは言うまでもないが、実際のフォーカス・レベリング駆動量は、露光すべきウェハの面精度やウェハを吸着保持するウェハチャックの平坦度に大きく依存しており、制御手法のみで全てカバーすることは困難である。

特にウェハの平坦度は、半導体製造プロセスあるいは生産ロットにより差があり、同じ露光装置を用いたとしても同期誤差が一定値以下となるよう管理することは極めて困難である。

また、スキャン露光装置における生産性は、スキャン速度を大きくするほど高められるが、この結果として、１チップ内で駆動すべきレベリングの軌跡は高い周波数を持つことになる。一般にステージなどのアクチュエータ制御系では、周波数が高くなるに従って追従性能が劣化し、同時に他成分への影響も大きくならざるを得ない。従ってスキャン速度大とすれば、同じ平坦度のウェハを用いた場合であっても、同期精度は劣化することになる。

このように、スキャン速度は同期誤差なる指標を媒体として露光性能に大きな影響を与えるが、スキャン速度はレジスト感度や露光量などの要因から設定されるのが通常であり、同期誤差はいわば出なりの性能となってしまっていた。このため半導体製造プロセス条件の設定に時間がかかったり、ウェハの面精度の差により歩留まりを劣化させる要因となっていた。

そこで本発明は、ウェハ平坦度などの製造プロセス条件に対して最適な走査速度を設定することを可能とし、露光性能と生産性を高いレベルで両立させて歩留まりの良い露光を実現させる投影露光装置、投影露光方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

更に本発明は、前記目的に加え、最適な走査速度を１回の露光毎に可変に設定することにより、装置の処理能力即ちスループットの低下を抑止し、像性能と生産性を共に向上させることを可能とし、高い歩留まりを実現させる投影露光装置、投影露光方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の投影露光装置は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写するものであって、前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを備え、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定することを特徴とする。

本発明の投影露光装置は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写するものであって、前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを備え、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定することを特徴とする。

本発明の投影露光装置の一態様では、前記ウェハ面形状は、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測されるものである。

本発明の投影露光装置の一態様では、前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出する。

本発明の投影露光装置の一態様では、露光に先立った前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われる。

本発明の投影露光装置は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写するものであって、前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する誤差推定器と、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定する走査速度設定器とを備える。

本発明の投影露光装置は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写するものであって、前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する誤差推定器と、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定する走査速度設定器とを備えることを特徴とする。

本発明の投影露光装置の一態様では、前記ウェハ面形状は、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測される。

本発明の投影露光装置の一態様では、前記誤差推定器は、前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出する。

本発明の投影露光方法は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する手法であって、前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを駆動制御するに際して、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定することを特徴とする。

本発明の投影露光方法は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する手法であって、前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを駆動制御するに際して、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定することを特徴とする。

本発明の投影露光方法の一態様では、前記ウェハ面形状を、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測する。

本発明の投影露光方法の一態様では、前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出する。

本発明の投影露光方法の一態様では、露光に先立った前記走査駆動を、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行う。

本発明の投影露光方法は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する手法であって、前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを駆動制御するに際して、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する工程と、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定する工程とを有することを特徴とする。

本発明の投影露光方法は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する手法であって、前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを駆動制御するに際して、前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する工程と、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定する工程とを有することを特徴とする。

本発明の投影露光方法の一態様では、前記走査速度を１回の露光毎に自動的に設定する工程において、各露光における前記期待値と、実際の露光で得られた同期誤差との比較に基いて走査速度を設定する。

本発明の投影露光装置は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写するものであって、前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを備え、走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差を予測することを特徴とする。

本発明の投影露光装置の一態様において、前記相対位置偏差の予測結果に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なう。

本発明の投影露光装置の一態様において、前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差を予測する。

本発明の投影露光装置の一態様において、前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われる。

本発明の投影露光装置は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写するものであって、前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置誤差を推定する誤差推定器と、前記誤差推定器により推定された前記相対位置誤差の偏差を、所定の各走査速度に対応して算出する走査速度算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明の投影露光装置の一態様は、前記各走査速度及びそれに対応して前記走査速度算出手段により算出された前記偏差に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なう。

本発明の投影露光装置の一態様は、前記偏差が算出された前記各走査速度のうちから最適の走査速度を選択し、当該走査速度に基づいて前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なう。

本発明の投影露光装置の一態様において、前記誤差推定器は、前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置誤差を予測する。

本発明の投影露光装置の一態様において、前記誤差推定器による前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われる。

本発明の投影露光方法は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する方法であって、前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを駆動制御するに際して、走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差を予測することを特徴とする。

本発明の投影露光方法の一態様は、前記相対位置偏差の予測結果に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なう。

本発明の投影露光方法の一態様は、前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差を予測する。

本発明の投影露光方法の一態様において、前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われる。

本発明の投影露光方法は、基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する方法であって、前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構とを駆動制御するに際して、走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置誤差を推定する工程と、前記誤差推定器により推定された前記相対位置誤差の偏差を、所定の各走査速度に対応して算出する工程とを有することを特徴とする。

本発明の投影露光方法の一態様は、前記各走査速度及びそれに対応して算出された前記偏差に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なう。

本発明の投影露光方法の一態様は、前記偏差が算出された前記各走査速度のうちから最適の走査速度を選択し、当該走査速度に基づいて前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なう。

本発明の投影露光方法の一態様は、前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置誤差を予測する。

本発明の半導体装置の製造方法は、ウェハ面に感光材料を塗布するステップと、前記投影露光方法の各工程により、前記感光材料が塗布された前記ウェハ面に所定パターンの露光を行うステップと、前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像するステップとを備えることを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、前記投影露光方法の各工程を実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に格納している。

本発明の記憶媒体は、前記半導体装置の製造方法の各ステップを実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に格納している。

本発明の投影露光装置においては、レジスト感度や露光量などのパラメータに加え、第１の駆動機構と第２の駆動機構との相対位置偏差を制約条件として走査速度を規定する。これにより、第１の駆動機構と第２の駆動機構との同期精度が、選択される走査速度の判断基準の一つとされ、当該露光プロセスに見合った最適な走査速度を選択することが可能となり、露光性能を高水準に維持するとともに最大の生産性を得ることができる。

更に本発明の投影露光装置においては、前記走査速度の規定を１回の露光毎に可変（自動的）に行なうことにより、各露光毎にそれぞれ最適な走査速度を設定することができ、所期の同期精度とともに与えられた条件に対応した最大のスループットを得ることが可能となる。

本発明によれば、ウェハ平坦度などの製造プロセス条件に対して最適なスキャン速度を設定することを可能とし、露光性能と生産性を高いレベルで両立させて歩留まりの良い露光を実現することができる。

更に本発明によれば、最適な走査速度を１回の露光毎に可変に設定することにより、装置の処理能力即ちスループットの低下を抑止し、像性能と生産性を共に向上させることを可能とし、高い歩留まりを実現することができる。

第１の実施形態のスキャン露光装置の概略構成を示すブロック図である。第１の実施形態のスキャン露光装置の機能と共にスキャン露光方法を示すフローチャートである。周波数特性Ｇ（ｓ）を示す特性図である。並進方向制御偏差を算出するための順序を示す線ブロック図である。スキャン速度と同期誤差との関係を示す特性図である。本発明に係るスキャン露光装置を用いた半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図６の工程中のウェハプロセスを更に詳細に示すフローチャートである。第４の実施形態のスキャン露光装置の概略構成を示すブロック図である。第４の実施形態のスキャン露光装置の機能と共にスキャン露光方法を示すフローチャートである。従来のスキャン露光装置の主要構成を示す概略図である。

以下、本発明を適用した諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明による第１の実施形態のスキャン露光装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、１は第２の駆動機構としてのレチクルステージ、２は第１の駆動機構としてのウェハステージであり、両者が同期走査する。３はフォーカス検出系であり、スキャンするウェハ表面と像面との相対距離をチップ内にて多点計測する。４はレチクルステージ１及びウェハステージ２の制御を司るステージ制御系であり、同期制御部もこれに含まれる。５は同期誤差推定器、６はスキャン速度設定器である。同期誤差推定器５及びスキャン速度設定器６を含むシステムコントローラ７にて、スキャン速度及びその他の露光条件等を設定し、コンソール８がオペレータとのユーザインターフェースを受け持つ。

以下、図２のフローチャートに従って本実施形態のスキャン露光装置の機能と共にスキャン露光方法について説明する。

ステップＳ１〜Ｓ５：実露光に先立って、ウェハ上の全ショットにてスキャン動作を行う。ここではフォーカス駆動を行わず、フォーカス計測のみを行い、ショット内複数点でのフォーカス計測値を得る。この時、ウェハステージとレチクルステージの相対位置誤差より、同期精度、更にはその移動平均・移動標準偏差を求めておく。

ステップＳ６〜Ｓ８：Ｓ１〜Ｓ５にて得られたフォーカス計測値より、ショット内のウェハ面形状を求める。このとき、例えば特開平０９−０４５６０８号公報に開示されている手法を用いて、既に露光されたレジスト段差を除去することにより、更に正確にウェハ面形状を求めることができる。

続いて、ステップＳ６で得られたウェハ面形状より、この形状に対するフォーカス・レベリング軌道を求める。

ステップＳ９，Ｓ１０：同期誤差推定器５により、ステップＳ７で得られた駆動軌道を用いた場合のレチクルステージとウェハステージ２との相対位置誤差を推定し、更に同期誤差の移動平均・移動標準偏差の期待値を、代表的なスキャン速度複数通りに対してそれぞれ求める。

ステップＳ１１：コンソール８において、プロセスに見合った同期誤差のしきい値が予め与えられている。スキャン速度設定器６により、このしきい値を満たす最大スキャン速度を各露光（ショット）毎に求め、それに応じた露光量等を再設定する。

ステップＳ１２：ステップＳ１１で設定された条件にてスキャン露光動作を開始する。コンソール８には、実際に設定された１ショット毎のスキャン速度が表示される。

ステップＳ１〜Ｓ５におけるサンプルショットスキャン動作は、１ウェハ毎に行っても良いし、複数ウェハに１回あるいは１ロット毎に１回など、自由に設定できる。

ステップＳ９〜Ｓ１１について更に詳細に説明する。
一般的に、例えばステージをチルト駆動したときの並進方向への影響のようないわゆる他成分への影響は、チルト方向に加振した時の加振入力から並進方向の制御偏差までの伝達特性、即ち周波数特性Ｇ（ｓ）として規定することができる。更にこの特性は、通常、図３に示すような低域微分・高域積分特性を示す。周波数特性はステージユニット特有のものであり、ＦＦＴアナライザもしくはそれに準ずる周波数解析計算により、極めて精度良く求めることが可能である。従って、この特性を予め求めておき、これにステップＳ７で求めたフォーカス・レベリング軌道を入力した場合の出力、即ち並進方向制御偏差を、図４に示すブロック線図の順序に従って正確に計算することができる。フォーカス・レベリング軌道はウェハ表面形状により規定されるものであり、その形状は各スキャン速度に対して同一であるから、スキャン速度に比例してその時間軸が変わるだけで常に相似形である。従って、各スキャン速度における制御偏差を、同じ手順の繰り返しで求めることができる。ここではチルト駆動した場合について述べたが、フォーカス駆動した場合についても同様の手順で求められるのは言うまでもない。フォーカス・レベリング駆動した時の制御偏差の期待値が得られれば、ステップＳ１〜Ｓ５で得られた、フォーカス・レベリング駆動の無い状態での同期誤差に対して劣化する分として加味することで、実露光時での同期精度の期待値を求めることができる。

この結果、各スキャン速度に対する同期誤差を正確に予想することが可能となる。ステップＳ１１において、設定した同期精度しきい値を満たす最大スキャン速度を１ショット毎に可変設定できるため、与えられた条件に対応した最大のスループットを得ることができる。

この様子を図示すると図５のようになる。このように、スキャン速度に対して得られる同期誤差は単調増加傾向を示す。従って、半導体製造プロセスにおいて必要とされる同期精度のしきい値を設定すれば、これを満たす最大のスキャン速度Ｖを選択できることになる。

以上説明したように、第１の実施形態のスキャン露光装置によれば、ウェハ平坦度などの製造プロセス条件に対して最適なスキャン速度を設定することを可能とし、露光性能と生産性を高いレベルで両立させて歩留まりの良い露光を実現させることができる。

更に本実施形態によれば、最適な走査速度を１回の露光毎に可変に設定することにより、装置の処理能力即ちスループットの低下を抑止し、像性能と生産性を共に向上させることを可能とし、高い歩留まりを実現させることができる。

次に、図２を用いて説明した投影露光装置を利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方法の一例を説明する。

図６は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造工程のフローを示す。
先ず、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なう。ステップ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）は前工程と称され、上記の如く用意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と称され、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、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージンク工程（チップ封入）等の工程を含む。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、これが出荷（ステップ７）される。

図７は前記ウェハプロセスの詳細なフローを示す。
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）では上述したスキャン露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。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）ではエッチングが終了して不要となったレジストを除去する。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

この製造方法を用いれば、スキャン露光装置の奏する諸効果と相まって、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを歩留まり良く容易且つ確実に製造することができる。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第１に実施形態で述べた露光方法に学習的な機能を奏するステップＳ１３を付加する。

ステップＳ１２'：
ステップＳ１１で設定された条件にてスキャン露光動作を開始する。コンソール８には、実際に設定された１ショット毎のスキャン速度が表示され、同時に実際に露光した時の同期誤差をショット毎に記録する。

ステップＳ１３：
１回のウェハ処理が完了した時点で、各ショットにおいて露光前に計算した同期誤差の期待値と、実際に露光して得られた同期誤差とを比較する。期待値を下回った場合には、それに見合う分だけスキャン速度を上げ、期待値より劣化した場合にはスキャン速度を下げるような設定を、次のウェハ処理において行う。

このような学習機能を具備することにより、ロット先頭のウェハにて１度スキャン速度設定をしておけば、複数枚のウェハ処理を行なえば、ほぼ最適値に漸近してゆくことになる。

あるいは、まず保守的なスキャン速度を設定しておき、ステップＳ１〜Ｓ５に相当する前処理を省いて実露光を開始し、その後、前記学習機能によって自動的にスキャン速度を更新していくことも可能である。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態の奏する諸効果に加え、露光性能を維持しながら最大の生産性を極めて効率良く得ることが可能となる。

（第３の実施形態）
前述のように、同期精度は水平方向のステージ相対位置であり、第１の実施形態においてはこれに着目しているが、同様の考え方を垂直方向にも適用することができる。フォーカス・レベリング駆動を行なった際に垂直方向に現れる制御偏差は、露光される像のコントラストを規定することが知られており、やはり半導体製造プロセスにおける着目線幅等によってその許容値が規定されるからである。

このためには、第１の実施形態で述べたように、フォーカス・レベリング軌道から同期精度の期待値を図４の伝達特性から求めるのと同様にして、フォーカス・レベリング軌道からＺ方向の制御偏差を同様の手法で求め、プロセスで規定されるしきい値を満足するようなスキャン速度を設定すれば良いわけであり、その詳細は第１の実施形態から容易に導出できる。

第３の実施形態のスキャン露光装置によれば、第１の実施形態と同様に、ウェハ平坦度などの製造プロセス条件に対して最適なスキャン速度を設定することを可能とし、露光性能と生産性を高いレベルで両立させて歩留まりの良い露光を実現させることができる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明による第４の実施形態のスキャン露光装置の概略構成を示すブロック図である。
図８において、３１は第２の駆動機構としてのレチクルステージ、３２は第１の駆動機構としてのウェハステージであり、両者が同期走査する。３３はフォーカス検出系であり、スキャンするウェハ表面と像面との相対距離をチップ内にて多点計測する。３４はレチクルステージ３１及びウェハステージ３２の制御を司るステージ制御系であり、同期制御部もこれに含まれる。３５は同期誤差推定器、３６はスキャン速度算出器である。同期誤差推定器３５及びスキャン速度算出器３６を含むシステムコントローラ３７にて、スキャン速度及びその他の露光条件等を設定し、コンソール３８がオペレータとのユーザインターフェースを受け持つ。

以下、図９のフローチャートに従って本実施形態のスキャン露光装置の機能と共にスキャン露光方法について説明する。

ステップＳ３１〜Ｓ３５：
実露光に先立って、ウェハ上の複数ショット（サンプルショット）に着目してスキャン動作を行う。ここではフォーカス駆動を行わず、フォーカス計測のみを行い、ショット内複数点でのフォーカス計測値を得る。この時、ウェハステージとレチクルステージの相対位置誤差より、同期精度、更にはその移動平均・標準偏差を求めておく。

ステップＳ３６〜Ｓ３８：
Ｓ３１〜Ｓ３５にて得られたフォーカス計測値より、ショット内のウェハ面形状を求める。このとき、例えば特開平０９−０４５６０８号公報に開示されている手法を用いて、既に露光されたレジスト段差を除去することにより、更に正確にウェハ面形状を求めることができる。

続いて、ステップＳ３６で得られたウェハ面形状より、この形状に対するフォーカス・レベリング軌道を求める。

ステップＳ３９〜Ｓ４１：
同期誤差推定器３５により、ステップＳ７で得られた駆動軌道を用いた場合のレチクルステージとウェハステージ２との相対位置誤差を推定し、更にスキャン速度算出器３６により、同期誤差の移動平均・移動標準偏差の期待値を、代表的なスキャン速度複数通りに対してそれぞれ求める。

ステップＳ４２：
ステップＳ３９〜Ｓ４１による算出結果をコンソール３８に表示する。スキャン速度と、その場合に得られる同期誤差の期待値を基に、オペレータが当該プロセスにマッチしたスキャン速度を選択する。選択されたスキャン速度より、露光量などを設定した後、スキャン露光動作を開始する。

ステップＳ３１〜Ｓ３５におけるサンプルショットスキャン動作は、１ウェハ毎に行っても良いし、複数ウェハに１回あるいは１ロット毎に１回など、自由に設定できる。

なお、ステップＳ３９〜Ｓ４１については、第１の実施形態で図３，図４を用いた説明と同様に、例えばステージをチルト駆動したときの並進方向への影響のようないわゆる他成分への影響を、チルト方向に加振した時の加振入力から並進方向の制御偏差までの伝達特性、即ち図３の周波数特性Ｇ（ｓ）として規定し、この特性を予め求めておき、これにステップＳ７で求めたフォーカス・レベリング軌道を入力した場合の出力、即ち並進方向制御偏差を、図４に示すブロック線図の順序に従って正確に計算することができる。

この結果、各スキャン速度に対する同期誤差を正確に予想することが可能となる。ステップＳ１２でのスキャン速度の選択は、例えば露光線幅などの条件を鑑みて細い線幅の場合は同期誤差がより小さくなるようなスキャン速度を選択するなど、自由度が高くかつきめ細かな設定が可能となり、プロセス条件に良く適合した露光を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態のスキャン露光装置によれば、ウェハ平坦度などの製造プロセス条件に対して最適なスキャン速度を設定することを可能とし、露光性能と生産性を高いレベルで両立させて歩留まりの良い露光を実現させることができる。

更に、第１の実施形態で図６，図７を用いた説明と同様に、図８の投影露光装置を利用して半導体装置（半導体デバイス）を製造することにより、スキャン露光装置の奏する諸効果と相まって、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを歩留まり良く容易且つ確実に製造することができる。

（第５の実施形態）
続いて、本発明の第５の実施形態について説明する。ここでは、第４に実施形態で述べた露光方法のステップＳ４２において、オペレータによる速度設定に替わり、これを自動的に行う。各露光ロットに対して必要な同期精度をしきい値として予め設定しておき、第４の実施形態で説明した同期精度予側を行った後、設定された同期精度しきい値を満足するようなスキャン速度のうち最も大きいものを自動的に選択するように、図８のシステムコントローラ３７を構成すれば良い。これにより、第４の実施形態の奏する諸効果に加え、露光性能を維持しながら最大の生産性を極めて効率良く得ることが可能となる。

なお、各実施形態において説明したスキャン露光装置の機能を実現するように、各種のデバイスを動作させるためのプログラムコード自体及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段や、スキャン露光方法の各ステップ（例えば図２のステップＳ１〜ステップＳ１２、図９のステップＳ３１〜ステップＳ４２）、及び半導体装置の製造方法の各ステップ（例えば図６のステップ１〜ステップ７、図７のステップ１１〜ステップ１９）等を実現するためのプログラムコード自体及びそのプログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えば、かかるプログラムコードを格納した記憶媒体は本発明の範疇に属する。

またこの場合、所定の記憶再生装置により、記憶媒体に格納されているプログラムコードが読み出され、ＥＥＰＲＯＭが動作する。かかるプログラムコードを記憶する記憶媒体としては、例えばフロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、本実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して本実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明に含まれる。

更に、供給されたプログラムコードがコンピュータの機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって本実施形態の機能が実現されるシステムも本発明に含まれる。

１，３１…レチクルステージ
２，３２…ウェハステージ
３，３３…フォーカス検出系
４，３４…ステージ制御系
５，３５…同期誤差推定器
６，３６…スキャン速度算出手段
７，３７…システムコントローラ
８，３８…コンソール

Claims

基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光装置において、
前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定するコントローラと、
を備えることを特徴とする投影露光装置。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光装置において、
前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定するコントローラと、
を備えることを特徴とする投影露光装置。
前記ウェハ面形状は、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の投影露光装置。
前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の投影露光装置。
露光に先立った前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われることを特徴とする請求項３に記載の投影露光装置。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光装置において、
前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する誤差推定器と、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定する走査速度設定器と、
を備えることを特徴とする投影露光装置。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光装置において、
前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する誤差推定器と、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定する走査速度設定器と、
を備えることを特徴とする投影露光装置。
前記ウェハ面形状は、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測されるものであることを特徴とする請求項６又は７に記載の投影露光装置。
前記誤差推定器は、前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の投影露光装置。
露光に先立った前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われることを特徴とする請求項８に記載の投影露光装置。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光方法において、
前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を駆動制御するに際して、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定することを特徴とする投影露光方法。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光方法において、
前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を駆動制御するに際して、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出して、前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定することを特徴とする投影露光方法。
前記ウェハ面形状を、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の投影露光方法。
前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の投影露光方法。
露光に先立った前記走査駆動を、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行うことを特徴とする請求項１３に記載の投影露光方法。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光方法において、
前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を駆動制御するに際して、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する工程と、
前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に可変に設定する工程と、
を有することを特徴とする投影露光方法。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光方法において、
前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を駆動制御するに際して、
前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、前記ウェハ面形状に基いて前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差の期待値を算出する工程と、
前記期待値により走査露光時における前記第１及び第２の駆動機構の走査速度を１回の露光毎に自動的に設定する工程と、
を有することを特徴とする投影露光方法。
前記走査速度を１回の露光毎に自動的に設定する工程において、各露光における前記期待値と、実際の露光で得られた同期誤差との比較に基いて走査速度を設定することを特徴とする請求項１７に記載の投影露光方法。
前記ウェハ面形状を、実際の露光に先立った前記第１及び第２の駆動機構の走査駆動により計測することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の投影露光方法。
前記ウェハ面形状に対するフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差の期待値を算出することを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の投影露光方法。
露光に先立った前記走査駆動を、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行うことを特徴とする請求項１９に記載の投影露光方法。
ウェハ面に感光材料を塗布するステップと、
請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の投影露光方法の各工程により、前記感光材料が塗布された前記ウェハ面に所定パターンの露光を行うステップと、
前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像するステップと、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の投影露光方法の各工程を実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に格納したことを特徴とする記憶媒体。
請求項２２に記載の半導体装置の製造方法の各ステップを実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に格納したことを特徴とする記憶媒体。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光装置において、
前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を備え、
走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差を予測することを特徴とする投影露光装置。
前記相対位置偏差の予測結果に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なうことを特徴とする請求項２５に記載の投影露光装置。
前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差を予測することを特徴とする請求項２６に記載の投影露光装置。
前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の投影露光装置。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光装置において、
前記基板を保持し、走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持し、走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置誤差を推定する誤差推定器と、
前記誤差推定器により推定された前記相対位置誤差の偏差を、所定の各走査速度に対応して算出する走査速度算出手段と、
を備えることを特徴とする投影露光装置。
前記各走査速度及びそれに対応して前記走査速度算出手段により算出された前記偏差に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なうことを特徴とする請求項２９に記載の投影露光装置。
前記偏差が算出された前記各走査速度のうちから最適の走査速度を選択し、当該走査速度に基づいて前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なうことを特徴とする請求項２９に記載の投影露光装置。
前記誤差推定器は、前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置誤差を予測することを特徴とする請求項２９〜３１のいずれか１項に記載の投影露光装置。
前記誤差推定器による前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われることを特徴とする請求項２９〜３２のいずれか１項に記載の投影露光装置。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光方法において、
前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を駆動制御するに際して、
走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置偏差を予測することを特徴とする投影露光方法。
前記相対位置偏差の予測結果に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なうことを特徴とする請求項３４に記載の投影露光方法。
前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置偏差を予測することを特徴とする請求項３５に記載の投影露光方法。
前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われることを特徴とする請求項３４〜３６のいずれか１項に記載の投影露光方法。
基板面に描画された所定パターンをウェハ面に露光して転写する投影露光方法において、
前記基板を保持して走査方向に沿って走査する第１の駆動機構と、
前記ウェハを保持して走査方向に沿って走査する第２の駆動機構と、
を駆動制御するに際して、
走査露光前に前記第１及び第２の駆動機構を走査駆動し、その計測結果を用いて走査露光時における前記第１の駆動機構と前記第２の駆動機構との相対位置誤差を推定する工程と、
前記誤差推定器により推定された前記相対位置誤差の偏差を、所定の各走査速度に対応して算出する工程と、
を有することを特徴とする投影露光方法。
前記各走査速度及びそれに対応して算出された前記偏差に基づき、前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なうことを特徴とする請求項３８に記載の投影露光方法。
前記偏差が算出された前記各走査速度のうちから最適の走査速度を選択し、当該走査速度に基づいて前記第１及び第２の駆動機構の走査制御を行なうことを特徴とする請求項３８に記載の投影露光方法。
前記走査駆動によりフォーカス及びレベリング計測を行い、当該計測結果を用いて前記相対位置誤差を予測することを特徴とする請求項３８〜４０のいずれか１項に記載の投影露光方法。
前記走査駆動は、前記ウェハ１枚毎又は複数枚毎に行われることを特徴とする請求項３８〜４１のいずれか１項に記載の投影露光方法。
ウェハ面に感光材料を塗布するステップと、
請求項３４〜４２のいずれか１項に記載の投影露光方法の各工程により、前記感光材料が塗布された前記ウェハ面に所定パターンの露光を行うステップと、
前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像するステップと、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
請求項３４〜４２のいずれか１項に記載の投影露光方法の各工程を実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に格納したことを特徴とする記憶媒体。
請求項４３に記載の半導体装置の製造方法の各ステップを実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に格納したことを特徴とする記憶媒体。